丁东水库大坝高压摆喷灌浆施工

王立国，祝天新，王 涛

（德州市丁东水库管理处，山东 德州 253016）

丁东水库坐落于于德州市陵县丁庄乡东南，距德州市区25km。库区占地面积8.51km2，水面面积7.0km2，大坝高程 26.5m，高 9.0m，坝顶宽 8m，边坡1∶3，兴利水位 24.5m，死水位 17.5m，蓄水深 7.0m，大坝轴线长11.64km，库容5260万m3，为碾压式均质土坝。水库建成蓄水以来，为推动德州市工农业生产发挥了巨大的作用。

1 工程背景

1）桩号6+600～7+000坝段：1998年丁东水库蓄水时，截渗沟内有明显的渗流出逸点，并伴有冒气、浮砂现象，出现小的管涌、流土现象。当时采取覆盖压顶措施，在管涌处截渗沟沟底铺一层土工布做反滤层，其上用装满黏土的编织袋覆盖压实，暂时消除了安全隐患。考虑到随着水库蓄水量的增加，水位抬高，冒砂现象有可能进一步发生。

2）8+900～11+500坝段：坝后侵润线出逸点过高，库水位23.00m时，测压管平均水位1#21.26m，2#19.87m，3#17.34m，4#16.51m；水库水位 24.00m时，测压管平均水位1#22.10m，2#20.61m，3#17.73m，4#16.88m，该区段集水沟常年有较大渗漏积水。

3）经对原大坝设计及施工情况、大坝地质情况及运行情况的分析，认为坝体与坝基接触带或坝基浅层内有软弱夹层，存在明显的渗漏通道，影响坝体的渗透稳定，随着水库蓄水量的增加，水位抬高后，管涌范围和规模将会进一步扩大，如不能及时发现并抢险，可能导致垮坝事故，严重危及大坝及周边人民群众的生命和财产安全。必须对水库部分坝段进行坝体及坝基加固处理，消除大坝的安全隐患。

2 水文地质与工程地质条件

2.1 库区水文地质情况

根据地质勘察报告可知，丁东水库地质属于黄河下游冲积平原河间洼地，库区地层均为第四系全新统冲积堆积层。库区水文地质条件较单一。勘探期间，地下水埋深较浅，桩号0+300～2+900段潜水埋深为0.5～0.8m，桩号 2+900～8+450段潜水埋深一般为 1.1～1.5m，该两段潜水面高程16.2～16.5m；桩号8+450～11+636（0+000）～0+300 段，潜水埋深为 1.8～2.7m，潜水面高程15.20～15.60m。地表水与地下水联系密切，呈互补关系。

2.2 围坝工程地质情况

岩性中上部为砂壤土夹裂隙黏土，下部为极细砂、细砂层。坝基地层岩性为第四系全新统冲击堆积层，夹湖积堆薄层，自上而下分为5大层、10个亚层。第一层分为3个亚层，①-1层砂壤土，层厚3.3～5.8m，层底标高 11.50～13.50m；①-2 层壤土，层厚0.5～1.1m，层底标高 16.30～17.40m；①-3 层裂隙黏土，层厚 0.4～2.9m，层底标高 14.00～16.90m，该层分布较广泛。第二层分为4个亚层，②-1层裂隙黏土，层厚 3.6～9.0m，层底标高 2.90～8.80m；②-2层淤泥质黏土，厚度变化大，断续分布；②-3层砂壤土，层厚0.5～3.5m，层底标高 7.50～10.10m；②-4 层砂壤土常混有黏土、壤土薄层，层厚1.0～3.5m，层底标高4.80～6.60m，断续分布。第三层砂壤土，层厚1.2～5.5m，层底标高0.00～3.50m。第四层极细砂，控制层厚8.6m，顶板埋深14.50～16.60m，区内部被揭穿。第五层细砂，控制层厚2.8m，埋深多超过20m，区内未被揭穿。

3 方案选定

结合丁东水库实际情况，最终确定选用高压喷射灌浆防渗墙进行除险加固。加固范围确定为6+600～7+000和8+900～11+500，防渗墙轴线总长度3000m，设计防渗体顶高程19.5m（嵌入坝体2.0m），防渗体底高程4.50m（嵌入黏土层1.5m，终止于底部深厚粉砂层顶部）。防渗墙总面积为4.5万m2。

防渗墙设计为单排板墙，布置于坝轴线上游，距防浪墙2m。高喷防渗墙平均成墙厚度不小于20cm，墙体抗压强度大于2MPa。

高压喷射灌浆布置为单排孔，采用摆喷折线连接形式，孔距1.5m，夹角15°，摆喷角度25°。 采用三管法工艺施工，水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥。

4 施工方案

4.1 施工参数及工艺

孔距1.5m，钻孔直径127mm；水压36MPa以上，水量 75L/min；气压 0.7MPa，流量 65m3/h；水泥浆流量 80L/min，水灰比≤1︰1，比重≥1.5g/cm3；摆角25°与轴线夹角15°，摆动频率6次/min；提升速度10cm/min；回浆比重〉1.3g/cm3。

4.2 施工方法及控制要点

1）高喷孔定位：在施工轴线上按设计要求进行放线定位，各孔采用统一编号，分两序施工。

2）造孔：钻孔孔径不小于127mm，钻进采用泥浆循环护壁。钻孔偏斜不大于孔深的1.5%。

3）下喷射管：先将喷头各部位做检查后妥善保护，再将喷射管下至设计深度，将井口摆动装置调整好方向，做好喷浆前的准备工作。

4）制浆：本工程采用32.5#普通硅酸盐水泥，水泥细度通过4900孔/cm2标准筛的筛余量不大于5%；灌浆用水泥须符合质量标准，并按规范批量收集出厂合格证和抽样检验；灌浆用水应符合拌制水工混凝土用水的要求；制浆材料须称量，误差小于5%，水泥等固相材料采用重量称量法，浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度，施工中随时对现场水泥进行计量，严格按配合比制浆；水泥浆液搅拌时间不少于3min，浆液在使用前过筛，自制备至用完的时间少于2h。

5）灌浆：同时启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备，将各项工艺参数调整到设计要求开始喷射，待孔口返浆后按设计要求速度开始提升，自下而上形成了高压喷射灌浆截渗帷幕墙。在灌浆过程中，随时检查浆液比重，如孔口出现不返浆，应立即停止提升，采取充砂或掺加速凝剂等措施使其返浆，以确保截渗墙的连续性。

6）回灌：待喷射管提到设计高程后，喷射灌浆结束，向孔内不断灌入水泥浆，直到浆液不再下沉，以免因浆液排水固结引起截渗帷幕墙顶部出现塌陷和坝体内留下隐患。上部不满部位采用黏土回填夯实封孔。

4.3 施工过程中出现的问题

1）6+600～7+000坝段在施工过程中27序孔和61序孔出现漏浆现象，漏浆持续5～10min后重新返浆。说明此坝段坝基存在渗漏通道，印证了1998年水库蓄水时出现险情的情况。2）8+900～11+500坝段部分序孔出现串浆现象，串浆部位在坝顶公路基础和大坝碾压层的接触面上，对工程质量不产生影响。

5 工程效果

工程完工后，采用高密度电阻率法对丁东水库大坝高压摆喷灌浆坝段进行了工程质量检测，检测报告显示防渗墙体低界深度距坝顶22m左右，达到设计深度，8+900～11+500坝段防渗墙体中局部位置形成结石体强度稍低，但墙体连续，6+600～7+000坝段防渗墙体连续，在防渗墙体背水一侧的剖面显示没有渗漏通道存在，防渗墙的挡水效果明显。

在工程管理中观察灌浆效果，效果良好。1）在8+900～11+500坝段原来集水沟常年有积水，现在除个别地段外大部分已干涸，说明坝后出逸坡降减小，出逸点降低。2）在丁东水库外围王蛮附近有一眼机井，在水库运行期间一直往外冒水，现在通过观察在丁东水库低水位运行时井中水位距井口30cm，只有在高水位运行时才往外冒水。3）在6+600～7+000坝段通过对截渗沟的清淤后的观察发现截渗沟沟底没有发生浮砂、管涌、流土现象，而在6+600～7+000坝段外北侧出现了极小的浮砂、管涌现象。4）在灌浆部位，灌浆后通过对观测井的观测和原来的观测资料比较，在水库水位相同的情况下，1#观测井由于布置在灌浆防渗墙体的上游，观测井中水位比原来上涨了60cm左右，其他观测井中的水位和原来比较都有了不同程度的下降。

综上，丁东水库通过大坝高压摆喷灌浆，集中渗漏通道被封堵，渗径延长，出逸坡降减小，出逸点降低，不仅确保了大坝的安全，而且可以有效地减少水库渗漏量，达到了预期的目的。