拖木冲水库除险加固工程主坝垂直防渗体系连续性的保证措施

邵志刚

（桃源县水利局 常德市 415700）

1 工程概况

拖木冲水库位于桃源县泥窝潭乡花轿坪村境内，属沅水支流，集雨面积0.89 km2，坝址以上干流长度0.5 km，干流坡降29‰。大坝为粘土心墙坝，坝顶高程105.98 m，最大坝高19.52 m，坝顶轴线长58 m，坝顶宽2.2 m。本次复核校核洪水位104.64 m，总库容105.5 万m3； 正常蓄水位103.81 m，正常库容88.0 万m3。是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（Ⅰ）型水利工程。

枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵洞等组成，为Ⅳ等工程，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，其主要水工建筑物为4 级。

主坝为粘土心墙坝，坝顶高程105.98 m，最大坝高19.52 m，坝顶轴线长58 m，坝顶宽2.2 m，大坝下游无反滤排水设施；大坝外坡2 级平台，平台宽分别为2 m、1.8 m，高程分别为99.1 m、91.43 m。外坡坡比自坝顶向下为：1∶2.18，1∶2.12 和1∶1.94。大坝内坡设二级平台，平台宽为3 m、1.7 m，高程为98.56 m、93.40 m，坡比从上而下为1∶2.18，1∶2.32，1∶2.62。

副坝，粘土心墙坝，坝顶轴长27 m，坝顶高程106.75 m，最大坝高7.75 m，坝顶宽3.0 m。大坝外坡无平台，坡比为1∶2.01。大坝内坡一级平台，平台宽为2 m，高程为102.00 m，内坡坡比从上往下为1∶1.89 和1∶2.45。

溢洪道布置在大坝左岸，堰顶高程103.81 m，堰顶宽3.5 m，堰型为宽顶堰。

输水隧洞布置在大坝右侧，长80 m，断面尺寸为1.5×1.2 m（宽×高），进水口高程为86.3 m，隧洞内未衬砌，双向转动闸门。

2 主坝垂直防渗体系连续性的设计

本水库主坝防渗包括坝体、坝基和坝肩防渗。经过方案比选，主坝垂直防渗体系由坝体高压摆喷灌浆防渗体+坝基帷幕灌浆防渗体+坝肩帷幕灌浆防渗体组成。即坝体防渗从坝顶（105.98 m）至基岩（建基面）以下1 m 进行高压摆喷灌浆形成折接防渗墙体； 坝基防渗由建基面至透水率q=10 Lu 线范围进行帷幕灌浆，从而形成防渗体；坝肩防渗由正常水位线至透水率q=10 Lu 线范围进行帷幕灌浆，从而形成防渗体，最终形成整个主坝立体防渗体系。

2.1 坝体高压摆喷灌浆设计

坝体高压摆喷灌浆防渗轴线设计在大坝坝顶（高程105.98 m）坝轴线靠上游坝坡1 m 的轴线上，在防渗轴线布置钻孔，灌浆材料均采用纯水泥浆。

2.1.1 灌浆工艺设计

灌浆工艺采用高压三重管摆喷水泥灌浆。

2.1.2 灌浆孔的布置

高喷灌浆孔布置于大坝105.98 m 轴线上。设一排灌浆孔，灌浆孔距均为1.5 m，高喷灌浆轴线全长58 m，共39 孔，高喷灌浆孔深入基岩1 m。

2.1.3 防渗墙的连接形式

高压喷射防渗板墙采用折接连接，偏角15°，有利于加长渗径，增加防渗效果。

高压喷射时按二序进行，第一序孔造孔及喷射灌浆完毕，等待3 d 后，再进行第二序孔的造孔及高喷灌浆的施工，第一、二序孔孔距均为3 m。

2.1.4 防渗墙的主要设计参数

主要设计参数：防渗墙厚度T≥20 cm；墙体钻孔，孔内压水试验渗透系数为10-6数量级。

2.2 坝基、坝肩帷幕灌浆设计

2.2.1 主坝坝基、坝肩帷幕灌浆孔布置

帷幕灌浆孔布置在坝顶（高程105.98 m）同时向坝两端延伸，灌浆范围为0-007～0+68 桩号段。轴线总长75 m，单排孔，孔距2.0 m，共布38 孔，其中坝基30 孔，两坝肩各布置4 孔。

2.2.2 灌浆参数

（1）灌浆方法和方式。

帷幕灌浆按分序加密的原则进行，每排孔分三序施工，第一、二序孔孔距均为6 m，三序孔为3 m。自上而下采用分段灌浆法，灌浆段长度段长为5 m。

（2）灌浆压力。

设计要求以回浆压力为准，压力随孔深而逐渐增大，最小灌浆压力为水头的2 倍。

（3）浆液稠度。

浆液稠度根据基岩单位吸水量不同而改变，起始水灰比采用8∶1，以后由稀到浓，逐级变换，浆液水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1，个别灌浆段视具体情况可采用0.5∶1。

2.2.3 灌浆质量要求

灌浆后，检查孔各段压水试验测得的q 值原则上须≤5 Lu，大于5 Lu 的试验段总数不得超过检查孔总试验段数的10%，且所有试验段的q 值均必须小于10 Lu。

2.3 大坝防渗墙的连续性设计

大坝防渗有两种防渗墙，分别为高喷灌浆防渗墙与帷幕灌浆岩体，其相互连续情况为：坝体高压摆喷灌浆防渗体和坝基帷幕灌浆防渗体通过基岩（建基面）以下1 m 的搭接层连接；坝基和坝肩帷幕灌浆防渗体通过连续等孔距喷射连接。

3 垂直防渗体系的施工

3.1 高压摆喷灌浆施工

3.1.1 高喷施工灌浆材料的选用

灌浆材料选用普通硅酸425 号水泥，其性质满足规程规范规定的质量要求，同时为了加速浆液凝固，在水泥浆内加入硅酸钠(水玻璃)，浓度在30 玻美度范围内加入4%。

3.1.2 高喷施工中工艺参数的选用

为确保高喷防渗板墙质量，在施工现场进行现场试灌试验，确定高喷灌浆工艺参数。水压：压力35 MPa（1.80 mm 高喷嘴直径），压缩空气：压力7 kg/cm2，浆液比重控制在（1.65～1.70）g/cm3，提升速度控制在10 cm/min。

3.1.3 高喷施工终止喷灌标志

高压喷射时，严格控制孔口冒浆比重应在（1.25～1.30）g/cm3之间，当孔口不冒浆时，停止提升，直至返浆正常才能提升，当喷杆提升至设计高度后，喷射即告结束。

3.2 帷幕灌浆施工

3.2.1 帷幕灌浆材料的选用

帷幕灌浆采用425 号普通硅酸盐水泥，充填灌浆选用水泥粘土浆，灰土重量比为1∶1，为加速浆液凝结，加入适量水玻璃，水玻璃最佳掺入量为水泥干重的5%。

3.2.2 帷幕灌浆施工中工艺参数的选用

为确保帷幕灌浆施工质量，灌浆采用自下而上分段循环灌浆。每孔分2～3 段，每段一般5 m，灌浆之前进行孔内冲洗，最小压力0.2 MPa，最大0.6 MPa，压力大小随孔深逐渐增大。

3.2.3 帷幕灌浆施工终止喷灌标志

结束灌浆标准在设计规定压力下，当灌浆基本停止吸浆或吸浆量小于0.4 L/min 时，持续45 min，当吸浆量在1.0 L/min 内持续1.5 h 以上可结束灌浆。灌浆结束后对停灌面以上钻孔采用粘土球封堵。

4 垂直防渗体系的保证措施

4.1 灌浆孔孔位保证措施

大坝垂直防渗体系能否连续的关健是坝体高喷防渗墙和坝基、坝肩帷幕防渗的轴线是否重合，因此，业主项目部从施工开始就抓住这一关健点，利用全站仪进行测点放样每一高喷孔和帷幕孔孔位；同时严格控制高喷孔的孔深，确保每一个高喷孔达到建基面以下1 m，保证高喷防渗墙和帷幕墙的搭接距离。

4.2 灌浆施工参数保证措施

4.2.1 高喷灌浆施工参数保证措施

在高喷作业正式施工前，在施工的典型地段进行试喷试验，确定高喷灌浆工艺参数。水压：压力35 MPa（1.80 mm 高喷嘴直径），气压：压力7 kg/cm2，浆液比重控制在（1.65～1.70）g/cm3，提升速度控制在10 cm/min。在高喷施工过程中，严格按试验段的试验参数进行施工，特别是控制提升速度，业主、监理人员分三班轮流值班，监督实施。在高喷施工后，在孔口周围形成一个直径为1.0 m 的浆池，从回浆池向孔内输入余浆，进行静压灌浆，随沉随补，并插入竹杆随时摇动，其延长时间以孔内不再析水下沉为止。

4.2.2 帷幕灌浆施工参数保证措施

灌浆压力是帷幕灌浆最主要的控制指标，在灌浆实施过程中，按帷幕灌浆孔孔深计算出每一孔的灌浆压力，监督检测压力表安装的位置是否在回浆管上，同时检查压力表是否有强制检验标志，最小灌浆压力为水头的2 倍。

4.3 灌浆结束标准保证措施

高压喷射时，严格控制孔口冒浆比重应在（1.25～1.30）g/cm3之间，当孔口不冒浆时，停止提升，直至返浆正常才能提升，当喷杆提升至设计高度后，喷射即告结束。

帷幕灌浆在设计规定压力下，当灌浆基本停止吸浆或吸浆量小于0.4 L/min 时，持续45 min，当吸浆量1.0 L/min 内持续1.5 h 以上方可结束灌浆。灌浆结束后对停灌面以上钻孔采用粘土球封堵。

4.4 灌浆质量检验

在本次加固处理后，业主单位委托有关检测单位对高喷防渗墙和帷幕灌浆的施工质量进行检测，有关压水试验的检测部位、检测结果见表1、表2。

表1 高压摆喷防渗墙检测成果表 cm/s

表2 帷幕灌浆质量检测成果表 Lu

从表1 可以看出，压水试验结果变化范围为（3.50～7.38）×10-6，平均值为5.71×10-6，均满足设计要求。

从表2 可以看出，压水试验结果变化范围为（3.2～4.7）Lu，平均值为3.4 Lu，均满足设计要求。

5 结 语

从渗漏处理的角度来看，拖木冲水库的防渗施工效果非常明显，2015年的汛期是一次重大检验。从拖木冲水库防渗加固处理的设计、施工的过程中可以看到，只要施工单位认真组织施工，监理单位严格监督管理，是能够达到设计的预期效果的，这对桃源县目前正在实施或即将实施的同类型水库的除险加固有一定的借鉴和指导意义。