大垅口水库大坝除险加固技术方案

周伟峰

(宁德市蕉城区水利局，福建 宁德 352100)



大垅口水库大坝除险加固技术方案

周伟峰

(宁德市蕉城区水利局，福建 宁德 352100)

大垅口水库位于宁德市蕉城区漳湾镇半山村上游约500m处河道上，坝址上部流域面积为1.42km2，主河道长1.45km，河道的平均坡降为31.9‰。水库总库容为83.2 万 m3，是一座以灌溉为主的小(2)型水库。大垅口水库工程各建筑物存在诸多问题，水库长期处于带病状态，使水库不能发挥应有的综合利用效益，已严重影响水库的安全运行。文章对蕉城区大垅口水库大坝渗漏原因进行分析，论述了单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗技术要点、工程施工及体会、防渗加固效果。

病险水库；大坝；单管高压旋喷防渗墙；复合土工膜

1 工程概况

大垅口水库位于宁德市蕉城区漳湾镇半山村上游约500m处河道上，坝址上部流域面积为1.42km2，主河道长1.45km，河道的平均坡降为31.9‰。水库总库容为83.2 万 m3，是一座以灌溉为主的小(2)型水库。大坝坝型为均质土坝，坝顶长度133.0m，最大坝高13.5m，坝顶高程20.1m，正常蓄水位为16.74m，死水位为 10.74m。水库工程始建于1957年9月，1958年12月完工。2011年5月，宁德市蕉城区水利局组成评审鉴定小组对《蕉城区大垅口水库大坝安全评价报告》进行评审与鉴定，其结论为：大坝原施工质量评为不合格，水库运行管理评价为差，防洪标准、渗流安全、金属结构均评为C级，结构稳定安全评为B级。评审鉴定小组评定本水库大坝属于Ⅲ类坝。

2 渗漏原因及处理方案

2.1 渗漏原因分析

该大坝坝面大部分长满杂草，背水坡右侧还长有树木，局部有凹陷，大坝外观形象差；粉质黏土作为主要的坝体填筑土，其局部为细粒土质砂或者低液限黏土，不够均匀；局部坝体渗漏比较严重、左坝基渗漏较严重，背水坡左侧下部输水涵洞尾部坍塌漏水，造成背水坡塌陷，出现2个塌洞，当水库水位超过16m高程时，左岸背水坡出现渗流、湿坝现象；上游护坡质量差、下游无护坡、贴坡排水体堵塞失效等，大垅口水库工程各建筑物存在诸多问题，水库长期处于带病状态，使水库不能发挥应有的综合利用效益，已严重影响水库的安全运行。以地质勘察报告为依据，坝体填筑土质存在较大偏差，使其整体填筑达不到同等的质量标准，导致坝身密度不均，局部渗透也比较严重。同时注水试验成果为坝体填筑土的渗透系数K=1.86E-05～8.20E-04(cm/s)，平均值为1.66E-04(cm/s)，其透水层呈现弱-中等性状，而其中左岸钻孔孔深4.6m处渗透系数达到8.20E-04强的中等透水，相较于相关规定，渗透系数也比较低。且根据钻探揭示局部出现渗漏及接触漏水的情况，说明坝体及坝体与坝基接触部位防渗处理存在欠缺，由此可见坝体存在局部渗漏及接触渗漏，长期发展会形成流土、接触流失，进而会影响到坝体的使用功能甚至会造成局部或整体失稳，造成严重的后果。对《大垅口水库大坝安全评价报告》进行分析，并对现场进行勘察，笔者认为导致大垅口水库坝体渗漏的原因主要表现在以下3个方面：①大坝施工过程中，受到施工环境和施工条件的限制，导致其填筑材料性能不达标、压密度和施工质量达不到相关标准等，从而引发相关质量问题和安全隐患；②大坝投入使用的时间比较长，已经超出了安全年限，加之缺乏新型工艺和技术的支撑，大坝老化，防渗效果严重下降；③大坝受到蚁穴和树根等外部条件侵袭。坝坡投入使用之后，不注重对其进行维护和管理，导致坝坡上方有较多的树木、杂草和蚁穴等，影响坝体的渗透性，导致其防渗效果不佳[1]。

2.2 处理方案

笔者对大垅口水库大坝现状、存在问题和原因进行分析，立足于大坝渗透根源。应用单管高压旋喷防渗墙和复合土工膜防渗相结合的方式，与单一的单管高压旋喷防渗墙方案进行比较分析。因为考虑到项目除险加固专项经费有限，全坝段单管高压旋喷防渗墙造价高、技术要求高，而单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗既能有效对坝基进行防渗加固，质量容易控制，工程投资较低，所以采用单管高压旋喷防渗墙(死水位以下)结合复合土工膜(死水位以上)进行防渗加固，具有质量、资金和便利度方面的优势。技术人员应该对管高压旋喷防渗墙(死水位以下)和复合土工膜(死水位以上)防渗进行同步应用，以达到良好的防渗与加固效果。高压旋喷防渗墙的应用原理是，借助钻机、注浆管和高压泥浆泵等装置，对水泥浆液进行处理，使其形成高速喷射流，向土体中喷入。并通过液体冲击力对土层进行切削，并对钻杆旋转速度和提升速度进行控制，确保土体和水泥浆能够被充分搅拌混合，进而凝固，呈现桩柱或者板墙状的凝结体，进而对达到良好的地基防渗和承载效果。其主要被应用到死水位以下坝体[2]。复合土工膜具有不透水性，能够达到良好的防渗效果。其的应用原理是将土工膜和土工织物进行复合。技术人员在坝坡上对其进行平铺，应用土工织物对土工膜进行保护，使其不受运输和施工过程的影响，进而提升膜面的摩擦度。在本工程中主要应用在死水位以上坝体，以达到即防渗又能节省工程造价的目的。

3 工程施工

3.1 单管高压旋喷桩防渗墙施工

本工程单管高压旋喷桩布置在死水位以下，具体施工在上游坝坡高程10.74m(死水位)开挖一平台，与坝轴线平行，宽度2m，沿平台中心线布置一排单管高压旋喷防渗墙，高压旋喷灌浆轴线长65m，最大孔深6.5m，采用单排布孔，孔距 0.4m，孔径 0.6m。在该高程以上则采用高强加筋复合土工膜防渗。主要工艺流程为：平整场地→挖排泥沟→放线定位→钻机就位→钻孔→旋喷→边喷射边提升→成桩→回填灌浆和起拔孔口管→下一道孔施工。

3.2 复合土工膜防渗施工

在上游坝坡死水位以上布置复合土工膜进行防渗，铺设前要对大坝坡面先进行清洁和平整，然后再进行相关铺设。施工人员要注重对复合土工膜的铺设过程进行控制，在平地上对4m窄幅进行拼接，使其宽度达到20m，满足相关要求。然后按照从上向下的顺序对其进行铺设，并注重于坝轴线方向进行垂直。坡面铺设在验收合格后，从坝顶向下沿垂直坝轴线方向缓慢展铺到高压旋喷的顶处，并与高压旋喷形成的混凝土防渗墙相接。复合土工膜与水库库案周边的连接，采用库岸挖槽，嵌入现浇混凝土的方法连接。施工人员要将防浪墙体锚入坝顶部分，确保其与土工膜长度相匹配。进而应用C25混凝土对槽内进行回填锚固；同时，需要在坝体和山体交接处进行断面开挖，将其底宽控制在30cm，深 50cm，边坡 1∶0.3的沟槽，固埋沟中铺上厚5cm、M10水泥砂浆，将膜铺在上面一半的位置，垫上厚 5cm、M10水泥砂浆，然后浇筑C25混凝土截水墙固埋。下端固埋则采用混凝土防滑礅(高喷防渗墙混凝土平台)，膜料嵌入其下，以防膜料和保护层滑动，上端嵌入坝体 1.5m 固埋。主要工艺流程为：坝坡面平整及坝坡调整 → 基础部分开挖及清理 → 防滑齿槽开挖 → 周边固埋沟开挖 → 铺设复合土工膜、薄膜及无纺布连接 → 回填夯实齿槽→ 周边固埋沟回填 → 铺设砂石混合垫层 → 干砌块石保护层 → 验收。

4 施工注意事项

1)由于考虑到项目除险加固专项经费有限，全坝段单管高压旋喷防渗墙造价高、技术要求高，而单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗既能有效对坝基进行防渗加固，质量容易控制，工程投资较低，所以最终选择了本方案进行加固。

2)本工程复合土工膜的锚固有上部与坝顶的连接和下部与高压旋喷防渗墙的连接。为了防止因沉陷而导致复合土工膜破坏，所以在连接过程要求严密、牢靠，留有伸缩余量。

3)该水库高压旋喷灌浆过程中出现孔口不返浆现象，根据现场观察分析，该情况主要是根源于坝体地质条件。其主要是因为坝体填土密实度不足、残坡积或者全风化土层中的细小颗粒受地下水冲刷而流失，形成空洞和槽沟。施工人员要对其施工过程进行控制，应用原位喷射的方式，对水量、浆密度和浓度等进行控制，并对添加剂进行应用。

4)本工程灌浆过程中的间断灌浆施工主要表现在设备故障、供电中断、管路和喷嘴堵塞等。技术人员要对其故障原因进行分析，并对相关配件进行更改，将喷浆管下入事故控制在停喷前0.5m，进而对相关灌浆工作进行恢复。然后进行施工，避免间断对防渗墙整体性能造成破坏。

5)注重对灌浆过程中的废水和废渣等进行回收和处理，避免对周边环境造成影响。该工程中对废渣进行收集，进而将其应用到防汛道路路基施工中或者停车场修建中，最大程度提高整体工程效益。

5 大坝加固效果

施工人员要严格按照正确的操作流程和工艺标准对大垅口水库大坝进行施工。该工程于2012年2月15日开始，5月10日全部完成，单管高压旋喷桩总钻孔1167m，单管高压灌浆1167m。完成单管高压旋喷桩施工后，要对墙体开挖和抽芯进行检测。检测结果：芯样试件抗压强度试验6组，最大代表值和最小代表值分别为4.8MPa和2.7MPa，与设计要求相匹配；依据抽芯完成桩孔施工之后，按照相关规范进行静水头注水试验，通过试验结果对孔各试验段的渗透系数进行检查，其与国家相关标准相符合。复合土工膜抽检试验数据也满足国家相关标准。从水库除险加固后运行4a多以来，坝体渗漏明显减少，下游浸润线降低，有利于下游坝坡稳定，基本消除了坝体渗漏隐患。

6 结论和建议

本人结合大垅口水库工程具体实例，详细论述了单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗加固方案在工程中的应用，即坝体底部与坝基结合部位采用旋喷桩防渗、使得坝基结合面渗漏通道能得到较好封闭，也利用了在坝体水上部分铺设土工膜、施工方便、防渗效果好且经济的特点，二者各自优势能得到较好结合，其对坝体的防渗堵漏有着明显的效果，具有较好的安全性和耐久性。

[1]杨国华.大坝工程除险加固设计实例及其分析探讨[J].科技与企业，2015(09)：45-46.

[2]陈延生.苇子沟水库大坝除险加固设计[J].黑龙江水利科技，2014(12)：62-63.

文章编号：1007-7596(2016)08-0086-03

[收稿日期]2016-07-24

[作者简介]燕洪军(1972-)，男，辽宁辽中人，工程师，研究方向为农田水利建设与管理。

TV698.23

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1007-7596(2016)08-0089-02

2016-07-18

张桂芳(1982-)，女，黑龙江大庆人，工程师。