浅谈双塔水库除险加固项目技术难点处理分析

(甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 736100)

1 工程概况

1.1 基本情况

双塔水库位于疏勒河中游河段上，设计库容2.4亿m3，兴利库容1.2亿m3，主要有主坝、1号与2号副坝、输水洞、溢洪道、泄水渠等建筑物。水库承担着下游46万亩耕地的灌溉用水和周边地区工业供水及向下游敦煌湿地生态输水的任务。双塔水库是一座以灌溉为主，兼顾生态用水、防洪、发电等综合利用的大(2)型水库。1958年水库动工建设，1960年3月建成蓄水，水库建成后，由于受当时经济和技术条件的制约，设计和施工都存在一定问题，工程质量存在一定的缺陷，水库处于病险状态运行，工程效益发挥未达到设计要求，先后于1978—1984年、1996—1998年、2002—2005年进行了三次除险加固。

1.2 除险加固项目概述

双塔水库除险加固项目主要内容有主、副坝坝体及坝基防渗处理、下游坝坡培厚、坝顶加宽改造及上游坝坡混凝土面板浇筑等，在坝体内新设塑性混凝土防渗墙与原主坝防渗墙相连接，形成完整封闭的防渗体系。项目总投资1.53亿元。

1.3 工程地质

双塔水库主坝区河谷宽约1.10km，水库坝址地处疏勒河中下游的基岩剥蚀丘陵与洪积倾斜平原交接地带，两岸为低缓的丘陵，左岸地势相对较高，右岸低缓且垭口地形较多，各垭口段相连形成1号、2号副坝区。主要岩性为前震旦系片麻状花岗岩，第四系各种成因的堆积层岩性主要有洪积砂砾碎石土、洪积含砾粉质壤土、粉质黏土等。

2 双塔水库除险加固项目技术难点问题及解决方案

双塔水库承担着下游瓜州县农业灌溉供水、周边工业供水、下游生态供水等任务，水库不可能空库运行进行大坝施工，而且低水位的情况只有2个多月时间，因此，大坝坝坡培厚和新建混凝土防渗墙等所有施工项目，只能在水库高水位情况下施工，存在很大的安全风险，各子项目施工之间、同一项目的各施工工序之间相互制约，环环相扣，存在着很大的技术难度，如何解决这些技术问题，就成为水库除险加固工程的核心和成败关键。

2.1 高水位下坝体防渗墙施工和下游坝体填筑培厚技术处理

传统的坝体防渗墙施工是通过降低库水位，确保大坝安全的前提下进行的。双塔水库一年只有7、8两个月水位较低，根本满足不了施工需要，因此，所有项目基本都在高水位状态下进行的。是先进行下游坝坡培厚施工，还是先进行坝体防渗墙施工，是减小施工安全风险、降低施工成本、缩短施工工期的关键所在。

施工平台搭建是防渗墙施工的第一步，也是防渗墙施工的先决条件，施工平台主要是保证施工机械能够安全操作和通行。液压抓斗的作业半径是9m，还需留出3.0m其他设备进出安全通道，因此，坝顶施工平台需要12m。双塔水库原主坝坝顶宽度为8m，满足不了防渗墙施工要求，需要搭建施工平台进行防渗墙施工。

先进行下游坝体培厚施工，利用加宽后的坝顶作为防渗墙施工平台，再进行防渗墙施工。工序上采取平行交叉作业方式，即把坝体分为200～300m的几个段落进行坝体培厚施工，加宽坝顶达到防渗墙施工平台条件，随即用进占法进行防渗墙施工，然后再进行下一段坝体培厚施工，直至全部施工完成。这个施工方案的防渗墙施工平台是碾压后的坝体，密实度已达到设计干密度，不存在防渗墙施工时平台出现滑塌的可能，最大限度降低了安全风险，工期短，成本低。

先进行坝体防渗墙施工，原坝面宽度达不到防渗墙施工要求，必须搭建临时施工平台，用编织袋装土加宽坝顶公路形成施工作业段，防渗墙施工完成后，拆除临时施工平台，进行下一段施工，最后完成全部防渗墙施工。防渗墙施工平台用袋装土填筑，加宽部分无法进行碾压，液压抓斗和混凝土运输车自重大，施工时容易侧滑，发生设备倾覆危险，而且施工成本高，工期长。因此，先进行下游坝体培厚施工，后进行防渗墙施工，安全隐患小，施工工期短，成本低，是加快施工进度、创造较好经济效益的最佳方案。

2.2 坝体培厚施工中新老坝体结合技术处理

在双塔水库主坝下游坝体培厚施工时，对老坝体的干密度进行了测定，老坝体干密度普遍在1.60～1.80t/m3之间，经分析是由于当时施工技术和碾压方法落后而造成的，新坝体培厚设计干密度为2.10t/m3，这完全是两种土料介质，因此，新老坝体在两种干密度下如何完全结合存在很大问题。根据规范规定，“无黏性土料、堆石及其他坝壳纵横向接合部位，应优先选用台阶收坡法；如无条件时接缝的坡度应不陡于其稳定坡度。与岸坡接合时料物不得分离、架空，并应对边角处加强压实”，“坝体加高或培厚，应对结合部位原坝体进行表层处理”，“扩建加高坝体的土石料与原坝体填筑料性质不同时，应研究增设反滤层和过渡层的必要性”，因此，为解决两种土体结合问题，对现场采集的数据进行分析和试验，最终确定对原坝体进行翻夯1m，形成过渡土体来解决两种不同干密度的土体结合问题。双塔水库主坝下游坝体培厚新坝体和老坝体结合问题的解决，保证了坝体碾压质量，取得了良好效果，为顺利完成坝体培厚施工打下了坚实基础。

2.3 防渗墙槽孔快速清孔换浆技术处理

防渗墙槽孔成槽后，泥浆中的钻渣都将沉淀在槽底，这些钻渣必须在混凝土浇筑前清理干净，否则，将给墙体质量带来危害。在混凝土浇筑前的这段时间，是槽孔最容易造成塌孔的时段，时间越长，塌孔的可能越大，如何快速清孔，缩短清孔换浆时间，避免出现塌孔，就是这个阶段工作的重点和难点。清除孔底淤积的方法主要有抽筒出渣法、泵吸排渣法、抓斗捞取法和气举排渣法。抽筒出渣法是钢绳冲击钻机成槽采用的出渣方式。该法操作简便，但效率低，泥浆损耗大，清渣效果也较差，已逐步被其他方法代替。泵吸排渣法用设置在地面的砂石泵通过排渣管将孔底的泥渣吸出，经泥浆净化系统净化，再返回到槽内使用。该方法效率高，效果好，节约泥浆，但因排渣过程中槽内负压大，易造成塌孔。抓斗捞取法是槽内沉渣经沉淀后用抓斗直接捞取，直至孔内泥浆及沉渣厚度满足要求。主要适用覆盖层为黏土层的施工中。气举排渣法的原理是借助气举排渣器将液气混合，利用密度差来升扬排出孔底的沉渣,经振动筛过滤后返回槽内的方法。经过对各种方法的对比和生产性试验，确定采用抓斗捞取法和气举法相结合的方法进行清孔换浆，其所用时间最短，出现塌孔的概率最小，能达到快速清孔换浆的目的，节约施工时间，为整个工程缩短工期。

2.4 灌浆管准确埋设技术处理

坝基帷幕灌浆采用预埋灌浆管的方式，如何准确埋设灌浆管是坝基帷幕灌浆的关键，如果埋设位置偏差大或者埋设失败，将造成一定的经济损失，同时费工费时，延长工期。此次设计预埋灌浆管为PVC管，采用桁架定位下设，在施工过程中，由于PVC管容易变形和破损，成功率比较低，造成了一定损失和工期延误，经过研究论证、比对分析，用110mm口径的钢管替代PVC管，每米增加费用29.1元，虽然价格高些，但成功率非常高，接近100%，节约了大量工期，取得了很好的效果。具体做法是在施工现场进行预埋灌浆管桁架加工，根据槽孔的宽度、长度和深度采用φ16钢筋加工钢筋桁架，固定灌浆管，灌浆管沿防渗墙槽孔中心线布置，管中心间距1.5m，灌浆管间采用管箍连接，底口用薄钢板封闭，下端到达防渗墙底部，上端超出坝顶面10cm，预埋灌浆管下设完毕后封堵管口，埋管的垂直度不大于1%孔斜(见图1)。

2.5 防渗墙入岩深度控制技术

在混凝土防渗墙施工过程中成槽施工是混凝土防渗墙成败的关键，入岩深度是重中之重。按照规范要求，防渗墙入岩深度要达到设计要求，只有保证防渗墙入岩深度，才能保证防渗墙与基岩的完全结合，彻底封死渗水通道，从而保证防渗墙施工整体质量。双塔水库设计入岩深度为0.50～0.80m，为保证入岩深度，以抓斗抓不动为入岩起始面，然后改用冲击钻进行造孔。到抓斗抓不动时，就表示已经见岩了，可根据抓出的岩石样本进行判定，量取槽的深度，作为以后判别入岩深度的依据。

见岩后，采用“四钻三抓”的方法利用钻机和抓斗配合成槽，先用钻机钻进形成四个钻孔，然后利用抓斗抓取钻孔之间形成的小墙。初见岩后，钻机钻进速度比较快，而后逐渐减少，趋于稳定，这是由于上层岩石风化程度大，钻进速度快，下层岩石比较完整，钻进速度就慢，而且稳定。四个钻机进尺达到设计深度后，利用抓斗抓取剩余岩石小墙，量取深度，就能判别入岩多少了。孔型控制是防渗墙入岩深度控制的关键一步，主要控制深度、厚度和孔斜。孔深测定采用专用测绳进行，测量时，将测针下放至孔底，并慢慢提升至测绳顺直，此时测取的数值即为终孔孔深，以测量终孔孔深减去见岩孔深就是入岩深度。孔底基岩鉴定十分重要，只有准确地鉴定基岩面，才能保证混凝土防渗墙确实嵌入基岩。在施工中可根据钻渣样品或抓斗抓取样品进行鉴定，确定岩面，保证入岩深度不小于80cm。清孔换浆是保证入岩深度的一个重要环节，对防渗墙入岩深度有直接影响，清孔不彻底，会造成孔底淤积过多，厚度达到一定程度后，入岩深度就得不到保证。

图1 预埋灌浆管桁架

2.6 新旧防渗墙接头处理技术

主坝桩号0+574～0+887为1984年浇筑的防渗墙，新防渗墙和旧防渗墙如何连接就是值得考虑的问题，接头处理不好会在新墙和旧墙之间产生夹缝，形成渗水通道，增加大坝渗流量，严重时发生管涌，危及大坝安全，因此，它是除险加固工作的关键环节。

新旧混凝土防渗墙接头处理为桩号0+574及0+887两处。设计采用套接处理方式，即在旧防渗墙端头部位80cm范围内钻孔至墙底，刷洗孔壁后浇筑新防渗墙进行嵌套处理(见图2)。由于旧防渗墙混凝土形成年代较长，而且浇筑情况不明，在钻进施工过程中容易造成旧防渗墙的冲击破坏，因此，将设计方案变更为平接方式，保证旧防渗墙不被破坏。具体方案是新旧防渗墙接头处采用高压旋喷及接缝灌浆缝方式进行处理(见图3)。接头处两侧各布置3个高喷孔，孔距为0.40m，孔中心距离防渗墙边线0.20m；接缝灌浆孔位布置在新旧防渗墙“平接”接缝中心处，共布置高压旋喷灌浆孔12孔、防渗墙接缝灌浆孔2孔。施工完成后，效果非常好，成功地将新旧防渗墙连接在一起，下游无渗点出现。此方法应用成功后，在副坝施工中还用于溢洪道等建筑物和防渗墙的连接，它的最大好处是利用高压喷射灌浆和接缝灌浆配合施工，减少对原墙的扰动和破坏，保证了旧墙与新墙之间、建筑物与防渗墙之间的严密连接，从而取得最大限度的防渗效果，提高新、老防渗墙连接质量和速度，确保了防渗体系建设的完整性。

图2 套+接法新、旧防渗接头布置图

图3 平接法新、旧防渗接头布置图(单位：cm)

3 工程除险加固期运行观测情况

通过试运行期的外观观测，工程加固措施效果显著。主坝和副坝经采取坝体防渗墙构筑、坝基帷幕灌浆和后坝坡培厚等措施加固后，坝体裂缝问题、渗流问题得到了彻底解决，更加安全稳定。大坝加固前实测浸润线较高，远高于设计浸润线，加固后观测的浸润线已低于设计浸润线；根据施工期设置的渗流观测点观测，渗流量由原来的1.92L/s(相应水位1330.07m)减少到0.22L/s，随库水位变化不明显，无突变现象。

4 效益分析

4.1 施工期间的工程运用

由于制定了合理的施工方案，有效解决了各项目和各工序等的关键技术与难点问题，工程施工基本不受水库水位的影响，防渗墙和帷幕灌浆项目施工24小时两班倒作业，实行倒计时控制工程进度，加快了工程进度，按计划完成了各阶段的施工任务，不仅施工企业取得了良好的经济效益，而且不影响水库防汛和下游灌溉，保证了灌区灌溉用水需求，取得了良好的灌溉效益和社会效益。

4.2 运行效益

水库除险加固后，运行良好，解决了原来存在的隐患，保障了水库下游农田、公路、文物古迹的安全。除险加固前，水库蓄水位限定在1329.80m，加固后试运行阶段，水库水位达到设计正常蓄水位1330.30m，库容相应增加1342万m3，水库调蓄能力增加，防洪拦洪作用增强，供水状况得到明显改善，为大坝安全及下游工农业生产、人民生命财产安全提供了可靠保证。通过对水库的除险加固，无论是水库的安全运行方面还是农业灌溉方面，水库效益得到了充分发挥。

5 结 语

双塔水库除险加固工程有效解决了老坝体高水位下防渗墙施工和各个施工环节关键点、难点等问题，选择了最优施工方案和方法，提高了施工质量，缩短了施工工期，降低了施工成本，取得了良好的经济效益、社会效益和环保效益，为今后类似工程防渗墙施工提供了有意义的借鉴和应用实例并积累了宝贵经验。