梅山水库大坝防渗加固技术的探讨

陈小玲

（惠安县菱溪陈田水库管理处，福建 惠安 362100）

1 工程概况

梅山水库位于泉州市惠安县螺城镇梅山村石盘自然村、居仁溪峡谷处，坝址以上流域面积2.9km2，河长1.85km，坡降3.15%。水库正常蓄水位61.0m，总库容237.5万m3，有效灌溉面积400hm2，保护人口3000万人。水库于1970年10月动工，1972年竣工，保坝加固工程于1980年动工，1981年完成。水库大坝原设计采用20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，保坝加固时，大坝按20年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。设计洪水位61.9m；校核洪水位62.82m。2003年安全鉴定采用30年一遇设计，300年一遇校核。设计洪水位62.41m；校核洪水位62.98m。初步设计复核的防洪标准按30年一遇设计，300年一遇校核。其设计洪水位62.37m，校核洪水位62.99m。

大坝迎水坡为干砌块石护坡，坡比从上到下为1∶1.75，1∶2.5和1∶3.0。第一平台高程53.0m，宽4m，第二平台高程43.5m，宽3.7m。背水坡为草皮护坡，坡比从上到下为1∶1.7，1∶2.5和1∶1.5。第一平台高程52.0m，宽4m，第二平台高程41.0m，宽3.2m，第二平台以下设干砌块石排水棱体。

2 大坝存在问题

水库已运行近40年，一直处于低水位运行状态。现场踏勘发现大坝背水坡桩号0+040，0+090，0+150，高程47.0～53.0m之间坡面存在渗漏散浸现象，面积约100m2。1973年4月23日遇到暴雨，水位由53.0m上涨至57.5m，大坝出现严重漏水现象，渗漏量0.75L/s。虽经局部处理，但未根治。经现场观测，检查期间水位53.0m，湿浸面积约100m2，大坝左岸下游坡高程47.0m附近存在渗漏现象。在水位53.0m以上时渗漏更普遍更严重。下游背水坡凹凸不平，草皮护坡质量较差。

3 坝体防渗技术方案比选

梅山水库坝体左右坝肩存在较为严重的渗漏，需要对大坝坝体防渗加固。

坝址工程区岩性为燕山早期侵入的黑云母花岗岩。两岸山顶及缓坡处为坡残积层，主要成分为砂质黏土。河床基本为坡残堆积土所覆盖，中部坝基原河床处为粉质②或残积砂质黏性土③层，两岸坝基为强风化岩或弱风化岩。施工时未进行有效的地基处理，其中，强风化岩具有中等透水性，部分呈强透水性，坝基存在渗漏问题。

根据大坝渗漏现状，采用两种防渗方案进行经济及技术比较，选取合适方案。

3.1 方案1：坝体全段高压旋喷桩防渗、两坝肩坝基帷幕灌浆

在坝顶桩号B0+08.7～B0+176沿轴线布设旋喷孔1排，排间距0.5 m，共370孔，灌浆孔应采用由疏到密的原则，分2序施工，第1孔距1.0m，第2孔距0.5m，旋喷桩的底部深入坝基层面以下1m，顶部高程61.0～63.0m。总进尺寸7360m。两坝肩坝基布设帷幕灌浆孔1排，总长度74.7m，间距2.0 m，共36孔，施工时应采用由疏到密的原则，分2序施工，第1孔距4.0m，第2孔距2.0m。坝基帷幕灌浆伸入相对不透水层（q＜10Lu）以下2m，总进尺寸144m。

3.2 方案2：迎水坡土工膜防渗、两端坝体高压旋喷桩防渗、坝基帷幕灌浆

在高程53.0m以下采用旋喷桩防渗，处理范围为桩号0+030～0+150，布设旋喷孔1排，间距0.5m，共240孔，施工时应采用由疏到密的原则，分两序施工，第1序孔距1m，第2序孔距0.5m。旋喷桩的底部深入坝基层面以下1m，顶部高程为53.0m。总进尺寸2400m。

拆除高程53.0m以上迎水坡原有干砌块石护坡，重新翻砌迎水坡，并铺设复合土工膜防渗，复合土工膜底部高程53.0m，顶部高程为63.0m。护坡由上到下依次为：干砌块石护坡厚30cm，砂碎石垫层厚15cm，砂垫层厚15cm，复合土工膜600g/m2，砂垫层厚15cm，复合土工膜连接采用热熔焊，搭接宽度20cm。

为了闭合整个防渗，在坝顶桩号0+08.7～0+035、0+145～0+176坝轴线布设旋喷孔1排，总长度74.7m，间距0.5m，共150孔，施工时应采用由疏到密的原则，分2序施工，第1孔距1.0m，第2孔距0.5m。旋喷桩的底部深入坝基层面以下1m，顶部高程53.0～63.0m。总进尺寸1500m；两坝肩坝基布设帷幕灌浆孔1排，总长度74.7m，间距2.0m，共38孔，施工时应采用由疏到密的原则，分2序施工，第1孔距4.0m，第2孔距2.0m。坝基帷幕灌浆伸入相对不透水层（q＜10Lu）以下2m，总进尺寸228m。在坝顶桩号0+035～0+145坝轴线布设充填式灌浆孔1排，总长度110.0 m，共75孔，灌浆孔应采用由疏到密的原则，分3序施工，第1孔距6.0m，第2孔距3.0m，第3孔距1.5m，灌浆的底部深入坝基层面以下1m（即高程52.0m），共进尺寸825m，防渗方案技术经济比较如表1。

表1 防渗方案技术经济比较

方案1可在汛期施工，施工方便容易，工程投资大。方案2工程投资较少，但施工需拆除迎水坡原护坡，施工进度慢，必须选择非汛期施工。考虑到施工方便，且水库是惠安县供水水源之一，有着特殊地理位置，因此采用方案1进行防渗处理。

4 工程实施

根据防渗方案比较，采用方案1：坝体全段高压旋喷桩防渗、两坝肩坝基帷幕灌浆。坝基帷幕灌浆伸入相对不透水层（q＜10Lu）以下2m。

4.1 单管高压旋喷

4.1.1 钻孔

首先把钻机对准孔位，用水平尺掌握机身水平，垫稳、垫牢、垫平机架。控制孔位偏差不大于1～2cm。钻孔伸入坝基1.0m。钻进过程要记录完整，终孔要经值班技术人员签字认可。孔斜率小于0.1%。

4.1.2 下喷射管

将喷射管下放到设计深度，下管与钻孔两道工序可合二而一。为防止喷嘴堵塞，可采用边低压送浆，边下管的方法。

4.1.3 浆液

喷射浆液采用黏土水泥浆，黏土和水泥重量比为1∶1，缓凝剂为水泥重量的1%，水与干料比为0.8∶1，浆液密度不小于1.5g/cm3。水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；黏土应选择塑性指数8～15，黏粒含量20%～45%，粉粒含量40%～50%，沙粒含量10%以内，有机质含量小于2%，可溶盐小于8%。

4.1.4 喷射灌浆

当喷射管下到设计深度后，喷射灌浆参数达到规定值后，即可喷射注浆。黏土水泥浆通过高压泥浆泵形成高压黏土水泥浆，以超过20MPa的灌浆压力，通过喷射管由喷嘴向土中喷射，喷射管一边旋转，一边向上提升，喷射的黏土水泥浆一边切削四周土体，一边与土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即旋喷桩。

4.1.5 冲洗

高压喷射灌浆完毕，把喷射管等机具冲洗干净，管内机内不得残存浆液。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、喷射管内的浆液全部排出。

4.1.6 移动机具

把钻机等机具设备移到新孔位上。

4.2 坝基帷幕灌浆、坝体黏土灌浆

4.2.1 造孔

造孔采用XJ-100A型钻机，钻孔直径110mm，终孔直径75mm。采用干法造孔，底部进入相对不透水层（q＜10Lu）下2m。

4.2.2 浆液

强风化层坝基采用帷幕灌浆，浆液采用纯水泥浆，水灰比为1∶1，相对密度不小于1.45。

4.2.3 灌浆

采用充填式灌浆，由上而下，下套管分段灌注方法，段长5～10m。灌浆压力在孔口控制在0.5kg/cm2（即4.9×104Pa）左右，灌浆时先灌稀浆，再灌稠浆，直到全孔不再吃浆或达到规定压力，持续半小时即可封孔，但应适当增加复灌次数。

4.2.4 灌浆探井效果检查

灌浆结束后，随机挖深2.0m，长3.0m，宽1.0m的探井2个，取样检测防渗浆体的厚度、连续性及抗渗指标。浆体厚度不小于15cm，浆体干密度不小于1.6 g/cm3，浆体水平渗透系数小于10-5cm/s。

4.3 大坝坝顶、上游、下游坝坡整修

结合坝顶结构设计和上下游边坡整治美化要求，将上游坡正常高水位以上至坝顶的块石护坡在锄草后，采用M10砂浆勾缝处理。

全面清除背水坡杂草等野生植物，并按原坡夯实整平。背水坡采用铺设草皮护坡。排水设施采用M7.5 浆砌块石排水沟0.5m×0.5m ，沿两坝肩及背水坡平台布置，总长度251m；路肩采用M7.5 浆砌条石，对防浪墙进行拆除重新砌筑，采用M7.5 浆砌条石，坝顶夯实整平并培土加厚50cm，设计补充草皮面积200m2，补充砂壤土回填量440m3。

4.4 完成防渗加固时间、加固后坝体渗流及稳定安全复核

大坝加固后大坝渗流成果如表2，加固后坝坡稳定计算结果如表3。

表2 加固后大坝渗流成果

表3 大坝加固后坝坡的稳定计算结果

从表2渗流理论计算成果可知，各工况下，坝体渗流量均较小、出逸坡降均满足规范要求。

从表3可知，在正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数应不低于1.25，非正常运用I条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数应不低于1.15，大坝渗流及稳定安全系数均能满足规范规定的要求。

5 结语

（1）防渗工程施工期间，在确保螺城镇的灌溉，又不影响工程施工，取得了较好成效。

（2）在做好防渗加固同时又结合坝顶结构施工和上下游坡整治进行绿化。将上游正常蓄水位以上至坝顶的块石护坡在除草后，采用M10砂浆勾缝处理。全面清除背水坡杂草，并按原坡夯实整平，既起到水土保持作用，又美化了环境。

（3）由于采用方案1较好的防渗技术方案，对梅山水库防渗工程的加固，工程进度顺利，工程质量得到保证，取得了良好经济效益和社会效益。