多头小直径搅拌桩防渗墙在水库大坝加固中的防渗效果

鲍海兵 周 巍 王 鉴

水库运行中，因为自然因素、维修养护等的影响，容易出现比较严重的病害，这些病害的存在会影响水库运行的稳定性和安全性。以某水库为例，考虑其运行中存在的病害，当地水利部门对水库进行安全鉴定后，决定采取相应的措施来实现水库的除险加固。多头小直径搅拌桩防渗墙在水库大坝加固中的应用，能够取得理想的防渗加固效果，本文对其防渗效果进行分析和探讨。

一、工程概况

某水库周边河流密布，总流域面积达到23.40km2。水库所处区域降水充沛，无霜期较长。区域年均降水量为1110.6mm，最大值为2040.1mm，最小值为376.4mm，因为季风活动以及台风、热带风暴等的影响，降雨量年际差异较大，年内分布不均匀，5—9月多年平均降雨量达到714.2mm，约占全年降水量的64.3%

水库水位和库容的特征参数如表1 所示。

表1 水库水位和库容特征参数表

二、水库安全鉴定结果

（1）坝顶高程能够满足设计防洪需求，在抗滑和抗震能力方面优秀，不过主坝背水坡发生过相应的滑坡病害，在水位相对较高的情况下，部分坝坡会出现渗水的问题，背水坡的排水不够通畅，东副坝背水坡坡比相对不足。

（2）溢洪闸整体安全性可以满足要求，不过结构老化比较严重，尤其是混凝土结构更是出现了严重的碳化现象，底板结构的抗弯强度也无法很好地满足相关规范的要求，上下游翼墙存在开裂问题，可以看到通长垂直裂缝，下游泄洪槽的勾缝出现了严重剥落，海漫部分坍塌，下游拐弯段防护缺失，影响了洪水下泄的安全性。

（3）主坝涵的封堵不够彻底，存在一定的安全隐患，西涵进口位置的护砌相对不足。

（4）溢洪闸钢闸门运行正常，1#电机和启闭机无法很好地满足运行要求，高涵钢混闸门存在漏水问题，启闭机出现了严重的锈蚀。

（5）大坝没有配备完善的安全监测设施，测压管失效。

针对这些问题，专家给出相应的运行管理和除险加固建议：

（1）针对坝体进行必要的除险加固工作，具体内容包括防渗、防护和排水。

（2）对非常规溢洪道运用的可行性进行分析论证，拆除不符合要求的溢洪闸，重新设计建设。

（3）主坝导流涵需要拆除回填，西涵进水口设置相应的防护措施。

（4）增加一些必要的管理设施。

（5）做好运行管理，拆除影响大坝运行安全的建筑物。

三、多头小直径搅拌桩防渗墙的应用

该工程本身属于除险加固工程，因此总体布置基本维持现状，针对西副坝非县道段的溢洪道进行封堵，拆除现状溢洪闸，通过扩建的方式来实现原有功能。原址拆建后，设置3 孔溢洪闸，每孔净宽为3.5m。维持溢洪道轴线不变，可以将其分为上游连接段、控制段、一级缓坡段、一级陡坡段、一级消力池、二级陡坡段、二级消力池和下游出水渠，全长457m。主坝防渗采用了双管法高压旋喷桩。本文主要针对东副坝防渗中多头小直径搅拌桩防渗墙的应用进行分析和探讨。

1.防渗设计

在对东副坝进行防渗设计的过程中，采用多头小直径深层搅拌桩技术，搅拌桩设置在东副坝坝轴线偏上游约1.0m 的位置，桩体直径为0.4m，搭接长度为0.1m，桩中心距为0.3m，最小成墙厚度为0.265m。桩底深入到粉质黏土层，较背水坡坝脚位置的高度低至少1.5m。为了保证施工质量，为施工管理工作提供便利，分段拉平桩底，搅拌桩的数量一共是1127 根，总长度8050.90m，防渗面积可以达到2414.65m2。溢洪闸周边使用10%水泥土进行回填，顶部高程为58.40m。多头小直径搅拌桩防渗墙需要延伸到溢洪闸周边回填水泥土中，深度不低于5.3m，和溢洪闸形成相应的防渗封闭。

结合该工程的实际情况，多头小直径搅拌桩的相关技术指标为：（1）固化剂使用42.5 普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为8%～15%；（2）相邻墙体施工间隔不能超过24h，墙体厚度不能小于0.3m，成墙深度在4～8m 的范围内；（3）防渗墙墙体的垂直度误差不能超过H/300，H 表示设计墙深，墙顶中心线的允许误差为±30mm；（4）墙身偏差不能超过200mm，墙体渗透系数为10-6cm/s。

2.技术应用

在对多头小直径搅拌桩防渗墙技术进行应用的过程中，需要对渗透系数、大坝荷载等参数进行计算，确定好具体的成墙工艺流程，并且明确施工技术要求。

（1）渗透系数分析

渗透系数分析需要考虑不同工况的不同要求，保证分析结果的真实性和准确性。具体分析成果如表2 所示。

表2 渗流稳定分析地质资料采用表

（2）坝体荷载计算

工程中，汽车荷载等级为公路-Ⅱ级，车辆荷载效应为公路-Ⅱ级汽车荷载，可以将汽车荷载折算为等效均布荷载，相应的计算公式为：

式中：B 表示计算宽度，取值为13m；l0表示计算长度，取值为2.4m。计算后得到q汽的值为12.34（kN/m）。

（3）成墙工艺流程

一是应该严格按照相应的设计图纸，做好测量放线工作，确定好防渗墙的轴线；二是对将要进行防渗墙施工的区域，开挖相应的导流沟，导流沟的宽度和深度控制在0.8m 和1.0m，在对导流沟进行开挖的过程中，需要清理遇到的地下障碍物；三是确定好机械行走作业面的承载力，做好必要的加固工作；四是应该设置好相应的钻孔标志，确定好每一钻的位置，并且使用平面几何方法，确定好每一次移动后桩机底盘所处的位置；五是将主机移动到设计钻孔位置，将桩机调正，确保其能够对准孔位；六是启动搅拌机送浆，钻头触底后启动钻机，在钻进过程中，必须保证孔口始终可以看到翻滚的水泥浆；七是钻头抵达桩底高程所处位置后，应该提钻搅拌，喷浆到孔口位置。重复上述步骤，最终完成全部的施工注浆作业。

（4）施工技术要求

①交通：进出场道路和桥梁必须能够安全通过10t的卡车。

②施工场地：施工场地必须保持平整，坝顶宽度不能低于4.0m，场地内地下不能存在包括块石、树根和地下管线等在内的障碍物，空中建筑或者高压线路如果需要跨越施工现场，则与地面距离不能低于25m。

③水灰比：水灰比可以依照土层性质、孔洞裂隙情况等，通过现场施工情况进行确定和修正，该工程中水灰比为0.45～0.50。

④接头处理：对于要求搭接的桩孔，桩与桩的搭接间歇时间不能超过24h，如果因为特殊原因超出这个时间，需要对最后一根桩搭接位置进行空钻，留出榫头，等待下一批桩的搭接。

四、结语

经理论计算以及实际测量，本次防渗加固工程的效果良好，能够满足设计要求。对比防渗加固前，坝基渗透比下降明显，渗流量有所减少，出逸点的数量也在减少。从施工单位和技术人员的角度，应该对多头小直径搅拌桩防渗墙技术的应用经验进行总结分析，解决其中存在的问题，提升防渗加固的效果