黑河黄藏寺水库大坝坝体与地基防渗施工工艺

常 斌

(黑河黄藏寺水利枢纽工程建设管理中心，甘肃 兰州 730030)

0 前 言

黑河发源于祁连山中段，流域东起山丹县境内的大黄山，与石羊河流域接壤，西以嘉峪关境内的黑山为界，与疏勒河流域毗邻，北至中蒙边界。黄藏寺水库所在地的大地构造单元属祁连地槽褶皱系，次级构造单元为北祁连优地槽褶皱带，新构造运动以断裂和断块活动为基本特征。黄藏寺枢纽库区上游库段为山间盆地地貌，地层以白垩系(K2)砾岩、含砾砂岩为主，盆地四周山体高大宽厚，河谷宽阔多沙滩，最宽达1 000 m以上；近坝库段为陡峻岸坡、峡谷地形，河谷呈“V”字型，两岸岸坡坡度平均40°～70°，地层以寒武系(∈2)绿泥石白云母石英片岩为主[1]。以下结合有关资料对黑河黄藏寺水库大坝坝体与地基防渗问题做详细分析。

1 黑河黄藏寺水库大坝坝型与渗漏隐患

1.1 坝型选择

黑河黄藏寺在初设阶段比选了两条坝线。上坝线(原可研坝线)位于H8堆积体下游约120 m处，坝轴线处两岸岸坡陡峻，河水面宽15～25 m，水深约2.5 m，右岸岸坡坡度一般为45°～60°，左岸2 576 m以上，岸坡陡峻，坡度一般为60°～80°，地貌上为一基岩陡坎。下坝线位于上坝线下游约100 m处。河水面宽25 m左右，两岸地形坡度总体45°～50°，左岸在高程2 570 m以下约67°。两岸基岩裸露，仅两岸岸坡顶部及右岸高程2 560～2 590 m处发育少量坡积物。从工程地质条件来看，上下坝址均具备建坝条件；就工程地质条件而言，上坝线的工程地质条件略优于下坝线。在设计时给出重力坝与面板堆石坝这两种坝型，由于本工程位于高寒高海拔地区，生态修复功能较差，重力坝方案存在边坡处理范围较小，对环境的影响较小；防渗可靠性较优；施工交通、导流条件较优；抗震安全性较优；枢纽布置紧凑，运行管理方便、安全；投资较省等优点，因而推荐使用重力坝方案。进一步对碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝进行比较，碾压混凝土重力坝在投资和工期方面均较优，因此选定碾压混凝土重力坝方案作为推荐坝型[2]。

1.2 渗漏隐患

调查发现，黑河黄藏寺水库混凝土重力坝的抗滑稳定主要由大坝与坝基岩体间的滑动控制，局部分布的绿泥石白云母片岩可能产生坝基不均匀变形。左岸坝顶高程以上岸坡陡峻，现状岸坡稳定性较好，但边坡存在不同规模崩塌、滑塌破坏的可能；右坝肩有F7、f1、f2近顺河向断层以及中陡倾角结构面发育，存在坝肩边坡稳定问题。右岸发育F7断层，断层带宽约0.5 m，需要单独进行防渗处理。此外，两岸坝肩山体宽厚，右坝基坝肩断层、节理等结构面发育，存在绕坝渗漏的可能性，须进行防渗处理。

深入调查研究可知，导致坝体坝基出现渗漏问题的主要原因有：材料性能质量不过关，运用于水库坝体工程的材料物理力学指标不达标，容易引起坝体失稳、坝基渗漏问题，其次是水库工程在经过较长时间的使用后出现渗漏变形，坝体或坝基被淘空，大坝工程存有很大的安全隐患与质量隐患。在工程施工期间未对工程区内的地质问题做深入分析与有效处理，未能规范做好防渗工作，导致坝体与坝基出现渗漏问题[3]。

2 黑河黄藏寺水库大坝坝体与地基防渗工艺

2.1 坝体防渗治理

对于水库工程中的坝体部分，可采用高压旋喷灌浆技术提高坝体防渗性，使坝体渗漏隐患得到有效预防与治理。在治理时采用冲击水泥碎石桩，对桩与桩之间的连接使用高压旋喷桩。研究与实践证明，高压喷射灌浆工艺技术在提升水库大坝工程抗渗性、防漏性等方面也有着重要作用。高压喷射灌浆工艺施工速度快、抗渗效果好、适用范围也相对较广。在将高压喷射灌浆工艺运用于水库大坝工程时，主要是通过砂砾卵石地基中的钻孔向四周喷射高压水泥浆，砂砾卵石颗粒与水泥浆充分混合且凝结硬化后形成具有抗渗作用的桩，将这些桩进行连接就会得到一个相对完整的地下防渗建筑物，从而使水库大坝工程的防渗性能大大增强。在运用高压喷射灌浆工艺对水库大坝工程进行处理时，需合理控制桩径与桩距，只有桩径与桩距合理，高压旋喷桩才能充分发挥作用。

进行高压旋喷桩施工时要能按照有关文件以及工程设计图纸做好高喷孔的布置工作，合理确定孔位与喷孔数量，为后续施工打好基础。施工时严格按照钻孔、下注浆管、旋喷提升以及成墙的标准顺序进行。钻孔时采用专门的回转钻机，并在钻进过程中使用泥浆或孔壁进行防护。合理控制实际钻孔孔位与设计孔位之间的偏差，确保两者最大偏差不超过50 mm。钻孔过程中先将钻机放置平稳，然后操作钻机控制钻进速度，严格掌控孔深、孔径等参数。钻孔结束后开始制备水泥浆，水泥浆各原材料以及外加剂的添加比例要合理，水泥浆需搅拌均匀，并将制备好的水泥浆在4 h内使用完。旋喷灌浆需要用到喷头、喷射管、送液器等，这些机械器具必须有良好的密封性能，喷射管的刚度要达到标准要求。在正式施工前对高压水泵、灌浆泵的流量、压力等参数进行检查与调试，确保设备的额定压力不小于设计规定压力的1.2倍[4]。为确保最终的施工质量能达到标准要求，需在正式施工前先进行试喷，确保各项情况均正常后再正式施工。在施工时先将喷头下至设计深度，然后按照规定参数进行原位喷射，等到浆液返出孔口后且无异常情况发生后开始提升喷射。在喷射过程中若出现孔口回浆、压力骤降或回浆量异常等情况就需要及时查明原因并做出处理，防止问题影响扩大。在进行旋喷施工时，如果出现串浆问题需及时将串浆液封堵严密，并在灌浆结束后将串浆孔进行扫孔处理。

2.2 坝基防渗治理

在完成坝体防渗施工后，对坝基部分采用帷幕灌浆的方法进行处理，使坝基的防渗性得到提高。对坝基进行治理时重点要考虑基岩的透水率与工程投资问题。运用帷幕灌浆时，是从坝顶建造直达基岩的防渗墙，墙的两端与岸边基岩或防渗设施相连接，共同构成一个完整的防渗体系，从而使水库大坝的抗渗功能大大增强。在正式施工时，在覆盖层中利用专门的机具钻出孔或槽，然后灌注水泥浆，使水泥浆与混凝土进行固结、连接，形成连续的混凝土墙，使水库大坝工程的渗漏问题得到有效解决。在帷幕灌浆施工中需要注意的技术要点是：射流冲切过程中，要边旋转边提升喷射管，使水泥浆均匀注入到孔或槽中，使水泥浆与复合浆充分融合固化形成凝结体，利用该技术具有高稳定性、抗渗性以及强度的凝结体提升水库大坝工程的防渗性，延长水库大坝使用年限。

在运用帷幕灌浆法对水库大坝坝基的渗漏问题进行处理时还有以下要点需注意：首先是孔位需合理，孔位应与设计图纸相符。钻孔时严格控制孔位偏差，确保孔位偏差不超过12 cm；钻孔结束后进行洗孔，使用压力小于灌浆压力的水压对钻孔进行清洗，清洗到孔返出清水为止；清孔结束后设置设浆管并进行水压试验，确保一切正常后开始灌浆。灌浆浆液采用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥然后运用高速搅拌机搅拌超过30 s。在灌浆时浆液超过300 L可以变浓一级[5]。

2.3 其他处理工艺

除上文中提到的两种工艺外也可运用混凝土防渗墙技术来提升水库大坝工程的抗渗性，目前，水库大坝工程中的混凝土防渗墙通常有两种布置形式，一种是在大坝斜墙脚下进行布置，以此解决坝基渗漏问题；另一种是在大坝坝轴线或坝轴线附近上游区域布置防渗墙，使坝基、坝体等部位的渗漏问题得到有效解决。适用于水库大坝工程中的防渗墙材料也较多，如有刚性钢筋混凝土、纯混凝土以及柔性塑性混凝土等。这些材料有不同的优缺点与适用条件，在施工时可根据实际情况科学选择、合理运用。

面板堆石坝防渗工艺也比较适用于黑河黄藏寺水库大坝工程。在黄藏寺水库大坝工程中运用防渗面板工艺时，主要是利用砂砾石分层或者堆石体碾压填筑成为坝体，利用混凝土面板来达到防渗加固的目的。黑河黄藏寺水库大坝周边有许多料场，进行防渗面板施工时取料也十分方便。如块石料K2料场位于黄藏寺坝址下游右岸0.8～1.0 km处，岩性为绿泥石化的石英片岩，饱和抗压强度为20.4 MPa～98.3 MPa，平均49.6 MPa，软化系数0.45～0.65，总体属中硬岩类。K2块石料场弱风化岩体可基本满足填坝主堆区要求，但强度和软化系数偏低，勘察储量约790万m3。料场内砂砾石料储量丰富，质量满足填筑料要求。

3 结 语

渗漏问题会缩短水库大坝工程使用年限，影响水库大坝工程灌溉、防洪、蓄水等多项功能，也会给工程周边环境、建筑等带来安全隐患。为此对于水库大坝工程坝体、坝基渗漏问题，要能根据工程结构、周边环境、灌溉防洪功能需求等合理选用高压旋喷桩、帷幕灌浆等工艺技术进行有效处理，使水库大坝工程渗漏问题得到有效解决。

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