王曉飛

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司三公司，成都，610213)

“先填壩后防滲處理”在大竹河水庫土石壩施工中的應(yīng)用

王曉飛

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司三公司，成都，610213)

土石壩“先填壩后防滲處理”施工模式通過在大竹河水庫的實(shí)踐，為后續(xù)類似工程開創(chuàng)了一條新路子、一個新工法，其優(yōu)點(diǎn)頗多：(1)減輕了建設(shè)初期的施工壓力；(2)在壩體填筑至一定高程具備擋水能力后，給防滲施工留足了充裕的時間；(3)通過一段時間的壩體沉降變形，壩體已基本趨于穩(wěn)定，對后施工的防滲體影響破壞更??；(4)用混凝土防滲墻替代瀝青心墻和粘土心墻，對施工環(huán)境及地域因素的要求較低，工藝更成熟可靠，且與瀝青心墻和粘土心墻分層碾壓相比，混凝土防滲墻的整體性更好、防滲效果更佳；(5)這種施工模式后期維修費(fèi)用低，總成本更節(jié)約。

土石壩 先填壩后防滲處理 施工模式 大竹河水庫

本文結(jié)合攀枝花市仁和區(qū)大竹河水庫大壩滲漏處理工程，進(jìn)行“先填壩后防滲處理”施工模式(以下簡稱新施工模式)研究，論證該模式的可行性及應(yīng)用前景。

1 新施工模式的優(yōu)越性

傳統(tǒng)施工模式為：先做壩基防滲處理，完成后進(jìn)行壩體填筑，填筑同時做壩體防滲(一般為粘土心墻或?yàn)r青混凝土心墻)，直至設(shè)計高程。

新施工模式為：先進(jìn)行壩體填筑，填筑至接近壩頂高程(此時壩頂寬度需滿足防滲施工最小平臺寬度)時做壩體防滲墻及墻下灌漿，完成后進(jìn)行壩體上部結(jié)構(gòu)施工。

與傳統(tǒng)施工模式相比，新施工模式具有以下優(yōu)越性：

1.1 壩基防滲墻施工時間不受汛期制約

傳統(tǒng)施工模式：在枯水期通過上下游圍堰擋水進(jìn)行壩基防滲施工，往往工期短、任務(wù)重、施工壓力極大。

新施工模式：在枯水期直接進(jìn)行填筑作業(yè)，當(dāng)汛期來臨時壩體高程已具備擋水能力，壩體本身作為擋水體，其性能優(yōu)于臨時圍堰，通過施工導(dǎo)流其后續(xù)施工基本不受汛期影響，可合理安排壩體防滲墻及墻下灌漿施工時間，工期相對寬裕，減少施工壓力。

1.2 壩體沉降變形對壩體防滲體的影響減小

傳統(tǒng)施工模式：在壩體填筑的同時做壩體防滲體，在填筑過程中壩體沉降變形相對最大，若采取的防滲體適應(yīng)沉降變形的能力差，將直接影響壩體防滲效果。

新施工模式：在壩體基本填筑到壩頂以后再進(jìn)行壩體防滲施工，此時的壩體已經(jīng)過一段時間的沉降變形，其進(jìn)一步沉降變形的趨勢減緩，對之后施工的壩體防滲體影響減小。

1.3 對環(huán)境、地域、沉降變形適應(yīng)性強(qiáng)

傳統(tǒng)施工模式：粘土心墻施工受地域影響大，瀝青心墻施工受外部環(huán)境影響大。

新施工模式：壩體防滲墻造孔施工基本不受外部環(huán)境、地域的影響，墻體材料包括剛性材料和柔性材料，適應(yīng)壩體沉降變形的能力強(qiáng)。

1.4 防滲性能優(yōu)異、技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠

傳統(tǒng)施工模式：粘土心墻的滲透系數(shù)一般不大于i×10-5cm/s，防滲性能受當(dāng)?shù)卣惩亮显促|(zhì)量的影響較大；瀝青心墻的滲透系數(shù)一般不大于i×10-7cm/s，受施工工藝影響瀝青心墻延軸線方向水平向分層過多，層間結(jié)合的薄弱環(huán)節(jié)占防滲體總面積的比重大，對施工環(huán)節(jié)要求較高，易出現(xiàn)層間結(jié)合不緊密問題，且出現(xiàn)問題后修復(fù)難度極大。

新施工模式：壩體防滲墻的滲透系數(shù)一般不大于i×10-7cm/s，通?？梢赃_(dá)到i×10-8cm/s～i×10-9cm/s，防滲性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式；施工技術(shù)成熟，從施工密云水庫第一道防滲墻至今，廣泛應(yīng)用于各類大、中、小型工程，基本無不成功案例；防滲體為連續(xù)的混凝土結(jié)構(gòu)，質(zhì)量可靠。

1.5 維修費(fèi)用低，總成本節(jié)約

傳統(tǒng)施工模式：粘土心墻、瀝青心墻在建設(shè)期投資比防滲墻略低，但維修費(fèi)用高、難度大、壽命期短，累計總成本高。

新施工模式：防滲墻在建設(shè)期投資略高，但質(zhì)量可靠，壽命期長，后期基本無維修費(fèi)用，累計總成本低。

2 新施工模式在大竹河水庫施工中的應(yīng)用

在攀枝花市仁和區(qū)大竹河水庫大壩滲漏處理工程中，首先將壩頂從高程1217m拆除至高程1214m，在施工平臺寬度滿足工作面要求后進(jìn)行了壩體防滲墻及墻下灌漿施工，新建了一整套壩體防滲體系，徹底解決了大壩滲漏問題，消除了壩體安全隱患。

2.1 大壩滲漏處理背景資料

大竹河水庫于2009年12月30日開工，2011年7月6日大壩填筑到1217設(shè)計壩頂高程，2011年10月10日開始蓄水。2012年11月30日，蓄水至1201.48m，觀測發(fā)現(xiàn)大壩下游壩體浸潤線較高，大壩滲流量為16.93L/s。2013年9月19日蓄水至1212.19m，滲流量增大至23.81L/s，上午7時，水庫大壩下游高程1182m～1185m壩坡表面出現(xiàn)浸濕溢出，浸濕溢出平行壩軸線呈帶狀分布，面積約150m2，隨后逐漸擴(kuò)大，壩面出水呈流淌狀，水庫工程建設(shè)管理局根據(jù)相關(guān)部門指示，立即采取緊急措施放水降低庫水位。

根據(jù)工程原勘察、設(shè)計、施工、大壩安全檢測資料及出現(xiàn)滲漏問題后開展的檢測和滲漏分析成果，對大壩滲漏進(jìn)行綜合分析，得出：瀝青混凝土心墻、大壩壩基及兩岸壩肩均存在滲漏，同時壩體填筑料透水性不強(qiáng)且不均一。

2.2 大壩滲漏處理方案的確定

2.2.1 大壩滲漏處理防滲體形式的確定

大壩滲漏處理防滲體形式的確定主要經(jīng)歷了兩個階段：

第一階段：五種大壩滲漏處理方案比選。從防滲可靠性、施工技術(shù)及風(fēng)險對五種滲漏處理方案的可行性進(jìn)行分析、比較，得出：①原瀝青心墻防滲體修補(bǔ)方案無法實(shí)施；②上堵下排方案可能會降低壩體浸潤線，但存在較多不確定因素，防滲可靠性及耐久性較差，不能徹底解決本工程的滲漏問題；③壩體灌漿方案灌漿防滲體的滲透系數(shù)一般為i×10-4～i×10-5cm/s(i=1～10)，能夠解決本工程的滲漏問題，但施工難度大、施工經(jīng)驗(yàn)少、防滲可靠性差；④混凝土防滲墻方案廣泛應(yīng)用于除險加固工程，防滲效果好、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成熟、施工質(zhì)量可控，耐久性好；⑤上游垂直防滲+壩面防滲方案對上游壩坡穩(wěn)定不利，且施工項(xiàng)目多、難度大，存在施工導(dǎo)流及施工安全風(fēng)險、施工工期不可控制等問題，不適用于本工程的滲漏處理。

第二階段：重點(diǎn)對混凝土防滲墻方案和壩體灌漿方案進(jìn)行對比。混凝土防滲墻方案通過成槽在壩體壩基中形成連續(xù)均勻的防滲墻體，加上墻下帷幕灌漿，形成封閉的防滲體系。防滲墻滲透系數(shù)可達(dá)到i×10-7cm/s，墻體允許滲透比降大于70，防滲效果可靠，耐久性好。新設(shè)的混凝土防滲墻彈性模量能適應(yīng)壩體的變形，墻體應(yīng)力小于允許值，可避免開裂。此外，混凝土防滲墻技術(shù)成熟，在類似工程成功實(shí)例較多，施工質(zhì)量可控，防滲效果可靠。

壩體灌漿方案通過灌漿在壩體、壩基中形成連續(xù)的、具有一定厚度的防滲體，結(jié)合原防滲系統(tǒng)聯(lián)合防滲。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，在過渡料碎石夾風(fēng)化砂、壩殼料風(fēng)化砂中進(jìn)行灌漿難度較大，漿材擴(kuò)散半徑難以控制，實(shí)施前需進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，研究漿材的可灌性及可控性，同時確定孔位布置設(shè)計、鉆孔、漿材配制、灌漿、檢查等一系列設(shè)計指標(biāo)及施工工藝；壩體灌漿帷幕的防滲性、耐久性與受灌地層、灌漿材料、漿液充填的密實(shí)性等有關(guān)，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，灌漿防滲體的滲透系數(shù)一般為i×10-5cm/s，結(jié)石強(qiáng)度較低，總體防滲性能不如混凝土防滲墻；類似工程成功經(jīng)驗(yàn)較少，施工質(zhì)量不可控，滲漏處理效果難以保證，若灌漿實(shí)施后未能達(dá)到預(yù)期效果，需進(jìn)一步采取防滲補(bǔ)強(qiáng)處理。

從防滲效果及可靠性方面比較，混凝土防滲墻方案明顯優(yōu)于壩體灌漿方案。因此，壩體混凝土防滲墻及墻下灌漿方案作為大壩滲漏處理最終方案。

2.3 防滲墻施工

2.3.1 防滲墻施工工藝

防滲墻施工采用“兩鉆一抓”法造孔，“氣舉法”清孔，“泥漿下導(dǎo)管直升法”澆筑混凝土的工藝，墻段間連接采用“拔管法”。槽孔劃分為兩期，先施工一期槽，再施工二期槽。

2.3.2 防滲墻施工參數(shù)及要求

(1)壩體防滲墻起止樁號為K0-9.00m～K0+220.60m，共劃分37個槽段，槽段長度為6.8m(主孔長度為0.8m，副孔長度為2.2m)，其中兩壩肩DF-0、DF-36為明挖明澆防滲墻，其余防滲墻為成槽施工。墻底進(jìn)入弱風(fēng)化基巖0.5m～1m，且墻底不高于原瀝青混凝土心墻基座0.5m；

(2)高程1213.50m以下防滲墻為槽孔澆筑，高程1213.50m以上防滲墻為立?，F(xiàn)澆。高程1213.50m以下防滲墻厚度為0.8m，高程1213.50m～1216.30m防滲墻厚度為0.9m，墻體最大深度為65.1m；

(3)防滲墻墻體材料物理力學(xué)指標(biāo)要求：①抗壓強(qiáng)度≥10MPa；②彈性模量小于15GPa；③滲透系數(shù)K≤i×10-7cm/s；④抗?jié)B等級≥W8。

2.3.3 防滲墻質(zhì)量檢測

防滲墻墻體質(zhì)量檢查包括鉆孔取芯、鉆孔注水試驗(yàn)、物探聲波CT、單孔聲波，孔內(nèi)全景數(shù)字成像、巖芯樣室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)等。分別在K0+167.67m、K0+014.07m、K0+192.87m布置3個檢測孔(倒垂孔)，利用鉆孔進(jìn)行取芯試驗(yàn)、孔內(nèi)彈模測試、孔內(nèi)注水試、孔內(nèi)聲波測試和孔內(nèi)全景錄像，同時還利用部分灌漿預(yù)埋管孔對墻體進(jìn)行聲波CT對穿檢測。檢測結(jié)果如下：

(1)檢測區(qū)域內(nèi)墻體聲波波速在2850～3570m/s之間，平均波速在2970m/s～3270m/s之間，波速滿足C10塑性混凝土波速要求；

(2)防滲墻混凝土力學(xué)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度10.9MPa～19.6MPa，平均14.8MPa；彈性模量8.6GPa～15.6GPa，平均11.6GPa；滲透系數(shù)4.99×10-8cm/s～6.1×10-7cm/s；抗?jié)B等級≥W8；均滿足設(shè)計要求；

(3)通過聲波CT穿透和孔內(nèi)全景數(shù)字成像檢測，在檢測區(qū)域墻體范圍內(nèi)未揭示有明顯異常，混凝土勻質(zhì)密實(shí)。

2.4 帷幕灌漿施工

2.4.1 帷幕灌漿施工工藝

帷幕灌漿采用“自上而下、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)鉆灌法”。墻下帷幕在第一段灌漿結(jié)束后鑲筑φ89mm孔口管，并與原預(yù)埋灌漿管搭接1m，鑲管待凝時間不小于24h，采用“地毯式”鑲管法，Ⅰ序孔鑲管后即可依次鑲筑相鄰的Ⅱ序孔和Ⅲ序孔。左右岸壩肩及搭接帷幕在非灌漿段鉆孔結(jié)束后即鑲筑φ89mm孔口管。墻下帷幕、搭接帷幕及右壩肩帷幕灌漿分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，左壩肩補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿為單序施工。

2.4.2 帷幕灌漿施工參數(shù)及要求

(1)鉆孔孔徑不小于φ56mm，孔斜滿足設(shè)計要求，孔底沉積厚度小于20cm；

(2)在每一段鉆孔結(jié)束后對該段進(jìn)行裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)和裂隙沖洗結(jié)合進(jìn)行，采用簡易壓水法，壓力為灌漿壓力80%，壓力超過1MPa時采用1MPa；壓水試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)立即連續(xù)進(jìn)行灌漿作業(yè)；

(3)墻下帷幕接觸段灌漿結(jié)束后待凝24h掃孔做簡易壓水試驗(yàn)，透水率≤5Lu后采用0.5∶1的水泥漿鑲鑄φ89mm內(nèi)管，內(nèi)管底部到達(dá)第一段底，頂部與預(yù)埋灌漿管接觸段不小于50cm，且深入混凝土防滲墻不小于1m，鑲管后待凝72h才能下一段的施工；

(4)按照壓水試驗(yàn)呂榮值確定開灌水灰比的漿液比級，Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通水泥灌漿，Ⅲ序孔采用濕磨細(xì)水泥灌漿，濕磨細(xì)水泥漿液經(jīng)檢測滿足細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)后(D95<40μm、D50<12μm)用于灌漿作業(yè)并定期進(jìn)行細(xì)度檢測，濕磨細(xì)水泥漿液開灌水灰比采用3∶1，漿液配制根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)摻加1%高效減水劑；

(5)灌漿過程中，根據(jù)各段次的不同，按設(shè)計要求控制各段次的灌漿壓力，根據(jù)灌漿吸漿量的變化和漿液的變換原則及時調(diào)整漿液濃度，在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min，灌漿可以結(jié)束，灌漿結(jié)束后，應(yīng)使用水灰比為0.5∶1的漿液置換孔內(nèi)稀漿或積水，采用全孔灌漿法封孔，灌漿壓力為該孔最大灌漿壓力，封孔灌漿時間不小于1h；

(6)帷幕灌漿質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為：左壩肩K0+230.60m～K0+335.90m段全、強(qiáng)風(fēng)化基巖灌漿帷幕要求透水率不大于10Lu，弱風(fēng)化基巖灌漿帷幕要求透水率不大于5Lu；K0-19.00m～K0+230.60m段灌漿帷幕要求透水率不大于5Lu；右壩肩K0-80.00m～K0-19.00m段灌漿帷幕要求透水率不大于10Lu。檢查孔壓水試驗(yàn)合格率不小于90%，混凝土防滲墻下第一段帷幕灌漿合格率為100%。

2.4.3 帷幕灌漿質(zhì)量檢測

防滲墻下帷幕灌漿質(zhì)量檢查包括鉆孔取芯、鉆孔壓水試驗(yàn)、物探聲波CT、單孔聲波，孔內(nèi)全景數(shù)字成像等。分別在防滲墻軸線上按灌漿總孔數(shù)的10%左右進(jìn)行抽檢，共布置18個檢測孔，本次檢測孔的孔位是在灌漿前預(yù)先確定，在防滲墻施工過程中安裝預(yù)埋管，通過預(yù)埋管掃孔實(shí)施墻下帷幕灌漿檢查孔。同時利用部分檢測孔對墻下帷幕進(jìn)行了CT對穿檢測。檢測結(jié)果如下：

(1)18個檢測孔共壓水175段，透水率在0.00～3.42Lu之間，均小于5Lu，透水率稍大的孔段多為墻體與基巖接觸段。僅從壓水透水率評價，單孔壓水合格率100%，單元壓水合格率100%；

(2)通過聲波CT穿透和孔內(nèi)全景數(shù)字成像檢測，在檢測區(qū)域帷幕范圍內(nèi)總體未揭示有明顯異常。

2.5 壩體安全檢測

2.5.1 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

混凝土防滲墻在澆筑初期上部局部出現(xiàn)了很小的拉應(yīng)力，目前均呈壓應(yīng)變。其分布基本遵循下部大上部小、下游大上游小的分布規(guī)律，即儀器埋設(shè)越深，受到的壓應(yīng)力越大，壓應(yīng)力下大上小符合物體受力規(guī)律，最大壓應(yīng)變?yōu)?34.33με，小于設(shè)計允許值989με。

2.5.2 變形檢測

2.5.2.1 內(nèi)部變形。防滲墻混凝土累積位移量范圍為：-0.099mm～2.436mm之間，從位移分布情況看，高程越高，防滲墻向下游的水平位移越大，但最大位移值僅為2.436mm，防滲墻內(nèi)部未出現(xiàn)影響墻體安全的水平位移。

2.5.2.2 表面變形。壩頂表面變形包括水平位移和豎向位移。主要表現(xiàn)為向下游方向的水平位移，其位移累積量變化范圍在0.56mm～1.80mm之間。豎向位移方向主要表現(xiàn)為垂直向下位移，其位移累積量變化范圍在0～2mm之間。

2.5.3 滲流檢測

防滲墻上游測壓管水位過程線與庫水位基本同步，測壓管水位隨庫水位的升降而升降，測壓管水位與庫水位之間存在明顯的相關(guān)性，其管水位主要受庫水位變化的影響。防滲墻后測壓管水位隨庫水位升降而有所變化，但影響很小且與庫水位之間存在明顯的水位差，從過程線看，其水位變化周期明顯滯后于庫水位變化周期。從資料分析可以看出，壩段防滲墻墻前至墻后滲流水位降幅明顯，這說明防滲墻起到了隔滲效果。隨著庫水位升高，防滲墻后水位沒有明顯變化，未出現(xiàn)異常滲流現(xiàn)象。

2.6 大壩滲漏處理效果

大壩滲漏處理前：最低水位1173.62m，量水堰觀測到的滲流量為1.66L/s；蓄水至1201.48m，觀測發(fā)現(xiàn)大壩下游壩體浸潤線較高，大壩滲流量為16.93L/s；蓄水至1212.19m，大壩滲流量為23.81L/s，且隨水位上升有進(jìn)一步加劇趨勢。

大壩滲漏處理后：最低水位1173.62m，量水堰觀測到的滲流量為0.8L/s；蓄水至1215m，大壩滲流量為1.5L/s，壩體滲流量減小明顯，根據(jù)目前滲流觀測情況并結(jié)合第三方檢測數(shù)據(jù)分析，本次滲漏處理效果良好，消除了壩體蓄水安全隱患，達(dá)到了業(yè)主、設(shè)計預(yù)期效果。從安全檢測資料看，防滲墻應(yīng)力應(yīng)變、撓度變形、滲流監(jiān)測、滲流量、大壩水平位移、豎向位移觀測儀器正常，滿足設(shè)計及使用要求，大壩運(yùn)行正常。

3 結(jié)語

通過在攀枝花市仁和區(qū)大竹河水庫大壩滲漏處理工程中采用“先填壩后防滲處理”施工的成功應(yīng)用，證明這種新施工模式是可行的，防滲效果是優(yōu)異的，防滲體系是可靠的。該施工模式具有廣闊的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于類似病險水庫大壩的滲漏處理，在新建土石壩中也具有較大推廣價值。

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王曉飛(1981-)，男，漢族，四川成都人，本科，工程師。