陳曉東

（甘肅省水利水電勘測設計研究院，730000，蘭州）

紅崖山水庫位于甘肅省河西走廊東北部武威市民勤縣境內，工程始建于1958年，1959年開始蓄水，已運行半個多世紀。紅崖山水庫加高擴建工程是國家172項節(jié)水供水重大水利工程之一，主要任務是通過對庫區(qū)清淤及大壩加高擴建，并結合防風固沙林帶風沙治理，增大總庫容與調蓄供水量，保障供水區(qū)各行業(yè)用水及青土湖生態(tài)補水，并對泄洪輸水建筑物改擴建，提高安全運行可靠度，南部浸沒區(qū)墊高防護。工程設計為Ⅱ等大（2）型規(guī)模，主要建筑物為2級，Ⅶ度抗震設防；庫區(qū)清淤總量670萬m3；東西大壩總長7.29km，最大壩高17.1 m，總庫容1.48億m3，多年調節(jié)運用；正常蓄水位1 483.10 m（相對現(xiàn)狀抬升1.23m），設計洪水位1483.30m，校核洪水位1484.07m，死水位1 476.50 m（與現(xiàn)狀相同），年供水總量2.23億m3。

一、壩基與閘基工程地質條件及存在的問題

1.東西大壩

東壩壩基及泄洪閘閘基為第四系沖洪積細砂與中砂強透水層，厚約150～200 m，含有淤泥質黏土透鏡體。西壩壩基表層為第四系沖洪積細砂、中砂和含礫砂強透水層，厚1.0～8.0 m。

2.泄洪閘

閘基上部深6.1 m為細砂層，其下為中砂層。細砂層垂直滲透系數(shù)為0.88×10-5cm/s，中砂層垂直滲透系數(shù)為10.88×10-2cm/s，含礫砂與中粗砂層允許承載力為0.13～0.17 MPa。

3.主要工程地質問題

東西大壩壩基及泄洪閘閘基為第四系沖洪積中細砂強透水層，地下水水位高，東壩與泄洪閘地基中細砂層深厚，通過顆分試驗初判及標準貫入錘擊數(shù)法試驗復判分析評價，大部分為地震液化敏感層，存在振動液化危險。

二、壩基液化處理設計

1.大壩加高擴建方式

大壩加高擴建總壩長7.29 km，其中東壩長5.99 km，各壩段壩體結構差異大，少量為黏土斜墻壩，絕大部分為重沙壤土與中細砂混合壩；西壩為黏土心墻壩，全長1.3 km。按照壩頂加高及后壩坡培厚方式擴建，主要采用庫區(qū)清淤料及少量利用壩體新增防滲體部位開挖料填筑。壩頂總寬6 m，設1.2 m高防浪墻，加高0.3～1.2 m，后壩坡培厚坡度1∶3.5，現(xiàn)狀壩坡清基后培厚 1～3 m（上薄下厚），最大壩高17.1 m。對壩體前壩坡上部進行開挖，結合加高擴建填筑防滲料新增防滲體，與現(xiàn)狀防滲體或相對透水性較低下部重沙壤土結合，加高至防浪墻底與其相接，改善大壩整體防滲性能。東壩壩基存在滲透穩(wěn)定安全隱患重點總長400 m壩段，自壩頂上游側增設厚0.5 m塑性混凝土垂直防滲墻，墻體伸入壩基以下不小于8 m。東壩中北部長約3 km壩段及西壩全壩段沿壩體加高培厚后壩坡坡腳新建縱向排水系統(tǒng)，包含貼坡式反濾排水體及反濾層包裹滲漏水匯集暗涵兩部分。

2.壩基液化處理

根據(jù)壩基地震液化評價，東西大壩加高擴建總壩長7.29 km全壩段壩基均采取振動液化處理。庫區(qū)壩前500 m范圍淤積層厚3.5～4.0 m且不清淤，滿足振動液化壓重要求，上游壩基不處理。壩基液化處理采用施工簡單、投資節(jié)省的壓重方式。在下游壩坡坡腳及其之外現(xiàn)狀地面以上與新建排水系統(tǒng)上部，采取夯實填筑庫區(qū)清淤料與各類建筑物改擴建開挖棄碴壓（蓋）重層，以消除壩基地震液化危險。

按 《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011—2010）及《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007—2011） 的砂土層振動液化上覆有效壓強劃界標準，Ⅶ度地震時有效壓強大于100.0 kPa（10.0 t/m2）可消除液化，結合地下水水位，分別計算確定東西大壩各壩段壩基有效壓（蓋）重層厚度。經(jīng)計算，東西大壩壩后有效壓 （蓋）重層厚度為6.0～6.2 m，其中東壩中北部長約2.9 km壩段現(xiàn)狀已有厚2.2～3.5 m壓（蓋）重層，新增厚度不小于3.9 m；其他壩段按照不小于計算厚度實施。壓（蓋）重層寬度以新建排水系統(tǒng)暗涵中心以外20 m控制，外側填筑坡比1∶1.5。填筑技術指標為黏性土壓實度不小于93.0%，非黏性土相對密度不低于0.65。

壩后壓（蓋）重層與新建排水系統(tǒng)相結合，排水系統(tǒng)周邊設置反濾排水體，通過有效排水輔助措施，可進一步消除壩基地震液化影響，增強大壩穩(wěn)定安全。

三、泄洪閘改建及閘基液化處理設計

1.現(xiàn)狀

泄洪閘現(xiàn)狀閘室長14.5 m，總寬31.7 m，閘孔7孔，孔口凈尺寸3.0 m×3.3 m（寬×高），閘底板高程 1 476.7 m。閘室為鋼筋混凝土閘墩與砌磚胸墻潛孔，閘墩與底板分離非整體式結構，閘底板主體為漿砌塊石，平板單閘門控制無檢修門，使用頻率低。閘室及金屬結構設備主要存在破損、開裂、凍融破壞、抗冰凍能力差、結構型式不盡合理、常年滲漏水、不均勻沉陷、閘前引渠段淤堵嚴重、承載力不足，同時還存在年久失修、老化嚴重、閘門不能正常啟閉、整體安全運行可靠度低等問題。

現(xiàn)狀閘后泄洪渠為多級變坡、三級擴散海漫及消力池，總長87.3 m，矩形斷面，上中游渠段有跨渠公路橋2座，全斷面結構主體表層為鋼筋混凝土或混凝土，下層為漿砌塊石，總體結構基本完好，斷面滿足要求。主要存在全線嚴重淤堵、雜草叢生、泄洪與消能功能基本失效、下游河道兩岸坍塌、河床束窄、實際行洪斷面與泄洪能力嚴重不足等問題。

2.閘室改建

泄洪閘改建為水庫加高擴建工程主要建設內容之一，按照現(xiàn)狀與設計標準，結合工程地質勘查成果及大壩加高培厚進行改建。由于下游河道行洪能力、村鎮(zhèn)、生態(tài)環(huán)境，以及基礎設施建設等限制與影響，改建泄洪量確定為160.0 m3/s。為防止兩側大壩壩體滑塌及底板軟化與泥化影響，確保施工安全，采取保留閘室段現(xiàn)狀兩側邊墩及閘底板，拆除中墩及上部結構，重建整體式閘室與上部結構的改建技術方案，閘前引渠與兩側導墻及閘后泄洪渠均完整保留。

重建泄洪閘為帶胸墻潛孔現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土整體式箱形結構，設閘3孔，孔口凈尺寸7 m×3 m （寬×高），閘室中墩厚2.0 m，邊墩厚1.55 m，底板厚 1.5 m，長 19.5m，總寬 28.1 m，底板高程1 478.2 m（高于水庫死水位1.7 m），頂部鋼筋混凝土板梁封閉，高程1 485.7 m（與兩側大壩加高擴建壩頂同高），上游側設1.2 m高防浪墻，下游側設凈寬3.5 m上壩交通橋。閘室上部為框架磚混結構景觀閘房啟閉機室，總高11.4 m，工作門及檢修門均采用平板鋼閘門，分別采用固定式卷揚機與電動葫蘆調控，閘后1跨泄洪渠現(xiàn)狀底板表面現(xiàn)澆0.3 m厚C40粉煤灰抗磨混凝土補強。閘室兩側各長15 m，結合大壩重點特殊壩段防滲處理措施，自壩頂中部增設厚0.5 m塑性混凝土防滲與截滲刺墻，墻體伸入壩基以下不小于8 m，以增強壩體與閘室接觸面、壩體及壩基抗?jié)B性。

塑性混凝土防滲與截滲刺墻技術指標為膨潤土摻量占膠凝材料總量的12%～26%，砂率為50%～60%，一級配，28 d齡期干密度不低于2.1 g/cm3，抗壓強度 1.5～5 MPa， 彈性模量300～2 000 MPa，滲透系數(shù)不大于 1.0×10-7cm/s。

閘后泄洪渠全線及下游河道全面開挖疏浚整治，清除淤堵與雜草，修復滑塌與破損，恢復原有斷面及結構，滿足泄洪安全。

3.閘基液化處理

泄洪閘閘基中細砂地震液化層深厚，處理措施采用雙排高壓旋噴樁，用高壓將水泥漿液強制旋噴至深層地基中，形成大深度高強連續(xù)墻體，平面布置型式采用 “網(wǎng)格圍封法”，閘基深層高壓旋噴墻體縱橫相互交叉，通過圍封形成封閉網(wǎng)格柱，平面形成網(wǎng)格封閉塊，增強地層抗滑移穩(wěn)定性，限制并消除地層振動液化擴散與流動滑移，高壓旋噴使?jié){液在地層中產生滲透擴散，同時起到對地基深層固結凝聚，提高承載力、抗?jié)B性與滲透穩(wěn)定安全的多重作用。高壓旋噴樁網(wǎng)格圍封閘室內按照閘前與閘后縱向延伸11.3～11.9 m，兩側距不拆除現(xiàn)狀邊墩1.5 m控制，布置范圍總長42.7 m、總寬25.1 m，縱向4道、橫向5道，每道均為雙排，網(wǎng)格共計12 塊，平面尺寸（縱 8.0～10.3 m）×（橫4.7～6.25 m）；閘室外兩側縱向距現(xiàn)狀邊墩1.5 m各增加1道予以加強。

高壓旋噴樁采用1 m樁徑，樁身長度按2倍閘室高度確定為20 m，單道雙排布置，樁身單排中心距1 m，雙排相互搭接咬合中心距（排距）0.8 m。泄洪閘閘基地震液化處理高壓旋噴樁圍封網(wǎng)格平面布置及其大樣分別見圖1和圖2。

圖1 閘基液化處理高壓旋噴樁圍封網(wǎng)格平面布置（單位：mm）

圖2 閘基液化處理高壓旋噴樁平面布置大樣（單位：mm）

高壓旋噴樁按照單道雙排間隔分期、單排間隔分序方式進行施工，分期與分序要求間隔時間不少于2周，以確保旋噴樁凝固成型并達到一定強度，采用42.5級普通硅酸鹽水泥漿液，比重 1.5，初始水灰比 0.6～0.8，通過現(xiàn)場試驗確定實施參數(shù)。旋噴樁技術指標為單樁樁體28 d齡期垂直極限載荷 50～60 t， 水平極限載荷 3～4 t，平均抗折強度2～4 MPa，最大抗壓強度 8～10MPa， 彈性模量 1 000～8 000 MPa，干密度不低于 1.6～2 t/m3，滲透系數(shù)不大于 1.0×（10-5～10-6）cm/s。

4.旋噴樁簡要施工技術要求

高壓旋噴樁采用單管法施工，主要工藝流程包括造孔→下旋噴注漿管→旋噴漿液等3個步驟。注漿壓力20～35 MPa， 漿液流量 75～100 L/min,噴管提升速度15～30 cm/min，孔口漿液回漿密度不小于1.3 g/cm3，旋噴轉速一般取噴管提升速度的0.8～1倍，采用12～30 r/min，單噴嘴取上限，雙噴嘴取下限。施工前通過現(xiàn)場試驗，修正確定壓力、漿液水灰比與流量、提升速度及轉速等技術參數(shù)。

旋噴注漿漿液須攪拌均勻，按一次連續(xù)注漿量隨用隨制備，自制備至用完時間不超過4小時。造孔孔位水平偏差不大于50 mm，垂直孔斜不大于0.5%。采取邊低壓送漿邊孔內下注漿管，以防噴嘴堵塞。待噴管下至要求深度后，開始實施高壓注漿連續(xù)旋噴1～3 min，當孔口有漿液溢出時，按設定速度提升噴管連續(xù)旋轉，直至旋噴注漿完成，并及時利用回漿回灌至孔口漿液面不再下降。全程須注重觀察并記錄漿液流量、壓力、提升速度與轉速等參數(shù)及其變化是否滿足要求。

高壓旋噴樁連續(xù)墻體達28 d齡期后，按一定比例采取鉆孔取芯、壓水及無側限抗壓強度等方法，對比設計技術指標進行施工質量試驗檢測，發(fā)現(xiàn)不滿足技術質量要求的應及時返工處理。

[1]孟文琦.陡河水庫壩基抗震液化分析與治理[J]. 中國水利，2014（4）.

[2]王銀山，等.綜合防滲技術在塢羅水庫主壩除險加固中的應用[J].中國水利，2014（18）.

[3]李慎平.高噴灌漿技術在唱凱大堤決口段防滲處理中的應用[J].中國水利，2014（10）.

[4]黃院生.土石壩新型防滲技術在新南水庫除險加固中的應用[J].中國水利，2014（8）.