太平水库除险加固工程墙幕结合防渗设计

王彩丽

（吕梁市水利勘测设计研究院 山西吕梁 033000）

1 太平水库除险加固防渗工程概况

1.1 太平水库概况及渗漏概况

太平水库位于山西省临县湫水河中游，主要由拦河大坝、泄洪洞、泄洪输水洞等组成；水库大坝为均质土坝，水库正常蓄水位123.5 m，最大坝高28.5 m，总库容536万m3，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉的小（1）型水库。

坝体与左、右坝肩接触部位存在渗漏问题：左坝肩坝体填土产生了不均匀沉陷，坝头出现横向裂缝；右岸河床靠近原古河槽位置有一条垂直大坝方向的岩石冲沟，沟底左侧有一裂隙，渗水量较大，原截水槽局部未挖到基岩。表现为：大坝左岸下游坝坡高程115.19 m处渗水及相应坝坡阴湿问题，大坝右岸下游坝坡高程110 m处塌坑渗水及相应坝坡脚浸湿问题。

1.2 防渗设计

大坝左右坝端坝体及坝基砂卵石层采用塑性混凝土防渗墙、坝基采用帷幕灌浆进行防渗处理。

混凝土防渗墙轴线与大坝轴线重合，防渗墙厚80 cm，最大墙高33.3 m，总长144 m(其中左坝端60 m，右坝端84 m)；根据实际情况，左右坝端防渗墙顶高程不同，左坝端高程128 m，右坝端为台阶状，高程为103.2 m至124 m；防渗墙底深入基岩不少于1 m，防渗墙浇筑完成后，用黏土回填槽孔至坝顶，防渗墙钻孔为槽形孔，槽孔长度6 m，要求塑性混凝土弹性模量不大于500 MPa，抗压强度为 1.0～2.5 MPa，渗透系数不大于 1×10-6cm/s。

图1 左坝端防渗设计

图2 右坝端防渗设计

图3 混凝土防渗墙槽孔布置详图

图4 基础帷幕灌浆孔布置详图

帷幕灌浆轴线与防渗墙轴线重合，长度与防渗墙长度相同，深度为7～19 m，与相对不透水层相接；设双排灌浆孔，排距2.4 m，孔距2.5 m，采用梅花形布置；灌浆设计标准为透水率5 Lu。

防渗墙与帷幕灌浆整体布置见图1、图2，防渗墙槽孔布置与帷幕灌浆孔布置见图3、图4。

2 帷幕灌浆施工工艺及质量控制

2.1 灌浆先导孔

对灌浆工程中各类钻孔分类统一编号，先进行下游排孔的灌浆，后进行上游排孔的灌浆，每排孔分三序施工；部分Ⅰ序孔作先导孔，孔距为Ⅰ序孔孔距的4倍，根据先导孔的施工效果，确定相关设计参数的合理性。

2.2 灌浆施工

（1）钻孔及冲洗。钻孔采用150型地质钻机，土层及砂砾石层采用合金钻头，岩层采用金刚石钻头。钻孔位置与设计位置的偏差不大于10 cm，保证孔向准确，孔壁平直完整；灌浆孔全程测孔斜，孔斜用测斜仪进行检测，垂直的或顶角小于5°的帷幕灌浆孔，其孔底偏差值不得大于表1的规定：

表1 钻孔孔底最大允许偏差值

顶角大于5°的斜孔，孔底最大允许偏差值可根据实际情况按表1中规定适当放宽，方位角偏差值不宜大于5°；钻孔偏差不符合以上规定时，应结合该部位灌浆资料和质量检查情况进行全面分析，如确认对帷幕灌浆质量有影响时，应采取补救措施。钻进结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口均应堵盖，妥加保护。

灌浆孔在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%，该值若大于1 MPa时，采用1 MPa，直至回水清净时止。

（2）压水试验。先导孔及各次序帷幕灌浆孔的各灌浆段在灌浆前应自上而下分段进行简易压水，简易压水可在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行；压水试验采用五点法或单点法。

（3）制浆。灌浆采用普通硅酸盐水泥，水泥标号425，灌浆用水应符合拌制水工混凝土用水的要求；集中制浆站制备水灰比为0.5：1的纯水泥浆液，根据需要，可掺入一定的掺合料或外加剂；浆液在使用前过筛，输送浆液流速在1.4～2.0 m/s之间。

（4）灌浆。采用循环式自上而下分段灌浆法，分段长度6 m，灌浆注意事项参见相关规范；应保证灌浆管路畅通，并能够承受一定的灌浆压力，灌浆压力应逐级升压，但不超过3.0 MPa；管道上安设压力表，以对灌浆压力实行监测；灌浆浆液浓度由稀到浓，逐级变换；浆液水灰比及变换原则应符合相关规定标准。

（5）灌浆封孔。封孔采用“分段压力灌浆封孔法”，具体方法参见相关设计规范。

2.3 灌浆质量检查

质量检查以检查孔压水试验为主，试验在相应部位灌浆结束14 d后进行，一个坝段或一个单元工程内，至少应布置一个检查孔，采用自上而下分段卡塞进行单点法压水试验；检查孔各段合格率应符合规范要求。

3 塑性混凝土防渗墙施工工艺及质量控制

3.1 导向槽及施工平台

原设计坝顶宽度6 m，不能满足施工机械设备布置，为此将坝体防渗坝段坝顶高程降低1.5 m，施工平台宽度可达12 m左右，满足施工机械设备布置要求；或采用坝顶两侧搭设支架的方法加宽坝顶，形成施工平台。

在平行于防渗墙轴线下游铺设轻轨两道，用于安设冲击钻机，另一侧用来安放抓斗挖槽机、泥浆池及沉淀池，采用泥浆正循环法排渣。

防渗墙导向槽用混凝土浇筑，加少量钢筋，槽宽80 cm，净距允许偏差±0.5 cm且与防渗墙同一轴线，顶面高程高于坝面10 cm，以防地表水流入；导向槽必须直立、稳固、位置准确。

3.2 防渗墙施工

（1）槽段划分和定位。防渗墙轴线与大坝轴线重合，分为一期槽孔和二期槽孔，先施工一期槽孔，后施工二期槽孔，每个槽孔长6 m，分为两个接头孔，一个主槽孔和两个副槽孔。

（2）固壁泥浆制作。拌制泥浆的黏土以黏粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3～4的黏土为宜，所用水以新鲜洁净的淡水为宜；泥浆的性能指标和配合比、拌制泥浆的方法和时间及泥浆处理剂的品种和掺加率均应通过试验确定；并按规定配合比配制泥浆，加量误差值不得大于5%。

（3）槽孔开挖。成槽采用3台冲击钻机配合1台抓斗挖槽机，冲击钻机主要用来造接头孔和破碎槽底的岩层，抓斗挖槽机抓挖主副槽孔和清除较大粒径沉渣；二期孔的混凝土接头孔，应在一期混凝土浇筑完24 h后开钻；槽孔嵌入基岩的深度必须满足设计要求，即不小于1 m。槽孔孔壁应平整垂直，不应有梅花孔、小墙等。

（4）终孔及清孔。清孔换浆选用泵吸法，清孔换浆结束后1h，应达到规定的清孔标准，清孔换浆合格后，方可进行下道工序。

（5）塑性混凝土浇筑。混凝土配制采用普通硅酸盐水泥，水泥标号425，骨料选用砾石和中、粗砂，骨料粒径不大于40 mm；混凝土入孔坍落度18～22 cm，扩散度34～40 cm，坍落度保持15 cm以上的时间不小于1 h；初凝时间不小于6 h，终凝时间不大于24 h；混凝土密度不小于2 100 kg/m3。混凝土拌和及运输能力，不小于最大计划浇筑强度的1.5倍，并保证浇筑连续进行，若因故中断，时间不宜超过40 min；应保证运至孔口的混凝土具有良好的和易性。

开浇前，导管内置入隔离塞球；开浇时，先浇入水泥砂浆，再浇入混凝土，挤出塞球并埋住导管底端；槽孔混凝土连续浇筑，使混凝土面上升均匀，槽孔口设置盖板，避免混凝土散落槽孔内，不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内，防止入管的混凝土将空气压入导管。

3.3 防渗墙质量检查

防渗墙质量检验采用注水试验方式，左右岸各进行三孔试验，经检验，渗透系数均在设计要求范围之内。

4 墙幕搭接

混凝土防渗墙轴线与坝轴线重合，帷幕灌浆采用双排孔，布置在混凝土防渗墙两侧，帷幕灌浆孔孔轴线与混凝土防渗墙轴线间距1.2 m。帷幕灌浆上限高于防渗墙墙底0.5 m(即防渗墙嵌入帷幕灌浆内0.5 m)。

5 结束语

太平水库防渗工程于2007年完工，至今已运行近四年时间，防渗效果良好，水库效益显著提高。