龙王堂水库大坝防渗加固方案的比选与实施

第４期总第１４６期　浙江水利科技　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｈｙｄｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓ　Ｎｏ．４　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１４６　２Ｏ０６年７月　Ｊｕｌｙ　２｛｝０６　龙王堂水库大坝防渗加固方案的比选与实施　裘建平’。胡琳琳。，虞定武。　（１．浙江省水利河口研究院，浙江杭州　３１００２０；　２．浙江广川工程咨询有限公司，浙江杭州　３１００２０；　３．舟山市水利围垦局，浙江舟山　３１６０００）　摘要：针对龙王堂水库大坝的工程特点，通过多种防渗方案的比选，设计最终采用水泥搅拌桩防渗墙作　为推荐方案。大坝防渗加固后，已通过“麦莎”和“海棠”台风及高水位的考验，工程运行状况良好。　关键词：土坝渗漏；除险加固；方案比选；水泥搅拌桩；防渗墙　中图分类号：ＴＶ２２３．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—７０１Ｘ（２Ｏ０６）０４－００６６－０３　深层搅拌法发明于２０世纪２０年代，我国于１９７７年才　开始进行深层搅拌法的室内试验和机械研制工作，在１９７８　年末制造出国内第一台深层搅拌机，并相继在港口、建筑、　铁道等领域内加固软土地基中应用。据资料检索，目前这　项技术还未曾应用于水库大坝（坝体）的防渗加固中。　龙王堂水库大坝坝型类似“照谷社”型，由于其结构　的特殊性及加固施工时要维持一定的蓄水量用于城市供水。　经分析，目前常用的混凝土防渗墙、套井黏土回填、黏土　灌浆、高压喷射注浆、斜、垂直铺塑等技术均不太适合于　该工程的应用。经对深层搅拌法的原理和工艺分析，通过　对龙王堂水库大坝地质勘查、土工试验、水泥土试验、计　算等，经综合分析认为，此工程防渗加固选用深层搅拌桩　防渗墙较为适宜。　块与块之间存在空隙，且海涂泥含水量又大，土体在失水固　结后会出现干缩裂缝，当水库蓄水时即会形成渗漏通道。　（２）大坝防渗体结构单薄，防渗体后侧为石渣体，两　者之间缺乏过渡层（反滤层）。经验算，坝体渗透比降和出　逸比降值较大，易造成防渗体渗透破坏，防渗土体的细颗　粒向石渣层流失。因此，防渗土体内出现渗漏通道或空洞，　继而造成坝坡或坝顶塌陷。　（３）建坝时清基不彻底，也未设齿槽截渗，大坝直接　座落在涂面上（高程Ｏ．２４　ｍ），坝基土层干密度较小，含水　量较大，在库水压力作用下防渗体易产生接触渗透破坏。　（４）大坝防渗体高度不够。按设计水库的校核洪水位　为高程５．２７　ｍ，设计洪水位高程为４．７４　ｍ，但在大坝开挖　检查中发现大坝防渗体顶高程仅为４．４４　ｍ，防渗体顶高偏　低，未满足规范要求。　１工程概况　龙王堂水库位于定海区沥港镇西北礁安海涂上。水库　集雨面积１．８７　ｌ口ｍ２，主坝设计坝高５．５　ｍ，相应高程５．７４　ｍ，　坝顶长８８０　ｍ，兴利库容１０４万ｍ］，相应水位３．７４　ｍ，设计　洪水位４．７４　ｍ，校核洪水位５．２７　ｍ，死水位０．７４　ｍ，下游　最高潮位３．１４　ｍ，最低潮位１．９１　ｍ。大坝上游坡度分别为　３大坝防渗加固方案选择　该水库大坝（土坝）防渗处理，目前一般有以下几种　方法可供选择：①混凝土防渗墙；②斜、垂直铺塑防渗；　③高压喷射注浆；④深层水泥搅拌桩防渗墙；⑤套井回填；　１：２．５和１：１．５，下游坡度分别为１：３和１：１，坝体断面结构　为海涂泥（淤泥质粉质黏土）防渗墙和石渣填筑的混合坝。　溢洪道位于大坝右端，为开敞式，进１２ｌ宽度１６　ｍ，堰顶高　程３．７４　ｍ，输水隧洞洞径为２　ｍ×２　ｍ，长度为３６０　ｍ。该水　库是一座以饮用水为主的小（１）型水库。　⑥劈裂灌浆等。　３．１混凝土防渗墙方案　混凝土防渗墙方案在防渗质量，耐久性，造价和工期　等方面具有竞争力。但该工程有如下几个特殊因素：　（１）由于当地用水紧缺，在施工期间仍需维持一定量　的城市供水，水库不允许放空，故施工期水位相对偏高，　２工程存在的问题及原因分析　经地勘孔检查、开挖检查、表观巡查及资料分析，大　坝出现渗漏及变形主要有以下几个方面的原因：　对槽壁的稳定不利；　（２）混凝土墙属钢性结构，当坝体中嵌入钢性结构时，　对大坝的整体性及应力可能产生不利影响，另外，由于该　工程地基强度低，混凝土密度较大，墙体自重大，易产生　沉降，故对于墙体的稳定性可能产生不利；　（１）大坝防渗体为海涂泥堆叠而成，未经碾压，海涂泥　收稿日期：２ｏ０６＿ｏ２．ｏ７　（３）施工时泥浆的排放量大，对水质及环保不利；　（４）开槽机具尺寸及重量较大，坝体承载力和施工面　难以满足要求；　作者简介：裘建平（１９５４一），男，工程师，主要从事水利工　程技术研究工作。　・６６・　维普资讯 http://www.cqvip.com

总第１４｜５期・浙江水利科技・２００６年第４１１　（５）造价相对较高。斜、垂直铺塑防渗同样存在施工　时蓄水和槽壁稳定问题，故不予采纳。　３．５深层水泥搅拌桩防渗墙方案　深层水泥搅拌法，是用特制的深层搅拌机械对坝体　（或基础）就地将软土和水泥浆（或粉体）强制搅拌，利用　水泥（固化剂）和软土之间所产生的一系列物理、化学反　３．２高压喷射注浆方案　高压喷射注浆具有适用范围较广，施工简便，固结体　形状可以控制，有较好的耐久性、相对压力灌浆其浆液不　易扩散流失、环境污染较小，价格适中等优点。　该工程由于防渗土体结构断面尺寸小，防渗帷幕位置　距石渣层较近，摆喷或旋喷时容易造成浆液流失到石渣层　中，对帷幕质量控制产生不利影响，如用定喷，其帷幕相　对厚度较薄，如加上施工可能会存在漏喷等因素，易对防　渗帷幕的完整性产生不利，故该方案也不适用。　应，使软土胶结成具有相对密实性、水稳定性和一定强度　的水泥土结构体。如将搅拌桩之间有效搭接，即可形成一　道连续的防渗墙，其最大深度可达１５　ｍ。该法是作为软土　地基加固的主要方法之一，其施工无振动、无噪音，不污　染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，施工工期较短，　工程造价不高，具有较好的技术和经济效益。　针对龙王堂水库大坝坝体和坝基土质，以及坝高相对　较低，处理深度不深，并可在蓄水情况下施工等，经技术　经济方面综合分析后认为选用深层水泥搅拌桩防渗墙方案　较为适宜。　３．３套井回填方案　该法在浙江省中小型水库土坝防渗加周中应用较多。　但该法用于此工程有两点难以满足要求；其一，该库区无　优质的黏土，如外运则工程造价较高；其二，当地用水紧　缺，施工时不可能放空库水，这对套井回填质量影响较大，　故此，套井回填方案对该工程不适用。　４大坝防渗加固设计及施工技术要求　４．１截渗范围　根据地勘孔及外观检查，全坝段均存在不同程度渗漏　现象，因渗漏的坝段较难准确判定，故搅拌桩处理范围定　为全坝段（不包括两坝头），即桩号为０＋００６．７２～０＋　３．４劈裂灌浆方案　在浙江劈裂灌浆自１９８９年开发应用以来，已处理病险　水库上千座，当今已成为中小型土坝（均质坝，宽心墙坝）　防渗处理的主要技术之一。龙王堂水库大坝类似于“照谷　社”坝，以坝轴线为界的下游侧为石渣体，灌浆时易产生　浆液串失，以及坝体的断面结构特殊，小主应力不明显，　在劈灌时泥墙帷幕可能难以形成等弊端。经仔细分析后认　为在该工程中应用难度较大。　８７１．５４　ｍ；处理深度从坝顶深入至基础３．０　ｍ，即高程５．５４　～一２．７６　ｉｎ（大坝加固标准断面见图１）。考虑到岸坡段地　形变化，桩体难以与坝头连接时，桩体与之连接处需进行　水泥帷幕灌浆和开挖回填处理，使桩与坝基及山体能有效　连接，防止接触和绕坝渗漏。　涂面　图１龙王堂水库大坝加固标准断面图　４．２桩位　防渗墙轴线布设在新坝轴线上游侧２．１５　ｍ处。　进行了室内水泥土试验。在原状土料中掺入水泥量（重量　比）１５％，水泥浆水灰比为０．５５，水泥土固结体密度为　１．８０　ｔ／　，渗透系数约为１．０×１０～ｅｍ／ｓ，单轴抗压强度为　１．５　ＭＰａ，试件浸水稳定。　４．３搅拌机及桩体确定　为减少桩体的接头和加快施工进度，该工程宜选用搅　拌机械为双头搅拌机，搅拌头直径为￣９７４０　ｍｉｎ，两头轴心　距为５６０　Ｉｎｌｎ，两桩搭接最小厚度为４８０　Ｉｎｌｎ，桩体截面积为　０．８　ｒｎ２，最大桩长８．３　ｍ（高程５．４一一２．５７６ｍ）。实际施工　时采用瞄０ｏ　Ｉｎｌｎ单头搅拌机。　４．５桩体稳定性验算　该工程采用水泥搅拌桩作为大坝截渗帷幕，其所处位　置和作用与其他桩基工程不同，故仅对幕体的抗渗性进行　验算。主要理由：一是经水泥土试验，当设计水泥掺入量　为１５％时，其密度增大甚微，桩顶又无大的荷载，故桩体　沉降的可能性较小；二是防渗墙位于坝体和坝基内，墙体　所承受的侧应力基本均等，又作用的水头较小，故墙体存　・４．４桩体水泥土物理性能指标　为了解和确定水泥土物理力学性能，对地勘钻孔土样　６７・　维普资讯 http://www.cqvip.com

总第１４６Ｊ￣・浙江水利科技・２００６年第４期　在倾覆和滑移的可能性较小；三是大坝沉降已趋稳定，墙　体弹模低，与坝体变形协调性好，不易拉裂。　防渗墙幕厚验算：　经查阅相关资料，对于深层水泥搅拌桩幕体的允许比　降多为５ｏ，如长江堤防防渗墙作用水头为８　ｍ，最小幕厚为　２０Ｏ　３００舢，水泥掺人量为８％一１５％，水灰比为０．５—２，　桩体单轴抗压强度大于１．０　Ｍｐａ，渗透系数小于５×１０　ｃｍ／ｓ。参照水泥帷幕灌浆和素混凝土防渗墙的资料，水泥　帷幕灌浆的幕体允许比降为１０左右，素混凝土防渗墙允许　比降大于２０Ｏ。为确保防渗效果，该设计选用允许比降　４．７．８安全措施　机械、电器、设备应保持正常工作；输浆管道与贮浆　池保持清洁；浆液不能有结块和杂质等。　４．７．９质量检查　（１）质量检查的内容。防渗墙幕体的搭接厚度、密度、　均匀性、透水性、抗压强度、水稳定性、坝后原渗漏点的　渗漏量变化情况等。　（２）质量检查的方法及时间。分析资料和现场检测，　检测的方法为钻孔取芯样和压水试验，也可用探井取样测　定。检查时间宜在施工１５　ｄ后进行。　为２ｏ。　设墙幕设计水头／－／＝５．０３　ｍ（校核洪水位高程５．２７　ｍ），　下游水位高程０．２４　ｍ；墙幕设计搭接厚度０．４８　ｍ。　墙幕厚由ｂ＝≠验算，经验算ｂ＝０．Ｊ允　２５　ｍ小于设计幕　厚０．４８　ｍ，满足要求。　４．６施工期库水位控制　施工期间的库水位控制，在满足施工需求的前提下，　也必须兼顾城市供水，经分析后确定，施工期库水位控制　在高程２．１４　ｍ左右。　４．７施工工艺及技术要求　４．７．１　坝顶处理　搅拌桩施工前，需拆除防浪墙及挖除防渗土体以上的　石渣，然后在防渗土体之上再用黏土回填至５．５４　ｍ高程，　并平整坝顶。　４．７．２工艺流程　定位——预搅下沉——喷浆搅拌上升——重复搅拌下　沉——喷浆重复搅拌上升——结束——桩顶人工压实及平　整。　４．７．３水泥浆浓度　水泥采用袋装新鲜的４２．５级普通硅酸盐水泥，水泥浆　浓度（水灰比）为（０．５０—０．５５）：１。　４．７．４桩体水泥掺入量　经初步试验和参考浙江类似工程地层情况，土料中水　泥掺量为１５％时，其墙体各项（抗渗性能、抗压强度、水　稳定性）指标均能满足工程设计要求，故桩体中水泥掺人　量确定为１５％。　４．７．５搅拌杆转速与提升速度　桩体的质量好坏除与水泥掺人量有关外，其影响质量　的主要因素是搅拌杆转速与提升速度。搅拌头翼片的枚数、　宽度、与搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保　加固深度范围内土体的任何一点均能经过２ｏ次以上的　搅拌。　４．７．６间隔时间　施工时要求相邻桩连续作业，如有间隔，相隔时间不　宜超过１０　ｈ，否则应采取补救措施。　４．７．７桩机定位　桩机应安放平稳、定位准确。桩机偏距不应大于３　ｃｌｎ；　搅拌头偏斜率不应大于１％。　・６８・　（３）质量检查标准。防渗墙最小厚度不小于０．３８　ｍ　（按设计值的８０％），钻孔压水试验单位吸水率ｍ≤５　Ｉｍ为　合格。　４．７．１０深层搅拌桩试验　在施工现场应进行深层水泥搅拌桩试验，试桩数不少　于３根，获取成桩工艺及参数后再进行施工。　５大坝防渗加固效果　龙王堂水库大坝防渗加固后，防渗墙体经现场钻孔压　水试验，透水率ｑ均小于１　Ｉｍ，钻孔取芯室内渗透试验，１６　个试件的最大渗透系数ｋ＝１．１８×１０～ｃｍ／ｓ，均满足设计和　有关规范的要求。水库施工完毕后于今年台风期先后遭遇　“麦莎”和“海棠”２次台风的袭击，虽然强降雨过程使库　水位急剧上升并达到最高蓄水位，但大坝外观无异样变形，　防渗体无渗漏点，经受住了洪水的考验，保证了人民生命　财产安全，城市供水紧张的状况也得到了一定程度的缓解。　６结语　深层水泥搅拌桩法通过对龙王堂水库大坝防渗加固的　工程实践，认为该技术不仅适用于常规的软土地基加固和　基础防渗方面，也可用于类似工程的坝体防渗加固。该工　程防渗加固方案设计，是在充分分析理解深层水泥搅拌法　的原理、工艺、技术特点并结合该工程实际情况的基础上　精心完成的。实践证明，该工程坝体防渗加固，不但技术　上可行，经济效益也较为显著。　（责任编辑屠福河）　÷Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・Ｈ・｝－｛・｝－｛・｝－｛・｝－｛・｝－｛・｝－｛・｝　（上接第６５页）超过１５　ｃｌｎ；水平距离小于１０ｍ时，其高差　可为１０　ｃｍ。　（５）沉井顶面中心的水平位移不得超过下沉总深度　的１％。　６结语　１３　ｍ高防冲大沉井分节制作一次下沉，当多只沉井陆　续分布时采用群沉法施工在该工程实践都取得了良好的效　果，保证了沉井下沉达到设计要求的质量标准。沉井下沉　时根据工程地质条件采用适当的降低地下水方式，如该工　程中采用的二级井点降水，也是保证沉井下沉质量的关键　技术。　（责任编辑屠福河）