高压摆喷灌浆在三河水库左岸治漏工程中的技术应用

【摘要】济源市三河水库位于济源市思礼镇境内，蟒河支流塌七河下游，总库容225万m3，校核水位181.56m，兴利库容89.77万m3，兴利水位179.36m。

大坝为粘土心墙砂砾坝，坝顶长度196m、宽度8m，坝高12.5m，坝顶高程181.56m。坝前坝坡1：2.7，坝后坝坡1：3.1，最大放水量1.5m3/s。

【关键词】高压摆喷灌浆；三河水库左岸治漏；工程技术

根据《防洪标准》GB50201-94，三河水库工程等别为IV等，工程规模属小（Ⅰ）型。其下游为济源市城区，水库担负着重要的防洪作用，水库设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准500年一遇。

1、水库现状及存在问题

该水库于1956年兴建，完工后由于坝体粘土心墙施工质量差，坝体存在渗漏现象。2011年对水库进行除险加固，主要对坝体及坝基进行了防渗处理，水库蓄水水位179.36m左右，总蓄水量约95万m3，近坝库区河底高程约175.00m。

2015年，思礼镇在距大坝约180m以上的上游库区底进行开挖扩容，最大开挖深度约3.0m，开挖最低处高程约为170.00m，低于近坝库区河底高程，致水库漏水，28天后库区蓄水全部漏出，至今库区内无蓄水，变成了一个严重的污染场地，杂草丛生，蚊虫泛滥，治漏工程亟待实施。

2、勘察及建议

经对水库的地质勘察，结论如下：库区渗漏因库区扩容开挖所致。

库区开挖扩容将库区的天然防渗铺盖层含砾低液限粘土挖穿破坏，造成库区内强透水层直接出露，库水渗入强透水层，补给到库区地下水之中，随地下水通过地下径流方式向下游排泄。

地质报告建议：针对库区地层分布及渗漏特点，建议对库区河床内形成垂直渗漏主要通道的强透水层出露地区进行土工膜或粘土铺盖防渗处理。

3、拟定治漏方案

3.1 治漏工程主要内容。设计人员结合地质勘察报告，经过进一步计算分析与论证，拟定本次工程治漏主要内容如下：对新库区左岸岸坡进行土工膜铺设，并铺盖粘土层；右岸加高现有地面高程至180.47m，并对临水侧岸坡回填10cm粗砂，铺设土工膜，填筑50cm粘土层。

3.2 拟定治漏方案。水库总体防渗，结合地质勘察报告，可采用3种防渗方案。

3.2.1 粘土覆盖防渗。将库区内整个外漏区域进行粘土层覆盖，形成隔水封闭，保证防渗要求。此方法，施工组织、工艺简单；但施工过程中受降雨影响较大，覆盖区域大，工程投资较大。

3.2.2 复合土工膜斜坡防渗。复合土工膜的铺设，施工工艺简单，质量容易控制，投资较少；但施工工序复杂，工期较长，不利于施工组织，工艺要求高。

3.2.3 高压摆喷垂直防渗墙。该方案施工工艺单一，施工过程受外界环境影响较小，施工组织简单，工期短，防渗效果好，渗漏系数可达10-6cm/s-10-7cm/s；但该方案为地下隐蔽工程，工艺较复杂，质量不容易控制。

4、左岸高压摆喷灌浆设计

4.1 根据地质情况和相关技术规范，左岸透水层位置位于地下20m左右处，岸坡防渗采用高压摆喷灌浆法，拟初定高喷墙摆喷孔距为1.6m，成墙厚度为20cm，摆喷灌浆采用折接形式，摆角为36°。

透水层位置最深处高程160.10m，水库设计水位179.36m，故防渗墙承受的水利坡降i=96.3，设计防渗墙最大破环坡降为i=120。

4.2 防渗墙插入土层深度。为了防止防渗墙与土层结合不严，造成接触绕渗，接触面允许坡降i=5-6，板墙厚度d及作用水头h，可得防渗墙插入土层深度e=（h-id）/2i。

本次设计左侧岸坡采用高压摆喷灌浆形成的防渗墙共计1206m，最大钻孔高程为158.60m，深度为22.4m。最小钻孔高程为173.50m，深度为7.5m。0+000—0+226段灌浆形成的防渗墙插入土层1-1.5m，0+226—0+1206段插入土层深度为1m。

4.3 摆喷防渗墙技术参数

4.3.1 方法：高压喷射灌浆采用三重管法。

4.3.2 材料选择。高压喷射浆液采用P.O42.5级水泥拌制，细度要求通过80um方孔筛的筛，余量不大于5%；拌和用水采用机井水；若要减缓水泥浆液沉淀速度，可在硅酸盐水泥中添加3%水泥重量的膨润土和3%膨润土重量的碳酸钠，膨润土的细度应为200目。

4.3.3 高压喷射灌浆试验

（1）采用三重管法喷射灌浆的水灰比为1：1—0.8：1。浆液存放时间：当环境气温10℃以下时，不超过5h；当环境气温10℃以上时，不超过3h；当存放时间超过有效时间时，应按监理指示，降低标号使用或按废浆处理。

（2）在现场高压喷射灌浆作业开始前，应按施工图要求和监理指示，选择地质条件具有代表性的区段，并按选定的配合比进行高压喷射灌浆的板墙成墙工艺试验，以选定孔距以及喷射流量、压力、摆速和提升速度等工艺参数。

成墙试验计划选择Ⅰ序孔2个、Ⅱ序孔2个，1#孔与2#孔之间孔距为1.4m，2#孔与3#孔之间孔距为1.6m，3#孔与4#孔之间孔距为1.8m，墙孔深4m。

（3）根据工程地质资料和以往施工经验拟定试验参数。

5、防渗墙质量指标

5.1 高压摆喷防渗墙渗透系数≤1×10-6cm/s，允许渗透比降≥120.设计要求墙体强度R28≥3.0MPa，成墙有效平均厚度≥0.20m。

5.2 采用围井法检查高喷墙的防渗性能：

5.2.1 围井试验。围井形成至少14d以后，在井内钻孔进行注水试验，钻孔位于围井中心，钻孔直径不小于110mm，孔深应至围井底部。孔内下入过滤花管。

5.2.2 渗透系数的计算。利用围井进行渗透试验时，可按照《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》的规定计算高喷板墙的渗透系数。在均质透水地基中进行注水试验时，按照下式计算板墙的渗透系数。

式中：K—渗透系数，m/d；Q—稳定注水量，m3/d；t—高喷板墙厚度，m；L—围井板墙中心线周长，m；S—围井内外水头差，m；H—井内注水面至井底的高度，m；h0—地下水位至井底的高度，m。由于试验是布置在该工程轴线位置上的，因此通过对堤顶部墙体开挖检查和观查分析得出的参数可作为选择高喷施工参数的依据。开挖检查结束后应对墙体边缘的堤体进行恢复。