李 兵

(新疆水利水電項(xiàng)目管理有限公司，烏魯木齊 830000)

1 工程背景

某水庫是一座以防洪為主，兼具灌溉、養(yǎng)殖、旅游等功能的小型水庫。水庫的集雨面積為3.04 km2，總庫容約521.34×104m3。水庫工程規(guī)模為小(Ⅰ)型，工程等別為Ⅴ等，主要水工建筑物級(jí)別為5級(jí)，現(xiàn)狀樞紐主要建筑物有大壩、溢洪道、引水渠等。大壩建成于上世紀(jì)70年代中期，為均質(zhì)土壩，全長(zhǎng)185.20 m，最大壩高4.5 m，大壩壩頂寬度3.5～5.0 m，壩頂?shù)缆窞橥谅?；現(xiàn)狀壩頂高程為45.15～45.40 m，大壩迎水側(cè)坡比為1∶1.5左右，背水側(cè)坡比為1∶2.5～1∶3.0左右。水庫由于設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)低，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行后已經(jīng)存在諸多問題，亟待進(jìn)行除險(xiǎn)加固。從壩基的滲漏情況來看，由于大壩設(shè)計(jì)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，沒有設(shè)計(jì)專門的壩基防滲措施，因此大壩建成之后即存在一定的滲漏問題。經(jīng)過多年的運(yùn)行，水庫的壩基滲漏日漸嚴(yán)重，已經(jīng)影響到水庫的安全運(yùn)行和效益發(fā)揮。目前，水庫大壩主要存在7處出水點(diǎn)，分別是下游導(dǎo)流洞內(nèi)、下游壩基、導(dǎo)流洞出口左側(cè)、大壩下游排水盲溝、溢洪道右側(cè)、溢洪道左側(cè)以及左岸壩腳。因此，通過對(duì)滲漏點(diǎn)的綜合分析并采取合適的防滲漏措施具有十分重要的意義。

2 基于壓水滲透試驗(yàn)的壩基滲漏部位和原因分析

為了查明該水庫的滲漏原因，結(jié)合出水點(diǎn)的分布特征，在平行于壩軸線上游1.0 m部位布置19個(gè)檢查孔[1]。其中，在大壩左岸壩段共布置1個(gè)水平孔(S01)、1個(gè)斜孔(X02)和7個(gè)垂直孔(C03-C09)，共9個(gè)檢查孔；河床壩段布置4個(gè)垂直孔(C10-C13)；在大壩的右岸壩段布置5個(gè)垂直孔(C14-C18)和1個(gè)斜孔(X19)，共6個(gè)檢查孔。通過上述檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，確定壩基滲漏的主要原因和部位[2]。壓水滲透性試驗(yàn)過程中，在設(shè)置的19個(gè)檢查孔中共進(jìn)行長(zhǎng)度為5.0 m的137段壓水試驗(yàn)，總長(zhǎng)度為687.5 m。

從左岸壩段的9個(gè)檢查孔的77段壓水試驗(yàn)結(jié)果可知，大壩左岸壩段原開挖基準(zhǔn)線以下10 m范圍內(nèi)的巖體透水率較大，一般在10 Lu以上。按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487-2008)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，屬于中等透水層，其余部位為弱透水層或微透水層[3]。從右岸壩段的6個(gè)檢查孔的45段壓水試驗(yàn)結(jié)果可知，該壩段透水率小于3 Lu的滲透線分布在大壩建基面以下20～25 m，而上部巖體的透水率較高。在C16、C17和C18檢查孔的壓水過程中，存在串孔現(xiàn)象，說明存在比較明顯的滲透通道。

綜上所述，大壩建基面以下20 m范圍為大壩的主要滲漏通道，特別是左壩段的10和3 Lu下限下移嚴(yán)重，且右壩段的3 Lu線明顯低于前期的帷幕灌漿深度，成為造成大壩滲漏的主要原因。

對(duì)主要滲漏點(diǎn)的巖體鉆孔探查顯示，大壩滲漏部位的巖體主要為碳酸鹽，有較多的鉆孔發(fā)現(xiàn)巖體內(nèi)部的裂隙和溶洞，且其中的絕大部分含水。涌水量較大的滲漏部位主要表現(xiàn)為巖溶管道型涌水。

3 壩基涌水注漿封堵工程技術(shù)思路

3.1 控流降速技術(shù)及應(yīng)用

根據(jù)前期的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，X03、X05和X07壩段的涌水點(diǎn)不僅流速大，而且流量水平較高，給封堵施工造成不小的難度[4]。因此，要達(dá)到良好的注漿封堵效果，有必要首先降低巖溶管道內(nèi)的水流速度，為后續(xù)的注漿施工創(chuàng)造有利條件[5]。具體而言，在X03、X05壩段的集中涌水點(diǎn)的正上方部位進(jìn)行控流降速工程，使巖溶管道中的涌水達(dá)到可控狀態(tài)[6]。其中，降速截止閥的主要作用是調(diào)節(jié)涌水點(diǎn)的流速，從而提高注漿過程中的漿液留存率。止?jié){墊的設(shè)計(jì)為涌水點(diǎn)鋪平，在涌水區(qū)域進(jìn)行鋪沙袋、支模板、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)以及縮口澆筑，進(jìn)行錨桿的鉆孔和安裝，然后進(jìn)行二層鋼筋網(wǎng)以及工字鋼并進(jìn)行模板的支設(shè)，隨即進(jìn)行二層混凝土的澆筑工作，確保能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

為了檢驗(yàn)控流降速的效果，在上述施工完畢之后逐步關(guān)閉止?jié){墊上的4個(gè)閥門，并觀測(cè)匯水槽內(nèi)的水流流速和流量以及各個(gè)探查孔內(nèi)的水位變化特征。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制出圖1所示匯水槽內(nèi)的流速變化曲線。由圖1可知，剛開始控流時(shí)涌水點(diǎn)的流速降低趨勢(shì)不明顯，隨著控流度的增加，流速的降低愈加明顯。此外，在控流閥門關(guān)閉之后，南側(cè)的探查孔產(chǎn)生比較明顯的反應(yīng)，不僅涌水量逐漸增加，部分鉆孔還出現(xiàn)涌水變渾濁的現(xiàn)象。

圖1 流速變化曲線

3.2 鉆孔注漿技術(shù)

由于前期的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，大壩壩基部位的水文地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，不僅地層破碎，溶洞和裂隙發(fā)育，而且各孔的差異較大。因此在注漿施工過程中，根據(jù)不同的地質(zhì)情況選擇不同配比的注漿材料進(jìn)行注漿，以提高注漿效果[7]。此外，為了防止?jié){液凝結(jié)速度較快而出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，在注漿施工中采用管口混合雙漿液的施工方式，其原理見圖2。

圖2 孔口混合注漿原理示意圖

根據(jù)相關(guān)的工程施工經(jīng)驗(yàn)，注漿用的水泥水玻璃雙漿液的水泥和水玻璃的配比在1∶1～3∶1之間，具體的配比選擇按照裂隙溶洞的大小確定[8]。具體而言，當(dāng)鉆孔顯示的裂隙較小，且管道內(nèi)的水流流速較低時(shí)，首先將水泥和水玻璃的配比設(shè)定為3∶1，將水灰比選為1∶1；當(dāng)遇到溶洞為主要過水通道，且管道水流速度較大時(shí)，首先在控流降速的基礎(chǔ)上調(diào)整注漿量，后續(xù)對(duì)水泥和水玻璃的配比也進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，提高管道內(nèi)漿液的沉積效果。

4 注漿效果分析與評(píng)價(jià)

4.1 堵水效果分析與評(píng)價(jià)

在X03和X05壩段的涌水點(diǎn)下游設(shè)置測(cè)水槽，在10月初，為了便于測(cè)量涌水點(diǎn)的流量，將X07壩段涌水點(diǎn)也匯入上述測(cè)水槽。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制出圖3所示的水量變化曲線圖。由圖3可知，在工程準(zhǔn)備的2019年8月末至9月初，受到當(dāng)時(shí)水庫上游降水較多、水庫處于高位運(yùn)行因素的影響，涌水點(diǎn)的水流量較大；在9月末至10月末，經(jīng)過系統(tǒng)的堵水治理，涌水量明顯減小，在后期將X07壩段的涌水匯入之后，總涌水量進(jìn)一步降低，說明堵水施工獲得良好的封堵效果。

圖3 涌水量變化曲線

4.2 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析與評(píng)價(jià)

在進(jìn)行堵水施工之后，大壩壩基的滲漏量大幅減小，可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)初步測(cè)算，在實(shí)施大壩底部滲漏堵水施工之后，水庫每年可以減少滲漏損失135×104m3，可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約88萬元。根據(jù)相關(guān)的工程設(shè)計(jì)和預(yù)算設(shè)計(jì)，壩基巖溶管道型涌水注漿封堵工程的工程投入約63萬元。由此可見，施工結(jié)束后一年內(nèi)即可收回該項(xiàng)目的工程投資，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，在壩基巖溶管道型涌水注漿封堵和相關(guān)除險(xiǎn)加固工程措施的共同作用下，大壩的安全系數(shù)得到大幅提升，水庫的各項(xiàng)功能都得到更好的發(fā)揮，具有十分顯著的社會(huì)效益。此外，由于巖溶地質(zhì)的復(fù)雜性，壩基巖溶管道型涌水一直是水工領(lǐng)域的難點(diǎn)問題。因此，本次研究和試驗(yàn)成果可以為相關(guān)工程提供理論和實(shí)踐層面的支持和借鑒。

5 結(jié) 語

本次研究以某水庫大壩壩基巖溶管道涌水堵水治理工程為背景，針對(duì)基于壓水滲透試驗(yàn)的壩基滲漏部位和原因進(jìn)行分析，結(jié)合滲漏的實(shí)際情況，探討壩基涌水注漿封堵工程技術(shù)思路，取得良好的工程堵水效果和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，對(duì)相關(guān)類似工程具有重要的理論和實(shí)踐借鑒價(jià)值。本次研究的注漿工藝為傳統(tǒng)的單孔注漿工藝，相對(duì)于現(xiàn)有的工程注漿工藝發(fā)展已經(jīng)明顯滯后。在今后的研究中，需要針對(duì)復(fù)雜的巖溶滲漏治理工程，積極開展多孔聯(lián)合注漿封堵研究，探究各個(gè)注漿參數(shù)與注漿效果之間的影響規(guī)律，提出最佳的聯(lián)合注漿設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提高注漿堵水施工效果。