周維海

(唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河北唐山063000)

1 工程概況

某水庫壩址以上集雨面積為26.5 km2，主河長為14.8 km，流域呈不對稱的扇形，左岸偏陡，右岸地勢稍微平坦，河窄坡陡，水流較湍急，河道的加權(quán)平均坡降是1.95%，流域內(nèi)的森林及草木覆蓋率達(dá)90%以上，屬山區(qū)河流，洪水大部分是由暴雨形成，流域內(nèi)水災(zāi)頻繁，災(zāi)情較為嚴(yán)重。

2 滲漏情況及原因分析

2.1 壩體填筑質(zhì)量差

大壩為黏土均質(zhì)壩，填筑土是坡積層黏土，大部分采用的是低液限黏土，局部采用的是高液限黏土，土質(zhì)不是很均勻，這就容易造成孔隙比、液性指數(shù)偏大，干容重較低，填土密實(shí)性效果較差;通過滲透檢測發(fā)現(xiàn)，壩體的滲透系數(shù)1.3×10－4～3.6×10－4cm，大于標(biāo)準(zhǔn)壩體防滲土料所要求的最大滲透系數(shù)1×10－4cm/s，造成了大壩的大面積散浸。

2.2 排水棱體失效

排水棱體是由白云巖塊石堆積而成，過濾層是由碎石和砂組成，排水棱體較小，經(jīng)多年的運(yùn)行就逐漸形成了棱體排水不暢，浸潤線較高，從而就導(dǎo)致壩坡濕潤、散浸，散浸匯集總量約50 mL/s。

2.3 壩基、壩肩問題

1)壩基處巖石抗風(fēng)化能力較弱:壩址區(qū)經(jīng)地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)有6個(gè)較大規(guī)模洞穴，其主要位于壩軸線下游，露頭的基巖上有較多蜂窩狀空洞;壩基性為淺灰色厚、巨厚層狀的粗晶、中晶的白云巖，巖層風(fēng)化破碎，強(qiáng)中風(fēng)化層的下限約5～10 m，經(jīng)壓水試驗(yàn)結(jié)果分析，基巖頂部為5～10 m，壩段透水率為23.5～72.1 Lu，基巖頂面10 m以下透水率為9.8～11.6 Lu，這就說明壩基、基巖表層巖石風(fēng)化破碎且透水性強(qiáng)，其下部巖石基本完整，為弱透水巖層。

2)泥巖夾層處呈薄餅狀:長石砂巖中夾薄層泥巖，主要是沿地層層面出，且在兩岸處均有發(fā)現(xiàn)，這就形成了巖體中的軟弱夾層帶。

3)壩肩鈣化黃土狀壤土與半膠結(jié)細(xì)砂存在滲漏破壞的可能，不宜直接用作壩肩基礎(chǔ)。

2.4 壩體填土

大壩填筑土主要有含砂、低液限黏土、含砂、低液限粉土以及粉土質(zhì)砂，各類土質(zhì)混雜式的填筑，就導(dǎo)致土質(zhì)均一性較差。含砂、低液限粉土的滲透系數(shù)平均值為2.33×10－4cm/s，粉 土 質(zhì) 砂 的 滲 透 系 數(shù) 平 均 值 為7.67×10－4cm/s，其滲透系數(shù)偏大，沒有滿足規(guī)范的要求。

3 工程除險(xiǎn)加固的必要性

某水庫是一座以灌溉為主，兼防洪、發(fā)電以及養(yǎng)殖等具有綜合效益的中型水庫。自水庫蓄水運(yùn)行后，就不間斷的發(fā)生一些質(zhì)量問題，如大壩壩基、壩體、壩肩滲漏問題，水庫一直處于帶病狀態(tài)。為了確保水庫安全性，水庫一直被迫限制水位運(yùn)行，故必須對其除險(xiǎn)加固，以確保水庫安全運(yùn)行;確保下游灌溉需要;也為水庫今后的發(fā)展創(chuàng)造條件。

4 防滲加固設(shè)計(jì)

4.1 防滲方案選定

在防滲設(shè)計(jì)時(shí)，壩體防滲加固處理設(shè)計(jì)選擇2種方案進(jìn)行比較。

4.1.1 方案1:在大壩上游側(cè)設(shè)黏土斜墻式的方案

方案概況:在大壩的下游坡292.5 m處高程采取削坡放緩至1∶2.5，在大壩的上游側(cè)設(shè)黏土斜墻，頂寬為6 m(壩頂寬)，斜墻底寬為24.5 m，底部厚度為7 m，砂卵石壩基采取截水槽來減少壩基覆蓋層的滲漏。

4.1.2 方案2:沿壩軸線設(shè)混凝土防滲心墻方案

方案概況:同上方案將下游壩坡培坡放緩至1∶2.5，在高程的295 m高程處設(shè)一馬道，寬為1.5 m，為上游壩坡整平、護(hù)坡。自大壩壩頂順壩軸線的方向設(shè)置混凝土防滲墻，防滲墻要貫穿壩基砂卵石層且要深入基巖1m，以截?cái)鄩位采w層的滲漏的途徑。

考慮到庫區(qū)已蓄水多年，若采用黏土斜墻式的方案不僅僅要放空水庫，且其施工難度非常大，工程造價(jià)較高，故本次對大壩壩體防滲加固處理采取混凝土防滲墻方案，因?yàn)樵摲桨改壳皯?yīng)用非常廣泛，其施工干涉少，直觀、安全、可靠。

4.2 防滲加固設(shè)計(jì)

4.2.1 墻體材料及防滲墻厚度

防滲墻體的材料為混凝土，基本要求是:k≤1×10－6cm/s;J允許＜60。

根據(jù)水源頭、水庫地質(zhì)條件以及已建的工程情況，設(shè)計(jì)墻厚為50 cm，其防滲墻的最大滲透坡降J=53.476＜［J］=60，滿足其設(shè)計(jì)基本要求。

規(guī)范要求，防滲墻墻頂高程應(yīng)當(dāng)不低于校核的洪水位，故設(shè)計(jì)的墻頂高程取為309.5 m，使防滲墻伸入基巖到1 m，且最大墻高要保持在39 m左右。

4.2.2 防滲墻施工工藝的選擇

防滲墻施工工藝的選擇要綜合考慮成墻技術(shù)的原理、適用條件、質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)等各方面的因素。大壩混凝土墻最大墻深為39 m，墻體厚度為50 cm，根據(jù)目前我國的成墻工藝和我省類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，擬定了3種可行的混凝土防滲墻的施工工藝進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和技術(shù)性的比較，3種方案的主要技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較見表1。

表1 大壩防滲處理方案比較表

從表1可以看出，液壓抓斗方案的造混凝土防滲墻造價(jià)較為適中，成墻質(zhì)量也可靠，檢測也方便，易于對工程進(jìn)行控制。因此，從安全、可靠以及經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，再根據(jù)本工程的地質(zhì)狀況，借鑒我省的一些類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本階段的設(shè)計(jì)較適宜采用液壓抓斗造混凝土防滲墻方案。

4.2.3 防滲墻施工注意的問題

1)頂部塑性黏土區(qū)內(nèi)要，在防滲墻頂部填筑1 m厚高塑性黏土，底寬為3.2 m，頂部至護(hù)坡要設(shè)反濾層。且高塑性黏土要滿足以下要求:滲透系數(shù) ＜1×10－7cm/s;壓實(shí)度 ＞0.97;干容重＞16.5 kN/m3;最優(yōu)含水量要控制在+2%范圍內(nèi)。

2)防滲墻在施工時(shí)，為保證質(zhì)量，還要隨時(shí)對其進(jìn)行施工觀測。其主要是進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變觀測，首先選擇兩個(gè)斷面安裝應(yīng)力應(yīng)變觀測設(shè)備。在0+150、1+200斷面各設(shè)置10支應(yīng)變計(jì)，埋設(shè)3支無應(yīng)力計(jì)。觀測房可以位于水庫管理所內(nèi)，觀測電纜應(yīng)順壩坡埋設(shè)。埋設(shè)后，用觀測房內(nèi)的觀測設(shè)備進(jìn)行觀測，并要對觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定混凝土防滲墻的工作狀態(tài)運(yùn)行效果。

4.2.4 壩基及壩肩防滲加固

據(jù)勘探結(jié)果表明:壩基部位留有厚約2 m的強(qiáng)透水松散砂卵石層;地基淺層基巖為強(qiáng)、弱風(fēng)化變質(zhì)砂巖，左、右壩肩鉆孔壓水試驗(yàn)透水率10.1～25.9 Lu，具中等透水性，存在壩基、壩肩及繞壩滲漏問題。

壩體混凝土防滲墻貫穿壩基砂卵石層，深入基巖1 m，截?cái)嗔藟位采w層的滲漏途徑，壩基基巖的鉆孔壓水試驗(yàn)透水率5.6～7.5 Lu，基本截?cái)嗔藟位鶟B漏。通過滲流計(jì)算可知:大壩上游在校核洪水位時(shí)的最大單寬滲漏量為3.489 m3/dm，按上游常年在校核洪水位計(jì)算，經(jīng)計(jì)算滲漏量為16.81萬m3/a，水庫總庫容為1 076萬m3，滲漏量占總庫容的1.56%，不影響大壩的蓄水，故對壩基不做帷幕灌漿處理。

根據(jù)測試的滲透剖面圖確定基巖以透水率q≤10 Lu作為相對不透水層，左右壩肩在正常蓄水位下，基巖鉆孔壓水試驗(yàn)透水率大部分都＜10 Lu，只有較少部分＞10 Lu，壩肩滲露的問題不大，故兩壩肩也可不做帷幕灌漿處理。

［1］韓振華.大西山水庫大壩防滲加固工程設(shè)計(jì)與施工［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2002(3).

［2］黃福貴.永順縣松柏水庫大壩防滲加固設(shè)計(jì)［J］.湖南水利水電，2007(1).

［3］戴金洲.馬家沖水庫大壩滲漏原因分析及防滲處理［J］.防滲技術(shù)，2000(12).