張本華

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原030024）

1 工程概況及現(xiàn)狀

新發(fā)水庫位于桑干河支流鵝毛河上，地處懷仁縣海北頭鄉(xiāng)新發(fā)村東，是一座以防洪、灌溉為主，兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖的?。?）型水庫工程。水庫壩址以上流域面積280km2，河道長36.3km，流域平均寬度7.7km，平均縱坡11.6‰。

水庫興建于1970年。樞紐建筑物由大壩、溢洪道和灌溉洞組成。大壩由主壩和副壩組成，主壩和副壩均為碾壓壤土均質(zhì)土壩，壩頂高程1003.35m。主壩全長380m，壩頂寬4.0m，最大壩高9.08m，上游壩坡1:2.0，為干砌石護坡，下游壩坡1:1.5，為草皮護坡。壩腳設有排水設施，壩頂路面已硬化，無防浪墻。副壩壩頂全長320m，頂寬4m，最大壩高5.3m，上、下游壩坡1：1.5，壩腳無排水設施，壩頂無防浪墻。

2 大壩存在的主要問題

2009年11月進行了新發(fā)水庫安全鑒定，復核了大壩防洪標準，計算分析了大壩的滲透穩(wěn)定及壩坡穩(wěn)定，并對水庫其他問題進行了分析與評價，經(jīng)懷仁縣水務局組織的專家評審鑒定，將大壩定為三類壩。

水庫大壩目前存在的主要問題有：

（1）下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)小于壩坡穩(wěn)定允許值，不滿足規(guī)范要求。

（2）建庫時壩基未清基，也未做防滲處理，壩體直接座于第四系全新統(tǒng)洪沖積地層之上，壩基滲透形態(tài)不安全。水庫建成蓄水后，壩基滲漏量一直比較大。目前，大壩下游有多處積水，沼澤嚴重。

3 處理措施

3.1 壩址處地質(zhì)

主壩壩基主要為全新統(tǒng)洪沖積級配不良砂層，結(jié)構松散，為中等透水性，下伏為下更新統(tǒng)低液限黏土層，為相對隔水層。建壩時壩基未做截水槽，壩基級配不良砂結(jié)構松散，具中等透水性，為壩基滲漏層位，壩基存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題。級配不良砂層存在震動液化問題，建議對壩基進行防滲處理，防滲深度進入下更新統(tǒng)低液限黏土層2～3m，在壩后設排水棱體，降低壩體浸潤線，確保大壩及壩基滲流穩(wěn)定。采取適當?shù)墓こ烫幚泶胧┫龎位壟洳涣忌皩拥恼饎右夯?。左壩肩均為土質(zhì)岸坡，上部為上更新統(tǒng)洪積低液限粉土結(jié)構松散，多具弱透水性，其下部為下更新統(tǒng)湖積低液限黏土，結(jié)構較密實，多具微弱透水性。左右壩肩岸坡土體穩(wěn)定性較好，且為弱透水性，不存在繞滲問題。

3.2 處理方案比較

對于大壩滲漏及穩(wěn)定問題設計擬定以下三個設計方案。第一方案：壩基防滲設計采用深層攪拌水泥土防滲墻方案，即防滲墻布置于壩頂，沿壩軸線對整個壩體、壩基全部采用深層攪拌水泥土防滲墻處理。

第二方案：壩基防滲設計采用塑性混凝土防滲墻方案，即壩基滲漏砂層部分全部采用塑性混凝土防滲墻處理，塑性混凝土防滲墻深入相對隔水層（黏土）1m。

第三方案：壩基防滲設計采用高噴灌漿方案，即壩基滲漏砂層部分全部采用高噴灌漿處理，灌漿深入相對隔水層（黏土）1m。

三個方案比較情況見表1

表1 防滲方案比較表

比較結(jié)果表明：多頭小直徑深層攪拌樁墻截滲技術具有如下優(yōu)點：

（1）充分利用原壩土體，僅使用易于選購而且價格低廉的普通水泥構成墻體；

（2）成墻質(zhì)量可靠，具有混凝土墻和高噴截滲墻的截滲效果和壽命，而且水泥土墻具有一定的塑性，相當于塑性混凝土，適應壩體變形的能力強；

（3）成墻造價低，造價僅是混凝土墻的1/2，高噴截滲墻的1/3；

（4）施工不開槽避免了混凝土截滲施工時引起的塌孔、與原壩體結(jié)合不實等問題；

（5）施工工效不低于高噴墻和混凝土墻截滲方法。

綜上所述，多頭小直徑深層攪拌樁墻與高噴墻和混凝土截滲墻相比具有取材方便、成墻質(zhì)量可靠、成本低、施工簡便以及工效高等優(yōu)點，而且我省已有成功的類似工程實例。因此設計采用多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術作為新發(fā)水庫大壩截滲方案。

3.3 大壩截滲墻設計

深層攪拌法是利用深層攪拌樁機在較軟的地層中，邊鉆邊往土層中噴射漿液，同時鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層中的漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強度比天然土強度高得多，并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體，樁柱體相割搭接排成一列，形成連續(xù)墻體作為壩體防滲墻。近年來以其取材方便、成墻質(zhì)量可靠、成本低、施工簡便以及功效高等優(yōu)點廣泛應用在水利工程建設中。

（1）墻體布置。新發(fā)水庫壩基防滲墻布置于大壩上游坡腳998.5m高程，考慮機械設備要求的最小施工距離，防滲墻軸線布置于距壩坡2.5m處。防滲墻總長為254.59m。

（2）墻深。根據(jù)壩軸線地質(zhì)鉆探結(jié)果,水庫滲漏帶及滲變隱患主要存在于砂層內(nèi)，因而從消除滲變隱患、減少滲漏的目的考慮，應采用封閉式防滲措施，防滲墻墻底高程置于砂層以下并深入黏土以下1m即可滿足要求。新發(fā)水庫防滲墻設計最大墻深為8.66m。

（3）樁徑及墻厚。防滲墻厚度采用坡降法計算：

式中：S—最小防滲墻厚度，m；

ΔH—防滲墻兩側(cè)的水頭差，m；

[J]—設計允許坡降，取80。

本工程設計水頭差為6.2m。經(jīng)計算需要的最小墻厚度為78mm，考慮到施工可能帶來的垂直度偏差和施工機具，選用樁徑為400mm的ZCJ型多頭小直徑深層攪拌機。

（4）墻體材料。新發(fā)水庫擬建防滲墻是從土壩壩頂穿過壩體和壩基滲漏層進入黏土層的。由于土壩建成至今近四十年，壩體變形已基本完成，因而墻體兩側(cè)因變形差引起的摩擦力及墻頂豎向荷載很小，防滲墻所受荷載以水平荷載為主。本次設計參照國內(nèi)類似工程成功經(jīng)驗確定設計施工參數(shù)，墻體抗壓強度指標可在2～5MPa之間酌定。

結(jié)合“混凝土防滲墻施工技術規(guī)范”，參考水泥土防滲墻施工實踐及有關理論研究成果（《深層攪拌法的設計施工與應用》濟南出版社），擬定新發(fā)水庫水泥土防滲墻主要設計施工參數(shù)如下：墻體滲透系數(shù)小于A×10-6cm/s（1＜A＜10）；滲透破壞比降大于200；墻體抗壓強度4～5MPa（28天齡期）。

為了保證達到上述指標，據(jù)類似工程經(jīng)驗，考慮到本工程實際，水泥摻入量初定黏性土中：8%～12%；砂性土中：10%～18%。水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥。施工前進行配比試驗，確定合理的外加劑摻入量、水灰比等控制參數(shù)。

3.4 下游壩坡培厚

據(jù)《安全鑒定報告書》及專家評審意見，水庫下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)小于壩坡穩(wěn)定允許值，不滿足規(guī)范要求，本次設計根據(jù)實測壩體斷面，對主、副壩壩坡重新進行穩(wěn)定計算，根據(jù)計算結(jié)果壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，但略微偏小，經(jīng)現(xiàn)場察看，壩下游積水較多，存在滲透穩(wěn)定問題，為確保大壩安全，對主、副壩下游壩坡進行培厚，坡度由原來的1：1.5改為1：2.0。為方便機械碾壓施工，且根據(jù)實測斷面大部分壩段壩頂寬度均大于4.0m，故本次設計將壩頂寬度加寬到5.0m。土料采用庫區(qū)左岸低液限粉土，分層碾壓，壓實度不小于0.96。

4 結(jié)語

新發(fā)水庫大壩經(jīng)過對壩基防滲及下游壩坡培厚處理，解決了大壩的不穩(wěn)定因素。設計表明，深層攪拌技術應用于提高壩基土體抗?jié)B性，是一種經(jīng)濟有效的工程處理措施。對于壩坡穩(wěn)定問題的處理，根據(jù)實際情況，采用下游壩坡培厚方案，提高了壩體的穩(wěn)定性。經(jīng)過對大壩除險加固，消除了缺陷，提高了大壩運行的安全度、可靠度。