肖穆光
(湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007)
潭水坪水庫位于懷化市鶴城區(qū)蘆坪鄉(xiāng)張家村。水庫控制集雨面積0.55km2,壩址以上干流長度1.54km,水庫正常蓄水位204.6m,相應庫容110.81萬m3,設計洪水標準為50年一遇,校核洪水標準為500年一遇,總庫容122萬m3,死水位193.5m,為年調(diào)節(jié)水庫。潭水坪水庫是一座以灌溉為主,兼防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的?。á瘢┬退こ?。根據(jù)國家《防洪標準》(GB50201-94)和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)的規(guī)定,該水庫為小(Ⅰ)型水庫,工程等別為Ⅳ等,主要建筑物級別為4級,次要建筑物級別為5級。
水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水涵洞、臥管等建筑物組成。主壩為均質(zhì)土壩,最大壩高13.6 m,壩頂高程206.9m,壩頂軸長165m,壩頂寬6.0m。
主壩為均質(zhì)土壩,調(diào)查表明,壩體填筑質(zhì)量較差,碾壓不密實,結構較松散,干密度偏小,滲透系數(shù)偏大,部分壩段壩基與壩體接觸面、壩體均存在不同程度的滲漏情況。
(1)主壩基礎巖性為棕紅色泥質(zhì)粉砂巖。鉆孔試驗表明:主壩基礎淺部為中等透水層,巖體為強風化,透水率(18~28)Lu,壩基及接觸帶滲漏嚴重。
(2)主壩填筑土為粉質(zhì)粘土等,該區(qū)碾壓不密實,易跨孔、縮孔,滲透系數(shù)為(4×10-4~8×10-4)cm/s,壩體滲漏嚴重。
主壩壩基與壩體接觸面、壩體均存在不同程度的滲漏情況,因此,主壩防滲處理項目包括壩身及壩基。主壩壩基的防滲采用水泥灌漿帷幕的方案。壩身防滲處理通常有以下幾種方法:高噴灌漿、劈裂灌漿、套井回填粘土、混凝土防滲墻等。主壩壩高13.2m,采用沖抓套井回填粘土和混凝土防滲墻兩種方案進行比選。經(jīng)綜合比較,主壩壩身采用沖抓套井回填粘土方案,具有設備簡單,操作方便,造價低,便于檢查等優(yōu)點。方案比較見附表。
附表 主壩防滲方案比較表
沖抓套井回填粘土措施是以滲透系數(shù)比原土質(zhì)防滲體滲透系數(shù)小得多(1/30~1/100)的土料去置換原部分防滲體的一種方法,實際上就是在壩體內(nèi)形成一道沿老壩中心線方向的連續(xù)的粘土防滲墻,以達到壩體防滲效果。沖抓套井回填粘土防滲墻的設計主要包括鉆孔平面套接布置、孔距、排距、孔深、有效厚度設計及回填土料設計等。
(1)主孔和套孔的布置。
將鉆孔中心線布置在上游側(cè)距離壩軸線3m處,即樁號H0-003.00m處。主壩最大壩高13.2m,考慮大壩高度在25m以下,采用單排孔。單排布孔方法先主孔后套孔。鉆孔底部應達巖土分界線,以下為壩基帷幕灌漿。鉆孔的平面套接布置見附圖。
附圖 主壩鉆孔平面套接布置圖
(2)孔距和排距計算。
設計主孔被套孔切割,呈對稱蝕圓,選擇最優(yōu)α角為45°。每排孔沿直線錯位相套,孔距按L=2Rcosα,計算得主壩設計孔距為0.85m。
(3)防滲墻有效厚度計算。
主壩單排孔形成的防滲墻有效厚度按T=2Rsinα= 0.85m計算。土壩由于沖抓建造防滲墻的側(cè)向擠壓作用,一般影響范圍約為套井邊緣處(0.8~1)m,其中有效環(huán)形厚度為(0.2~0.3)m,所以主壩套井的實際有效厚度為(1.25~1.45)m。
(4)所需防滲墻厚度的計算。
設粘土防滲墻承受最大水頭為H,根據(jù)T=H/[J]確定防滲心墻厚度。
式中 H——防滲墻承受最大水頭,大壩H=10.6m;
[J]——防滲墻允許坡降,[J]=8。
大壩T=H/[J]=10.6/8=1.32m,計算厚度小于實際有效厚度,滿足要求。
故確定防滲墻有關參數(shù)為:主壩孔徑d=1.2m,孔距L=0.85m,有效厚度T=(1.25~1.45)m,采用單排孔布設防滲墻可滿足要求。
(5)土料的選擇。
回填土料要求粘粒含量為35%~50%,滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s,含水量控制在21%~25%左右,干密度大于1.55kg/cm3,干密度和含水量均通過現(xiàn)場試驗,控制在設計要求范圍內(nèi)。
(6)技術要求。
鉆孔要求鉛直,鉆孔的偏斜率應不大于1/80,造孔程序:先主井后套井按兩序施工,鉆孔達到設計深度后應立即回填,按先主井后套井的原則,填土分層進行,回填一層,夯實一層,不得邊填邊夯。填土層的厚度控制在(0.3~0.5)m。夯實方式應視現(xiàn)場試驗確定,夯實過程中,確保夯錘穩(wěn)定,不碰撞井壁,以提高夯壓效果。當夯實10m以下的井段時,可適當加大夯錘的沖擊力,擴大對周圍土體的擠壓影響。當接近井頂部位時,則應減小夯錘的落距,以防壩面開裂或孔周土體隆起。
死水位以下的沖抓回填施工質(zhì)量受地下水影響,應采用相應的技術措施,連續(xù)施工,如停工須及時抽排滲水,確保施工質(zhì)量。
為保證施工質(zhì)量,應及時進行檢測。檢測內(nèi)容為鉆孔的深度與造孔的偏斜率,土料的含水量,最優(yōu)含水量依現(xiàn)場試驗確定,確保滿足規(guī)范和設計要求。應采用現(xiàn)場注水試驗檢查施工質(zhì)量,確保填筑土體滲透系數(shù)滿足規(guī)范要求。
針對主壩壩基、壩基接觸面存在的滲漏,在壩基、壩基接觸面進行水泥帷幕灌漿,對整個壩基進行垂直防滲處理,以形成防滲帷幕體,增長滲徑。本文不對壩基帷幕灌漿做詳細介紹。
滲流計算采用北京理正研究院編制的《滲流分析計算》軟件,用二維有限元法分析計算。計算斷面選擇為最大壩高斷面,根據(jù)大壩加固后的滲流計算結果可知,在大壩上游側(cè)布置的垂直防滲體可以有效地降低壩體浸潤線位置。邊坡穩(wěn)定計算采用北京理正研究院編制的《穩(wěn)定計算分析程序》,用瑞典圓弧法進行分析計算,計算斷面與滲流計算斷面一致,大壩加固后上、下游壩坡在各種工況時的壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。
潭水坪水庫主壩壩身采用沖抓套井回填粘土方案,該措施具有設備簡單、操作方便、造價低、便于檢查等優(yōu)點,工程實施后防滲效果良好,對壩高小于25m的小型水庫防滲加固具有一定的借鑒作用。