王樹坤

（漢中市水利水電建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院 陜西 漢中 723000）

1 工程概況

洋縣黨河水庫位于漢江一級(jí)支流黨水河上，以灌溉為主，兼具發(fā)電、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游、城市供水等綜合效益的全國(guó)重點(diǎn)中型水庫。壩體為均質(zhì)粘土壩，最大壩高51m，壩頂高程538m，壩頂長(zhǎng)300m，壩頂寬5m，正常蓄水位529m，壩底寬329.9m，迎水坡比為1∶4.5～1∶2.5，背水坡比為1∶3.5～1∶2，壩基設(shè)三道截滲槽，壩后設(shè)棱柱和褥墊混合式排水體。大壩于1966年10月動(dòng)工修建，1970年3月建成蓄水，總庫容4190 萬 m3。

1975年水庫攔洪蓄水時(shí)，右壩肩下游數(shù)處漏水，經(jīng)分析，因繞壩滲漏所致。為保證大壩安全，對(duì)該段進(jìn)行了防滲帷幕灌漿。設(shè)計(jì)帷幕長(zhǎng)度64m，幕深35.2m～48.6m，幕厚2.0m，一排帷幕鉆孔，孔距2.0m。但施工中由于資金、材料困難，只灌了設(shè)計(jì)工程量的39%左右，繞壩滲漏依然存在。通過灌漿數(shù)據(jù)分析：①帷幕孔距較大，帷幕線只有一排，幕體抗?jié)B能力較差，需要繼續(xù)加密。②幕體右端沒有與相對(duì)不透水層相連，應(yīng)繼續(xù)采取防滲處理措施。

1980年10月15日，大壩迎水坡主河槽段發(fā)生滑坡，滑坡高程為519m，直至1988年10月在原位置上又先后發(fā)生五次滑坡?；铝芽p呈圓弧形，左右兩端弧尾均觸及兩岸山坡，弧頂高程為519m，最大滑坡裂縫弧長(zhǎng)117m，弦長(zhǎng)74m，最大裂縫寬度0.4m。1987年～1990年除險(xiǎn)加固時(shí)對(duì)該滑坡進(jìn)行了重點(diǎn)處理，對(duì)滑坡體部位進(jìn)行重新夯實(shí)，滑坡體河床部位采用拋石鎮(zhèn)腳，大壩內(nèi)坡原滑動(dòng)部位全采用干砌石體處理。目前該滑坡體已趨穩(wěn)定，觀測(cè)數(shù)據(jù)未見明顯異常現(xiàn)象。

1993年～1994年，因壩體滲漏大壩背水坡出現(xiàn)滲濕帶，曾對(duì)壩體進(jìn)行過一排、兩序共29孔劈裂灌漿，累計(jì)灌入干土725t。1995年經(jīng)開挖探井檢查并取樣分析，壩體土干密度由灌前的1.562g/m3提高到1.623g/m3，壩內(nèi)孔洞堵死，測(cè)壓管水位普遍降低，降幅0.2m～3m，壩體土滲透系數(shù)由灌漿前的10-4cm/s～10-5cm/s減小到10-6cm/s～10-8cm/s，背水坡滲濕帶明顯減小。

下面，重點(diǎn)分析壩址主要工程地質(zhì)條件及本次砼防滲墻在黨河水庫壩體防滲處理中的應(yīng)用。

2 壩址主要工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

壩址區(qū)河谷呈不對(duì)稱“V”型，壩址區(qū)河段流向近東西向。大壩樞紐呈N21°E橫亙于黨水河，南與基巖山坡銜接，北與階地臺(tái)塬平緩坡地相連。大壩右岸為基巖岸坡，谷坡陡峻，坡度40°～50°，局部為近于直立的峭壁；左岸上部副壩段壩基為階地臺(tái)塬，階地面平緩開闊，坡度一般＜10°。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)基巖為石炭系絹云母綠泥石石英片巖與石英片巖，主要分布于壩基右岸坡、河床及左岸坡中下部位。河床覆蓋層為砂卵石，厚1.0m～1.5m，其下為基巖。左岸坡在高程510m以下為基巖，以上為三級(jí)階地堆積層，地表為棕黃色粘土層，厚4m～6m，其下為砂卵石層，厚1.5m～3m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)位于風(fēng)火山背斜南翼，總體為單斜構(gòu)造，片理產(chǎn)狀N55°W～EW，傾SW，傾角45°～55°。局部受斷裂構(gòu)造影響變化較大，片理走向轉(zhuǎn)為NE，傾向SE，傾角變陡，甚至直立。

構(gòu)造主要為斷層與裂隙。壩址區(qū)小斷層較發(fā)育，尤其是右岸坡，斷層主要有5條，為中高傾角，傾角41°～87°，破碎帶一般4cm～10cm，斷層夾泥一般4mm～10mm。主要裂隙有二組：一組走向N80°～60°W，傾角45°～70°，延伸較遠(yuǎn)，局部張開。另一組走向N55°～65°E，傾角60°～70°。

2.4 水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水。巖體透水性的主要控制因素是巖體的性質(zhì)、斷層、裂隙切割程度及巖體風(fēng)化程度等。鉆孔壓水試驗(yàn)表明，淺部巖體風(fēng)化較強(qiáng)，巖體破碎，裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng)，而深部巖體風(fēng)化較弱，完整性好，透水性亦較弱，基巖透水性一般隨深度的增加而逐漸變小。個(gè)別孔段由于構(gòu)造面貫通造成裂隙切割較深，存在相對(duì)隔水層以下透水率增大的現(xiàn)象。壩址基巖以石炭系下統(tǒng)略陽組絹云母綠泥石石英片巖為主，夾石英片巖，該巖體抗風(fēng)化能力較差，所以壩址巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈。壩址右岸為基巖谷坡，地勢(shì)陡峻。左岸下部陡峭，上部為階地臺(tái)塬，兩岸透水性存在明顯差異。

右岸坡上部全、強(qiáng)風(fēng)化帶深度15m～25m，裂隙發(fā)育，形成強(qiáng)透水帶，下部弱～微透水帶埋深36m～50m。河床段巖體為中～微透水，透水率0.6Lu～18Lu。左岸上部砂卵石層形成強(qiáng)～中等透水，厚度2.1m～3.1m。砂卵石層以下基巖透水性主要受風(fēng)化的控制，垂直分帶特征明顯，頂部為一分布連續(xù)的中等透水帶，透水帶最大厚度約18m，透水率10.6Lu～24Lu，中部為弱透水帶，透水率1.4Lu～6.5Lu，底部巖體為微透水。

圖1 壩軸線工程地質(zhì)剖面圖

其壩址主要工程地質(zhì)條件可參見圖1。

3 壩體工程質(zhì)量評(píng)價(jià)及地質(zhì)參數(shù)建議值

3.1 壩體工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

通過鉆孔、探井、多期工程地質(zhì)勘察，依據(jù)壩體土樣物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)資料可看出：

（1）壩體土樣的液限在36.6%～40.6%之間，塑性指數(shù)在12.7～24.3之間變化，作為防滲體填筑料可滿足要求。壩體土以低液限粘土為主，且含有低液限粘土質(zhì)砂，說明筑壩時(shí)對(duì)土料質(zhì)量控制不嚴(yán)。

（2）壩體土樣的含水率16.32%～27.61%，平均含水率23.02%，平均飽和度94%，說明大壩土樣基本上處于飽和狀態(tài)。

（3）壩體土樣的最大干密度為1.63g/cm3，最小干密度為1.45g/cm3，平均干密度為1.54g/cm3，壩體土干密度差異較大，約60%的壩體土樣壓實(shí)度不滿足規(guī)范要求值（96%）。壩體填筑密實(shí)度不均勻，層間密度相差較大，壩體碾壓層分層處結(jié)合不好，碾壓質(zhì)量較差，壩體存在密實(shí)程度較低的部位。

（4）大壩土樣飽和固結(jié)不排水三軸抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力指標(biāo) C、φ值最小值分別為10kPa、14.0°，最大值分別為 50kPa、21.4°，平均值分別為29kPa、18.4°，小值平均值分別為 19kPa、16.5°；有效應(yīng)力指標(biāo) C'、φ'最小值分別為10kPa、16.7°，最大值分別為40kPa、26.6°，平均值分別為 27kPa、22.0°，小值平均值分別為18kPa、19.6°。表明壩體土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值變異較大，土樣密實(shí)度及結(jié)構(gòu)不均勻。

3.2 工程地質(zhì)參數(shù)建議值

綜合地勘資料，依《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合土工試驗(yàn)成果，其有關(guān)地質(zhì)參數(shù)分別建議為：

（1）壩體土：土粒比重 Gs=2.73，含水率ω=23.0%，孔隙比e=0.761，天然密度ρ=1.90g/cm3，干密度 ρd=1.55g/cm3，固結(jié)不排水三軸剪切抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力指標(biāo)C＝22kPa，φ=16°，有效應(yīng)力指標(biāo) C'=20kPa，φ'=18°，垂直滲透系數(shù)Kv=3.31×10-7cm/s，水平滲透系數(shù)Kh=9.38×10-7cm/s。粘土破壞形式為流土，建議允許水力坡降為0.48。

（2）壩前淤泥質(zhì)土層：土粒比重Gs=2.68，含水率ω=46.3%，孔隙比e=1.25，天然密度ρ=1.74g/cm3，干密度 ρd=1.19g/cm3，建議固結(jié)不排水三軸剪切抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力指標(biāo)C＝9kPa，φ=4°，滲透系數(shù)為 k=2.18×10-8cm/s。

（3）壩基基巖：比重Gs=2.74，干密度ρd=2.69g/cm3，天然密度 ρ=2.72g/cm3，孔隙率=1.8%，吸水率=1.24%；抗剪斷強(qiáng)度c=29kPa，φ=30°，透水率 q=18Lu（透水層厚度 6.0m）。

4 大壩防滲處理

4.1 壩體砼防滲墻

近年來，水庫處于高水位時(shí)大壩背水坡右側(cè)523m～527m高程之間有一條滲濕帶，寬5m～10m，長(zhǎng)約 38m，滲濕面積約300m2，該帶長(zhǎng)期滲濕。B3-8觀察孔附近的觀測(cè)井內(nèi)可見明顯滲水，對(duì)壩坡穩(wěn)定不利。經(jīng)勘察取樣分析，系壩體土碾壓密實(shí)程度較低，結(jié)構(gòu)不均勻所致。

本次對(duì)壩體防滲加固處理時(shí)經(jīng)過3種方案比較，最終采用素砼防滲墻方案。砼防滲墻的類型為槽孔型，砼防滲墻為全壩段布設(shè)，長(zhǎng)308m，墻底部深入壩基強(qiáng)風(fēng)化基巖1.0m，砼墻最大深度49.4m。砼墻主要設(shè)計(jì)指標(biāo)分別為：墻體計(jì)算厚度0.48m～0.8m，采用厚度0.6m。容重≥2.2t／m3，抗壓強(qiáng)度 3MPa≤R28d≤5MPa，彈性模量 300MPa≤E28d≤1000MPa，抗?jié)B標(biāo)號(hào)≥W6。

防滲墻槽孔分兩期施工，一期槽孔砼澆筑完畢24小時(shí)，再施工二期槽孔，一、二期槽段長(zhǎng)均為7.0m。采用“兩鉆一抓法”成槽，沖擊鉆機(jī)配合液壓抓斗施工成槽，粘土泥漿護(hù)壁，用HBT60型泵輸送砼，泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑砼，再采用“接頭管”法進(jìn)行槽段連接。

所謂“兩鉆一抓法”成槽，即用鉆機(jī)在槽孔兩端頭先鉆導(dǎo)孔，再利用液壓抓斗抓取副孔。這種方法能充分發(fā)揮兩種機(jī)械的優(yōu)勢(shì)，沖擊鉆機(jī)的鑿巖能力較強(qiáng)，可鉆進(jìn)不同的地層，先鉆主導(dǎo)孔，為抓斗開路，抓斗在抓取副孔時(shí)效率較高，所形成的孔壁平整，且主導(dǎo)孔導(dǎo)向作用能有效地防止抓斗造孔時(shí)發(fā)生偏斜。

防滲墻連接部位采用“接頭管”法，指在澆筑一期槽孔前，在槽孔兩端下設(shè)接頭管，可避免重新鉆鑿接頭孔所造成的工時(shí)和材料浪費(fèi)，具有接觸面光滑，接縫緊密，孔斜易控制，搭接厚度有保證等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 壩基、壩肩帷幕灌漿

大壩左岸副壩段基礎(chǔ)本身因砂卵石層構(gòu)成中等透水帶，再加之其壩前灘涂地帶人為開挖精養(yǎng)魚塘，加劇了滲漏通道，導(dǎo)致壩后階地臺(tái)塬520m～524m高程出現(xiàn)沼澤化，左岸坡中下部基巖因存在中等透水帶而產(chǎn)生滲漏明流。河床段鉆孔壓水試驗(yàn)成果表明，河床段基巖亦存在中等透水帶。右岸坡基巖因存在中等透水帶不但產(chǎn)生滲漏明流，且存在繞壩滲漏。

對(duì)右壩肩存在繞滲的問題，本次除險(xiǎn)加固時(shí)采用了帷幕灌漿方案。右岸壩肩繞滲區(qū)帷幕灌漿段起始高程高出正常蓄水位3m，帷幕底部深入相對(duì)不透水層3m，孔距2m，單排三序，自上而下施灌。經(jīng)過處理后，壩肩繞壩滲漏問題基本消除，滲漏明流基本斷流。

壩基滲漏問題，本次除險(xiǎn)加固中對(duì)基巖壩基采取了砼防滲墻與帷幕灌漿的綜合措施。砼防滲墻底深入基巖1m，灌漿帷幕頂部自砼防滲墻底部起灌，帷幕底部深入相對(duì)不透水層5m，帷幕孔距2m、單排、自上而下施灌。左岸砂卵石層壩基采用砼防滲墻截滲方案，砼墻體厚度0.6m，墻底深入基巖1.0m。

大壩經(jīng)過砼防滲墻及帷幕灌漿處理后，對(duì)比觀測(cè)資料，各測(cè)壓管內(nèi)水位下降2m～3m，滲濕帶基本消失，壩后滲漏明流基本斷流。壩后電站廠房集水井內(nèi)滲水顯著減少，壩基滲漏問題得到明顯改善。

5 結(jié)語

（1）工程區(qū)內(nèi)分布的粘土為高塑性粘土，遇水自穩(wěn)性、直立性差，具有一定脹縮性及崩解性，透水性弱（滲透系數(shù)一般為i×10-6cm/s～10-8cm/s），遇水易于飽和且不能短時(shí)疏干。粘性土的抗剪強(qiáng)度以內(nèi)聚力為主，內(nèi)聚力隨著含水率的增高而降低。對(duì)均質(zhì)粘土壩壩體而言，在庫水位頻繁變動(dòng)的情況下，易誘發(fā)流土和滑坡，應(yīng)充分做好大壩坡面砌護(hù)、放緩壩坡及壩后綜合排水等工作。

（2）對(duì)均質(zhì)粘土壩而言，其大壩填筑土體的滲流及滲透穩(wěn)定問題一般都能夠滿足規(guī)范要求。對(duì)于壩體浸潤(rùn)線偏高或壩腳出現(xiàn)滲漏明流的問題，應(yīng)該重點(diǎn)分析壩肩繞滲、壩基滲漏及過壩、穿壩建筑物這些可能的主要因素，從而盡量地增加大壩除險(xiǎn)加固工作的針對(duì)性和有效性。

（3）據(jù)以往粘土壩劈裂灌漿實(shí)踐，經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)漿液容重達(dá)1.4t／m3才可滿足灌漿相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到1.45t／m3時(shí)漿液流動(dòng)性較差，施工困難，且漿液的充填及擴(kuò)散作用較差，影響灌漿效果。

壩內(nèi)粘土漿液析水固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)。1年后探井檢查時(shí)漿脈仍處于軟塑態(tài)，若等到泥漿完全固結(jié)則時(shí)間更長(zhǎng)。為縮短漿液析水固結(jié)時(shí)間，經(jīng)試驗(yàn)，灌漿時(shí)可加6%～10%的水泥，但須注意施工工藝。泥漿制作時(shí)加入水泥，漿液容重不能提高，若強(qiáng)制提高漿液容重，則漿液會(huì)呈“涼粉狀”，造成施工困難，且會(huì)大減土料的灌入量。經(jīng)摸索，可用純粘土漿與純水泥漿交替施灌，可有效保證灌漿質(zhì)量和效果。陜西水利