劉小毛 歐陽熙明

摘 要：文章以某水壩為例，結合多年實踐經驗，針對水壩滲漏情況及其原因進行討論分析，提出大壩防滲加固相關建議，并從防滲方案的選定、防滲材料及防滲墻厚度的確定、施工工藝的經濟技術指標分析、施工中對防滲墻進行應力應變觀測等方面展開討論，尤其強調了壩基及壩肩的防滲加固措施。

關鍵詞：水庫大壩；防滲設計；方案選擇；施工工藝；施工觀測

1 實例工程介紹

某水庫上方有27.6平方千米集雨區(qū)，主河長15.4千米，屬山區(qū)河流，河道狹窄，河水流速大，扇形流域，呈不對稱分布，左岸比較陡峭，右岸相對平坦，河道的加權平均坡降為1.95%，流域內的森林及草木覆蓋率高于百分之九十，流域內水災發(fā)生次數(shù)很多，多為暴雨引起山洪所致，抗災形式較為嚴重。

2 滲漏情況及原因分析

2.1 壩體填筑質量差

該大壩屬黏土均質壩，使用坡積層黏土進行填筑，多數(shù)部位使用低液限黏土填筑，少數(shù)部位采用高液限黏土填筑。由于黏土顆粒大小分布不均勻，從而導致土壤孔隙比、液性指數(shù)偏大，干容重較低，填筑不夠密實。經檢測，壩體的滲透系數(shù)為1.3×10-4至3.6×10-4cm/s，遠遠超過壩體防滲土料所規(guī)定的最大滲透系數(shù)1×10-4cm/s的標準，從而導致汛期水位高時出現(xiàn)大面積散浸情況。

2.2 排水棱體失效

排水棱體采用白云巖塊石堆砌而成，使用碎石和砂作為濾料構成過濾層。由于排水棱體體積較小，在常年使用過程中排水功能逐漸減弱，使得浸潤線上升，從而導致壩坡發(fā)生濕潤、散浸現(xiàn)象。經測量，散浸匯集總量達50mL/s。

2.3 壩基、壩肩用料材質不過關

2.3.1 構成壩基的巖石風化嚴重。通過實地勘測，壩址區(qū)存在6個較大規(guī)模風化洞穴，位置多在壩軸線下游，從暴露出來的基巖看，洞穴多為蜂窩狀空洞。壩基構筑石材為白云巖。其色淺灰，層狀結構，巖層厚度較大，晶粒多為粗晶、中晶。巖體風化程度嚴重，已有破碎現(xiàn)象發(fā)生。經檢測，強中風化層的下限約5到10米。進行壓水試驗檢測，基巖頂部5到10米范圍內，壩段透水率為23.5到72.1呂榮，基巖頂面10米以下透水率為9.8到11.6呂榮。壓水試驗結果表明，壩基、基巖表層巖石風化情況較為嚴重，透水性強，其下部巖石大體保持完整，透水性弱。

2.3.2 巖體中存有軟弱夾層帶。在兩岸地層層面處的長石砂巖中發(fā)現(xiàn)薄餅狀泥巖，構成巖體重點軟弱夾層帶。

2.3.3 壩肩構筑土壤土質有缺陷。壩肩中發(fā)現(xiàn)鈣化黃土狀土壤與半膠結細砂，這種土壤易遭受滲漏破壞，不適合直接用作壩肩基礎。

2.4 壩體填土土質不合格

砂、低液限黏土、含砂、低液限粉土以及粉土質砂共同組成了大壩填筑土，土壤種類復雜導致土質均一性差。特別是含砂、低液限粉土和粉土質砂的滲透系數(shù)平均值分別為2.33×10-4cm/s和7.67×10-4cm/s，超出規(guī)定范圍，易受滲漏破壞。

3 工程除險加固的必要性

該水庫為中型水庫，承擔當?shù)毓喔取⒎篮?、發(fā)電以及養(yǎng)殖等職能。正式運行以來，水庫始終未能正常工作，大壩壩基、壩體、壩肩滲漏等質量問題層出不窮。為保障運行安全，水庫始終保持低水位運行狀態(tài)。為解除安全隱患，充分發(fā)揮水庫作用，需要對其除險加固，以滿足下游灌溉需要，并為水庫今后健康運行發(fā)展夯實基礎。

4 防滲加固設計

4.1 防滲方案的選取

在進行防滲設計時，提出了兩種壩體防滲加固處理設計方案，進行比較選擇。

方案1：在大壩上游側增設粘土斜墻

方案簡述：在大壩的下游坡高程292.5米處進行削坡處理，坡度改為1：2.5，在大壩的上游側構筑粘土斜墻，建后壩頂寬為6米，斜墻底寬為245米，底部厚度為7米，通過在砂卵石壩基上加設截水槽來增強壩基覆蓋層的防滲漏能力。

方案2：沿壩軸線設混凝土防滲心墻

方案簡述：在大壩的下游坡高程292.5米處進行削坡處理，坡度改為1：2.5，在高程的295米處開辟一條寬1.5米的馬道，用來為上游壩坡整平、護坡。從壩頂開始，沿壩軸線構筑混凝土防滲心墻。為保障壩基覆蓋層不被滲透，防滲墻要深達壩基基巖內一米，貫穿整個壩基砂卵石層。

方案對比情況：如果選擇方案一，由于水庫已經蓄水運行已經很長時間，建設粘土斜墻需要把水庫放空，不僅工作量大，影響面廣，而且施工難度也非常大，需要投入大量資金。所以最終采用方案二，建設混凝土防滲心墻，該技術安全可靠，效果明顯，施工相對獨立，對周邊影響不大，廣泛應用于大壩防滲加固工程中。

4.2 防滲加固設計

4.2.1 墻體材料及防滲墻厚度的確定

使用混凝土作為防滲墻體的材料，要求滲透系數(shù)不能大于1×10-6cm/s，滲透坡降要小于60。根據(jù)周邊與水庫實際情況進行設計，墻體厚度設為50cm，最大滲透坡降為53.476，滿足相關設計要求。按照規(guī)范要求，為保證防滲墻墻頂高程高于校核的洪水位高度，防滲墻墻頂高程設為309.5米，最大墻高約39米，墻體深入基巖內1米。

4.2.2 防滲墻施工工藝的選擇

防滲墻的建筑質量受多種因素影響。要保障其建成質量，施工工藝必須綜合考慮成墻技術的原理、適用條件、質量以及經濟等各方面的因素，實現(xiàn)最優(yōu)化。

4.2.3 防滲墻施工注意事項

（1）做好頂部塑性黏土區(qū)的設置工作。用高塑性粘土在防滲墻頂部填筑厚1米、底寬3.2米的防護層。同時為防止水土流失，從護坡到頂部設置反濾層。高塑性粘土的具體技術要求是：滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s；壓實度大于0.97；干容重大于6.5kN/m；最優(yōu)含水量不能超過+2%。（2）做好施工觀測工作。施工觀測是保障防滲墻施工質量的有效措施。其主要內容是對應力應變進行觀測。具體步驟是：在斷面0+150、1+200樁號處各設置應變計一只，埋設無應力計三只，觀測電纜沿壩坡鋪設并引入位于水庫管理所的觀測房。通過對大壩施工過程中應力應變的監(jiān)測和統(tǒng)計分析，實施科學的工程管理，保障防滲墻的施工安全質量。

4.2.4 壩基及壩肩防滲加固

從之前的勘探結果可以知道，在大壩壩基位置有松散砂卵石層，厚約2米，屬強透水性；壩基淺層基巖為強、弱風化變質砂巖，左、右壩肩經由鉆孔壓水試驗檢測，透水率達10.1到25.9呂榮，屬中等透水性。壩基、壩肩均存在滲漏問題，同時還可能出現(xiàn)繞壩滲漏。

經過防滲加固施工，壩體混凝土防滲心墻從壩頂直接插入壩基巖層，深入基巖1米，完全貫穿壩基砂卵石層，徹底消除了壩基覆蓋層發(fā)生滲漏的可能，壩基基巖經鉆孔壓水試驗檢測，透水率為5.6至7.5呂榮，壩基滲漏的可能性也基消除。同時，通過滲流計算可知大壩上游側在校核洪水位時的最大單寬滲漏量為每天每米3.489噸，按這個最大值計算，那么大壩一年的滲流量就是16.81萬噸，而水庫的總容量是1076萬噸，滲漏量僅占總庫容的1.56%，對大壩正常運行沒有影響，所以不對壩基進行帷幕灌漿處理。

大壩正常運行時，左右壩肩基巖經鉆孔壓水試驗檢測，大部分透水率都小于10呂榮，少部分大于10呂榮。根據(jù)滲透剖面圖可知，基巖透水率小于等于10呂榮，屬相對不透水層。因此，壩肩發(fā)生滲露可能性也不高，左、右壩肩也不做帷幕灌漿處理。

5 結束語

按照上述施工方法，對水庫大壩進行除險加固處理，目前工程已竣工驗收。經過實際勘察，水庫現(xiàn)階段運行正常，壩體狀態(tài)正常，下游未見白蟻且坡面無滲漏現(xiàn)象，各項加固措施功能發(fā)揮正常，本次加固除險處理成功實現(xiàn)既定目標。

參考文獻

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

[2]黃福貴.永順縣松柏水庫大壩防滲加固設計[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，2000（12）.