李亞文，常萬軍，吳允政，都興洋

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春130021）

1 工程概況

東江源水庫大壩位于湘江支流祁水上游，湖南省祁陽縣潘市鎮(zhèn)曾家岐村境內(nèi)，距縣城35km。東江源水庫工程是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程，主要有大壩、溢洪道、輸水涵洞等建筑物組成。正常蓄水位118.9m，校核洪水位121.04m，總庫容174.98×104m3。

大壩為粘土心墻壩，壩頂高程124.60m，最大壩高32.00m，壩頂軸線長125.00m，壩頂寬3.6m。

2 大壩存在的問題

東江源水庫大壩于1963年3月動工修建，1965年9月竣工。由當(dāng)?shù)卮迕裢练ㄌ钪?，?dāng)時只注重工程進(jìn)度，填筑土質(zhì)沒有按照設(shè)計(jì)要求，填筑質(zhì)量差，夯實(shí)不實(shí)。根據(jù)地質(zhì)勘探成果，大壩壩體穩(wěn)定滲流及非穩(wěn)定滲流最大滲透坡降值，均大于規(guī)范容許滲透坡降值，且心墻下游側(cè)無反濾層保護(hù)?，F(xiàn)大壩壩頂沉陷異常、裂縫顯著。

《東江源水庫大壩安全評價報告》所述東江源水庫大壩存在的主要問題：壩體、壩基滲漏嚴(yán)重，壩體內(nèi)部存在發(fā)生滲透破環(huán)的可能性；壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

3 大壩加固設(shè)計(jì)

3.1 加固設(shè)計(jì)方案

3.1.1 方案擬定

根據(jù)大壩存在的問題及安全鑒定專家意見，針對大壩壩基滲漏、壩身滲漏問題，擬定了三個加固處理方案：

方案一：基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體沖抓套井回填粘土和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案。在上游110.40m高程馬道上，采用沖抓套井回填法構(gòu)筑粘土垂直防滲墻，墻底緣抵壩基巖面，下接帷幕灌漿，帷幕灌漿底緣深入基巖相對不透水層中3~5m；另外從110.40m馬道沖抓回填防滲墻兩端起，分別沿左右壩坡與山坡相交處設(shè)置混凝土截水槽，再沿該截水槽布置帷幕灌漿孔直至壩頂，并按大壩滲透剖面圖將帷幕灌漿線往壩頂左右端延伸至水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處。上游壩坡從110.40m至壩頂高程鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層，從死水位93.00m至103.00高程用拋石培厚，從103.00m至壩頂高程124.60m進(jìn)行混凝土預(yù)制六角板護(hù)坡；下游用草皮護(hù)坡，新修排水溝、上壩人行階梯，修復(fù)堆石棱體塌陷部位，并整平坡面。

方案二：基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體高壓擺噴灌漿和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案。大壩防滲體系由上游110.40m高程馬道形成的高壓擺噴灌漿防滲墻、基礎(chǔ)帷幕灌漿以及壩坡面鋪設(shè)的復(fù)合土工膜組成。上、下游壩坡的加固方式同方案一。

方案三：基礎(chǔ)帷幕灌漿和壩體高壓擺噴灌漿結(jié)合方案。大壩防滲體系由壩頂形成的高壓擺噴灌漿防滲墻、基礎(chǔ)帷幕灌漿組成。上、下游壩坡的加固方式同方案一。

3.1.2 方案選定

對以上三種方案從投資、防滲效果、以往的施工經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行綜合比較，方案一投資最少，防滲效果較好，施工難度不大，可以利用當(dāng)?shù)夭牧?。因此推薦方案一作為大壩除險加固設(shè)計(jì)方案，即基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體沖抓套井回填粘土和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案。

3.2 沖抓套井回填設(shè)計(jì)

3.2.1 回填土料的要求

回填土料采用粘土，要求粘粒平均含量不小于50%，滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s，含水量控制在塑限附近，干容重γd≥15.5kN/m3，干容重和含水量均要通過現(xiàn)場試驗(yàn)，控制在設(shè)計(jì)要求范圍以內(nèi)。

3.2.2 鉆孔平面布置

沖抓回填套井鉆孔布置在大壩上游高程110.40cm馬道上，鉆孔軸線距馬道內(nèi)側(cè)1m，套井防滲墻在平面上按主、套井相間布置，一主一套相接連成井墻，套井為整圓，主井被套井切割，呈對稱蝕圓。

3.2.3 孔距和有效厚度確定

孔距的確定，要求用最小的工程量得到最大的防滲厚度，大壩防滲墻由單排井孔構(gòu)成，井孔直徑110cm。孔距計(jì)算如下：

孔距（主井與套井中心距）L=2Rcosα，其中α為主、套井最優(yōu)切割角度，α=450；R為井孔半徑，即R=0.55m，則計(jì)算得L=0.78cm。

防滲墻的有效厚度計(jì)算公式為T=2Rsinα，則得T=0.78m。

3.2.4 孔深確定

沖抓套井回填頂部高程為109.40m，109.40m以上采用1m混凝土回填。鉆孔深度應(yīng)深入壩基巖面，兩岸嵌入岸坡弱風(fēng)化基巖。

3.3 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

大壩壩基及壩肩存在較嚴(yán)重的滲漏，設(shè)計(jì)采用帷幕灌漿作為壩基防滲加固處理措施。壩基灌漿孔順沖抓套井回填孔軸線布置，左右兩側(cè)沿截水槽布置帷幕灌漿孔直至壩頂，并按大壩滲透剖面圖將帷幕灌漿線往壩頂左右端延伸至水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處。帷幕灌漿孔采用單排孔，孔距2m，帷幕底緣深入基巖相對不透水層中3~5m，防滲控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.1 L/(min.m.m)。在壩身處鉆孔時必須下套管，采用循環(huán)式自上而下分段灌漿。

灌漿材料必須是新鮮的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級不低于32.5MPa，對水泥的供給采用邊用邊進(jìn)的原則，以保障水泥不過長時間在工地積放。灌漿應(yīng)遵循分序加密的原則，帷幕孔分兩序進(jìn)行，單數(shù)孔號為一序，雙孔號為二序，同序孔距4m，最終孔距2m。當(dāng)巖段小于6m時，采用全孔一次灌漿法，大于6m或在漏水嚴(yán)重地段應(yīng)采取自上而下的方法灌漿，以提高灌漿質(zhì)量。

3.4 上游壩坡加固設(shè)計(jì)

上游壩坡考慮穩(wěn)定要求，在93.00~103.00m高程間采用拋石培厚，103.00~110.40m高程間采用壩殼土培厚，在壩殼土及拋石間用砂礫石和碎石層進(jìn)行過渡，砂礫石、碎石層厚度均為15cm。

3.4.1 大壩上游壩面復(fù)合土工膜防滲設(shè)計(jì)

該工程選用復(fù)合土工膜，型式為兩層無紡?fù)凉た椢飱A一層聚乙烯膜，土工膜厚度為0.6mm。從壩體上游一級馬道（高程110.40m）到壩頂（高程124.60m）為復(fù)合土工膜鋪設(shè)范圍，與山體連接處壓入混凝土截水槽中，使之與沖抓套井回填粘土防滲墻和帷幕灌漿組成壩體封閉、連續(xù)的防滲體系。

復(fù)合土工膜下設(shè)砂礫石支持層，厚15cm，土工膜上為正六邊形C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，厚0.12m，邊長0.3m。為防止土工膜滑動，在垂直壩坡方向設(shè)置一定數(shù)量的防滑槽，防滑槽深度20 cm，底部寬度20cm，邊坡均為1∶0.5，防滑槽內(nèi)先鋪細(xì)砂再鋪設(shè)土工膜，上部壓C15混凝土，土工膜周邊處理也要求堅(jiān)固牢靠，內(nèi)坡與壩端山體接觸處開挖溝槽，形成防滑槽，土工膜向兩邊山體延伸2.0m，末端用現(xiàn)澆C15混凝土固定，混凝土現(xiàn)澆帶高65cm，寬20cm。

3.4.2 上游混凝土護(hù)坡厚度計(jì)算

這次設(shè)計(jì)對上游壩坡進(jìn)行混凝土塊護(hù)坡，現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制混凝土護(hù)坡相比較，現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡單價高，不易施工、易開裂，所以本次設(shè)計(jì)采用預(yù)制混凝土塊護(hù)坡。

混凝土塊采用正六邊形，邊長為0.3m。根據(jù)規(guī)范，計(jì)算混凝土塊護(hù)坡厚度公式：

式中：η——系數(shù)，對預(yù)制裝配式護(hù)面板取1.1；ρc——預(yù)制混凝土板的密度，取2.4t/m3；hp——累積頻率為1%的波高0.738m；Lm——平均波長，按莆田公式計(jì)算為9.3m；b——沿壩坡方向混凝土塊邊長，為0.52m。

經(jīng)過計(jì)算得大壩得護(hù)坡厚度t＝0.12m，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，大壩護(hù)坡厚度取為12cm。

上游壩坡預(yù)制混凝土塊護(hù)坡范圍為高程103.00～124.60m。

3.5 下游壩坡加固設(shè)計(jì)

下游壩坡取消118.00m、108.00m、104.50m高程馬道，回填壩殼料將113.00m馬道至壩頂高程124.60m壩坡調(diào)整為1∶2.0，用草皮護(hù)坡，將99.00m馬道至113.00m高程馬道壩坡調(diào)整為1∶2.3；在馬道上設(shè)置40cm×40cm矩形排水溝，以完善壩面排水系統(tǒng)；修復(fù)堆石棱體塌陷部位，并整平坡面。

3.6 壩頂混凝土路面硬化

東江源水庫壩頂沉陷、裂縫，這次設(shè)計(jì)對其進(jìn)行混凝土硬化，壩頂土層普遍清除30cm厚，整平壩頂，使其表面密實(shí)平整，設(shè)一層15cm厚的碎石墊層，再在細(xì)碎石墊層上現(xiàn)澆一層厚度為20cm的C20混凝土。

4 結(jié) 語

東江源水庫大壩位于湖南省祁陽縣潘市鎮(zhèn)曾家岐村境內(nèi)，沒有公路通壩址，交通很不方便，采用基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體沖抓套井回填粘土和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案，可充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，減少工程投資，滿足大壩滲透穩(wěn)定、邊坡穩(wěn)定要求。