徐三才

(富邦建設集團有限公司，江西 九江 332400)

1 工程概況

某小(2)型水庫始建于1990年12月，1994年3月竣工投入運行，總庫容為41.54萬m3。該水庫大壩為均質(zhì)壩，壩高31.02m，壩軸線長98.60m，壩頂高程1928.7m，壩頂平均寬3.0m，大壩上游壩坡分別為1∶2、1∶3.6，下游壩坡分別為1∶2、1∶2.7、1∶1.85。外壩腳設有簡易排水棱體，長17.4m，高4.0m，頂寬1.5m，內(nèi)邊坡1∶1，外邊坡 1∶1.85。根據(jù)本次水庫安全鑒定現(xiàn)場檢查，水庫大壩壩面不規(guī)整，凸凹不平，雜草叢生，大壩上游為塊石護坡，經(jīng)庫水掏刷，脫落嚴重，完整性差，下游壩坡為草皮護坡，護坡基本完整，平整性差，大壩右壩肩上游壩坡和壩肩結(jié)合部存在直徑30cm和直徑16cm的漏洞，2018 年9月，水庫所在村委會自籌資金，采用砂對該兩處漏洞進行開挖回填封堵，但未能完全填塞漏洞，此后水庫蓄水位均未超過此處滲漏點，水流從左壩腳下游18.5m處漏出，滲漏量約3L/s。根據(jù)地質(zhì)勘察資料分析，壩土為含碎塊石粉質(zhì)黏土，含礫石量較高，筑壩土料質(zhì)量較好，填筑較密實，但局部存在架空，壩體存在滲漏，壩基地層巖性為粉砂質(zhì)頁巖，受風化和構(gòu)造影響，淺部巖體透水性較強， 鉆孔透水率為14.0-37.0Lu，屬中等透水性，大壩壩體、壩基及壩肩結(jié)合處存在滲漏。文章主要從大壩現(xiàn)狀存在的問題出發(fā)，對現(xiàn)狀大壩進行滲流、滲漏量計算分析，本采取大壩滲漏處理措施，為該水庫除險加固設計施工提供方法和參考依據(jù)。

2 現(xiàn)狀大壩滲流分析

2.1 大壩土料物理力學指標

為查清壩體結(jié)構(gòu)、地基地層情況及壩體土料的物理力學性質(zhì)，在壩址區(qū)布設5個勘探鉆孔，做原位水文地質(zhì)試驗，共完成鉆孔進尺149.9m，注水試驗18段次，壓水試驗9段次，在鉆孔中取原狀土樣10組(其中壩土 8組，壩基全強風化層 2組)，擾動土樣1組。根據(jù)大壩設計斷面圖和壩體取樣試驗結(jié)果，將壩體及壩基分為壩前淤積Ⅰ區(qū)、壩體土料Ⅱ區(qū)、壩基壩基Ⅲ區(qū)、棱體Ⅳ區(qū)，各分區(qū)物理力學指標：壩體土料Ⅱ區(qū)天然容重、干容重、比重采用本次試驗平均值；內(nèi)摩擦角、凝聚力取平均值；滲透系數(shù)采用大壩滲流分析成果，其余各區(qū)根據(jù)地質(zhì)資料及工程類比進行取值。土料各分區(qū)物理力學指標見表1。

表1 壩體各分區(qū)物理力學指標

2.2 現(xiàn)狀大壩的滲流分析

2.2.1 實測資料說明

經(jīng)勘察，大壩為均質(zhì)壩，筑壩土料取自庫區(qū)斜坡上的殘坡積和全強風化巖石，壩體填筑采用人工鋪土夯壓。根據(jù)壩土擾動土樣的擊實試驗成果，原狀土樣的天然干容重平均值與擾動土樣的最大干容重相同，表明壩土碾壓較密實，壩土室內(nèi)試驗土料黏粒含量 28.2%-47.2%，平均 34.66%，滿足規(guī)范要求的15%-40%，且各組土樣試驗指標間離散性較小，表明壩土質(zhì)量較好，但壩土中含碎塊石，局部存在集中現(xiàn)象，含碎塊石集中地段形成滲漏通道，由于下游壩面為塊石護坡，壩面滲漏痕跡不明顯。

棱體設于下游壩腳，高4m，頂寬1.5m，為砂巖、灰?guī)r塊石干砌塊石，由于下游壩面有大量塊石護坡，棱體頂面不清晰，受上部塊石保護，壩面水流對壩面破壞微弱，水流夾帶的泥沙少，棱體的淤堵情況不嚴重，目前滲漏水從棱體腳滲出，表明棱體現(xiàn)狀較好，運行正常。

2.2.2 滲流計算

滲流計算包括不同水位浸潤線和流網(wǎng)計算、滲透比降、滲透穩(wěn)定分析，按有限透水地基上的均質(zhì)土壩分段計算，計算軟件采用北京理正滲流分析軟件，所用方法為有限元法[1]。

根據(jù)壩坡滲漏溢出點情況反算滲透系數(shù)，滲透量按有限透水地基上的均質(zhì)土壩分段計算。大壩分為壩前淤積Ⅰ區(qū)、壩體土料Ⅱ區(qū)、壩基基巖Ⅲ區(qū)、棱體Ⅳ區(qū)。根據(jù)地質(zhì)資料及工程類比假定壩前淤積Ⅰ區(qū)、壩基沖積層Ⅲ區(qū)、壩基石英砂巖Ⅳ區(qū)的滲透系數(shù)，算出壩體土料Ⅱ區(qū)滲透系數(shù)，反復推算，直到計算出的浸潤線出逸點與下游壩坡滲漏溢出點基本吻合。但反算出的滲透系數(shù)值比鉆孔探坑注水、壓水試驗資料偏大， 根據(jù)壩土擾動土樣的擊實試驗成果，原狀土樣的天然干容重平均值與擾動土樣的最大干容重相同，表明壩土碾壓較密實，但壩土中含碎塊石，局部存在集中現(xiàn)象，在碾壓過程中難以碾壓密實，壩土中存在架空現(xiàn)象，含碎塊石集中地段易形成滲漏通道。所有滲透系數(shù)壩土取用鉆孔探坑注水、壓水試驗值，其余各區(qū)采用工程類比值。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》及土料顆粒組成判斷大壩其可能的滲透變形為流土。流土的臨界水力比降計算為：Jcr =(2.671-1)(1-0.429) =0.954。按規(guī)范說明，根據(jù)本工程特點及重要性，確定相應的安全系數(shù)為1.5，求出允許水力坡降[i]，結(jié)合水力坡降計算值Ⅰ，進行滲透穩(wěn)定判別，滲透穩(wěn)定分析見表2。

表2 滲流穩(wěn)定分析成果表

根據(jù)滲透穩(wěn)定計算結(jié)果，大壩壩體在最高水位情況下運行浸潤線在壩面逸出水力坡降計算值Ⅰ=0.20-0.60，在正常水位情況下水力坡降計算值Ⅰ=0.13-0.58，在最底水位情況下水力坡降Ⅰ=0.04-0.25，均小于允許水力坡降 0.636，說明大壩不可能發(fā)生滲透破壞。

圖1 正常蓄水位大壩滲流計算成果圖

2.2.3 壩體滲漏量計算

根據(jù)大壩滲透剖面進行滲漏量計算，計算結(jié)果在正常蓄水位工況下壩體及壩基每晝夜單寬滲漏量合計為1.33m3，大壩壩體、壩基每年滲漏總量為2.36萬m3，占設計總庫容 48.8萬 m3的10.1%[2]。

3 大壩防滲處理設計

根據(jù)大壩滲流分析，大壩不會發(fā)生滲透破壞，但大壩滲漏量較大，若不采取處理措施，將影響大壩安全穩(wěn)定。處理措施為：先把漏洞進口2.5m深，底寬7.5m范圍內(nèi)的軟弱巖體和充填物全部挖除掉，再回填C15混凝土，同時結(jié)合壩體充填灌漿、壩基帷幕灌漿對集中滲漏通道進行封堵，灌漿孔沿壩軸線單排孔直線布置，從里程0+070.000-0+108.000m，孔距為 2.0m。

3.1 壩基及壩肩帷幕灌漿設計

1)灌漿型式及深度：

壩基及壩肩采用懸掛式帷幕灌漿，壩體采用充填式灌漿，壩體充填灌漿深度為水庫正常蓄水位以下至壩基巖體頂界，壩基帷幕灌漿深度為壩基巖體頂界以下至懸掛帷幕底界[3]。

2)灌漿壓力：

壩基接觸帶以下第一段孔口壓力0.15MPa、壩基河槽第二段灌漿孔口壓力0.2MPa， 岸坡及壩肩段灌漿孔口壓力0.15MPa，灌漿段深度每增加 1m 允許增加壓力0.01MPa。灌漿過程中可根據(jù)試驗孔灌漿情況逐步調(diào)整修正。

3)灌漿方式及灌漿方法：

壩基、壩肩帷幕灌漿采用循環(huán)式灌漿法由上往下分段卡塞灌漿，孔距2m，分三序孔施工。施工工藝流程如下：鉆孔→鉆孔沖洗→簡易壓水→灌漿至結(jié)束標準→待凝暫定24h(通過試驗調(diào)整)→鉆原灌漿段壓水→≤10lu→合格，往下段鉆進，不合格復灌→至壓水檢查合格為止→封孔。

4)防滲標準：

土石壩設計規(guī)范規(guī)定三級壩防滲標準透水率5-10Lu，該壩防滲標準為 10Lu，即灌后檢查透水率<10Lu 為合格。

3.2 壩體充填灌漿設計

壩體充填灌漿與壩基帷幕灌漿同一孔，上下兼容，充填灌漿采用分段卡塞，循環(huán)式灌注，下孔口管至正常高水位后，鉆孔變小一徑往下鉆至設計孔深后下灌漿管至段底以上50cm左右，由下至上下套管分段灌注，段長為一般情況為8m，特殊情況5-10m。

壩體充填灌漿配合比采用黏土水泥漿容重控制，容重為 1.2，1.3，1.4，1.5 四級， 水泥用量為黏土用量20%，與壩基接觸段為黏土與水泥比為3∶1。壩基帷幕灌漿為純水泥漿，水灰比為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個等級，平均耗灰量為200kg/m。灌漿材料：選用≥425#普通硅酸鹽水泥，強度等級32.5級，按國家現(xiàn)行標準GB6005-85.80μm 孔篩篩余量<5%。

水庫工程區(qū)附近出露有灰、青灰色灰?guī)r，由灰?guī)r風化而成的殘坡積棕紅色黏土分布較多，根據(jù)取樣試驗成果，壩址區(qū)附近灰?guī)r風化形成的土料室內(nèi)試驗成果為：比重： 2.79，液限61.23，速限40.45，塑性指數(shù)20.78，顆粒組成：>2mm 礫石占1.6%，0.075-2mm 砂粒占14.4%，0.005-0.075mm 粉粒占 33.0%，<0.005mm 黏粒占51.0%，壓縮系數(shù) 0.1MPa-1，滲透系數(shù)3.9×10-8cm/s，飽和固結(jié)快剪 C：48.44，φ：18.99°，室內(nèi)定名為含砂的高液限黏土，可作為灌漿土料使用。

4 結(jié)論及建議

該水庫運行至今多次出現(xiàn)險情，由于資金和技術(shù)的原因，處理均不徹底。本次除險加固中安全鑒定結(jié)論得到大壩滲流不滿足要求，滲漏較嚴重。通過本次除險加固， 從根本上解決大壩滲漏問題，否則，水庫一旦潰壩，將對下于游村莊及農(nóng)田耕地造成不可估量的經(jīng)濟損失。除險加固于2020年11月完工，現(xiàn)狀運行良好。