楊 奎

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院惠州分院，浙江 惠州 516000)

1 工程概況

惠東縣平山街道上屋仔水庫(kù)位于惠東縣平山街道東南部，距縣城約5km，屬于西枝江水系。上屋仔水庫(kù)壩址以上集雨面積0.93km2，干流長(zhǎng)度1.74km，河流坡降I=0.094。上屋仔水庫(kù)樞紐工程由主壩、溢洪道、輸水涵管各一座組成，水庫(kù)總庫(kù)容為83萬(wàn)m3，正常庫(kù)容58萬(wàn)m3，有效庫(kù)容為41萬(wàn)m3，死庫(kù)容17萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按20a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)按200a一遇。

上屋仔水庫(kù)始建于1958年，施工質(zhì)量較差，又于1976年擴(kuò)建水庫(kù)，培厚主壩后坡，1979年特大洪水時(shí)，主壩被沖毀，1980年修復(fù)，上屋仔水庫(kù)在2002年3月1日進(jìn)行加固建設(shè)。上屋仔水庫(kù)建庫(kù)時(shí)，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量較差，筑壩前未進(jìn)行過(guò)地質(zhì)勘察工作，壩基工程地質(zhì)條件未查明，壩身填筑質(zhì)量差，工程可能存在著安全隱患。

2 水庫(kù)滲漏現(xiàn)狀分析

2.1 水文地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)測(cè)繪，壩址區(qū)的地表水體主要為河水，分布較廣泛。地下水類(lèi)型主要以基巖裂隙水為主。基巖裂隙水主要以塊狀巖類(lèi)裂隙水為主，主要分布在強(qiáng)、弱風(fēng)化巖帶中，由地表水補(bǔ)給，水量較為豐富。壩體地下水埋深9.40(BZK1)，穩(wěn)定水位相對(duì)應(yīng)高程35.29m?？碧綍r(shí)庫(kù)水位約40.00m，主壩體地下水位略低于庫(kù)水位約3.0-4.0m，可見(jiàn)地下水主要受庫(kù)水的補(bǔ)給，向下游排泄，有產(chǎn)生繞壩滲漏的可能性，但大壩運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)繞壩滲漏現(xiàn)象。

2.2 壩基、壩肩滲透

壩基由粉質(zhì)黏土及全-強(qiáng)風(fēng)化基巖帶組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)成果，上段粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)K值為9.77×10-6cm/s，屬微透水；下段粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)K值為6.70×10-5cm/s，屬弱透水；凝灰?guī)r全風(fēng)化帶滲透系數(shù)K值為7.71×10-5cm/s，屬弱透水層；壩基滲漏問(wèn)題不突出。兩岸壩肩覆蓋凝灰?guī)r殘坡積土及風(fēng)化土，山體雄厚，壩首未發(fā)現(xiàn)低于水庫(kù)正常蓄水位的埡口和鄰谷，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)通往鄰谷的構(gòu)造斷裂帶，故壩肩滲漏問(wèn)題不突出[1]。

2.3 壩體滲漏

壩體由粉質(zhì)黏土填筑而成，局部含少量碎塊、砂，均勻性較差，滲透系數(shù)K值平均值為4.75×10-4cm/s，屬中等透水性，壩體填筑土抗?jié)B性能不滿(mǎn)足滲透系數(shù)<1×10-4cm/s的要求，建議對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理及大壩在原有基礎(chǔ)上加寬[2]。

2.4 壩基及壩肩滲漏

壩基由粉質(zhì)黏土及全-強(qiáng)風(fēng)化基巖帶組成。填土與原土接觸緊密，防滲效果比較好，無(wú)接觸帶滲漏。兩岸壩肩覆蓋凝灰?guī)r殘坡積土及全風(fēng)化土，山體較雄厚，抗?jié)B透的能力較強(qiáng)，未發(fā)現(xiàn)繞壩滲漏現(xiàn)象[4]。

2.5 壩基穩(wěn)定性及滲透變形

壩基由粉質(zhì)黏土全-強(qiáng)風(fēng)化基巖帶組成，屬于良好地基土。根據(jù)運(yùn)行五十余年情況及工程地質(zhì)條件綜合分析，不存在壩基深層滑動(dòng)問(wèn)題。壩基容易產(chǎn)生滲透變形的土層為質(zhì)黏土及全風(fēng)化帶，其滲透變類(lèi)型為流土型，建議設(shè)計(jì)上對(duì)壩基進(jìn)行滲透穩(wěn)定性復(fù)核[5]。

2.6 溢洪道

溢洪道位于大壩右岸，由山體開(kāi)挖形成，兩側(cè)有擋土墻，底板為混凝土護(hù)面，目前沒(méi)有崩塌、滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。溢洪道地基持力層粉質(zhì)黏土，底板為混凝土面，抗沖刷能力強(qiáng)。

3 防滲處理設(shè)計(jì)庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

3.1 做好前期準(zhǔn)備及勘察工作

在上屋仔水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施之前，防滲處理設(shè)計(jì)的應(yīng)用需做好前期準(zhǔn)備與勘察工作，為工程有序開(kāi)展提供支持[6]。做好當(dāng)?shù)厮?、水質(zhì)等具體情況及資料的勘察與準(zhǔn)備，加強(qiáng)對(duì)土壤含水率、滲透系數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)的了解，獲取灌溉地形圖等相關(guān)圖紙與信息。

3.2 灌漿技術(shù)施工設(shè)計(jì)

1)臺(tái)階布置。將施工平臺(tái)搭設(shè)在進(jìn)水口，選擇0.5的混凝土蓋板。灌漿技術(shù)在應(yīng)用中，施工需與該部位混凝土澆筑同時(shí)結(jié)束，所以0.5m厚貼坡混凝土難以提前形成。通過(guò)設(shè)置臺(tái)階式灌漿平臺(tái)，能確保混凝土澆筑的可靠性。臺(tái)階寬、高及最大混凝土蓋分別為3.2m、15m、10m[7]。

2)水泥漿制漿站。為確保工期，避免對(duì)施工產(chǎn)生影響，采取集中制漿的方法。將制漿站設(shè)置在工程上游圍堰右側(cè)，確定制漿站的面積與水泥存儲(chǔ)量分別為15m×10m、180t以上。

3)排污設(shè)計(jì)。在綠色發(fā)展理念下，本次除險(xiǎn)加固工程遵循綠色施工理念，要做好污水排放設(shè)計(jì)工作。塔體混凝土預(yù)埋Φ219排污管，并將二次回填槽預(yù)留在管口。確定預(yù)留槽尺寸為60cm×60cm×60cm。利用排污管道，將處理后的污水排放到設(shè)計(jì)好的地方。

3.3 大壩防滲灌漿要點(diǎn)

3.3.1 壩體部分

塑性指數(shù)：規(guī)程要求塑性指數(shù)7-17，塑性指數(shù)在12.0-14.0范圍內(nèi)，平均值為13.0，滿(mǎn)足規(guī)范7-17的要求。壩體由粉質(zhì)黏土填筑而成，局部含少量碎塊、砂，均勻性差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，壩體填筑土現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K值為1.73×10-4×10-4cm/s，滲透系數(shù)K值平均值為4.75×10-4cm/s，屬中等透水性。根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL189-2013)均質(zhì)壩防滲土料滲透系數(shù)要求，壩體填筑土抗?jié)B性能不滿(mǎn)足滲透系數(shù)<1×10-4cm/s的要求，建議對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理。

3.3.2 壩基與壩肩部分

根據(jù)地勘資料，大壩的壩基由粉質(zhì)黏土及全-強(qiáng)風(fēng)化基巖帶組成。壩基滲漏問(wèn)題不突出。兩岸壩肩覆蓋凝灰?guī)r殘坡積土及風(fēng)化土，山體雄厚，壩首未發(fā)現(xiàn)低于水庫(kù)正常蓄水位的埡口和鄰谷，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)通往鄰谷的構(gòu)造斷裂帶，故壩肩滲漏問(wèn)題不突出。防滲起點(diǎn)是B0+000，截止樁號(hào)為B0+258處，共計(jì)防滲長(zhǎng)度258m[8]。

3.4 壩址區(qū)邊坡開(kāi)挖坡比建議

大壩壩體各部位透水性不均勻，總體呈中等透水狀態(tài)。從標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)及天然孔隙比看，大壩填土不均勻，主要呈稍實(shí)狀態(tài)，密實(shí)度欠佳。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，考慮到地下水、主要軟弱結(jié)構(gòu)面及初始應(yīng)力狀態(tài)的影響，基于安全考慮提出邊坡開(kāi)挖坡比建議值見(jiàn)表1。

表1 壩址區(qū)邊坡開(kāi)挖坡比建議值表

3.5 設(shè)計(jì)方案

3.5.1 方案一：壩體劈裂灌漿

用一定的灌漿壓力，將壩體平行壩軸線(xiàn)鉆孔兩排，同時(shí)灌注合適的泥漿，進(jìn)行控制性劈裂灌漿，形成鉛直連續(xù)的防滲帷幕。

3.5.2 方案二：高壓擺噴灌漿

高壓噴射水、氣或漿切割地層，灌注水泥漿，切割和置換土層部分細(xì)粒土，形成墻體。高壓擺噴采用三重管法施工，折角20°，擺角20°，擺噴折接，孔距1.5m[9]。

3.5.3 方案三：混凝土防滲墻

采用液壓抓斗成槽或沖擊鉆成槽，澆筑塑性混凝土，形成的連續(xù)密實(shí)的墻體。首先需平整場(chǎng)地、鋪設(shè)枕木、架鋼軌、修導(dǎo)向槽；鉆孔成槽并澆筑混凝土；相鄰槽段連接，常用于大型工程。三種方案的比選見(jiàn)表2。

表2 大壩防滲處理方案比選

從表2中可以看出，采用劈裂灌漿優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，施工速度快，造價(jià)較低，但其耐久性稍差，防滲墻厚度較??；采用塑性混凝土防滲墻加固施工質(zhì)量容易保證，防滲效果好，耐久性好，但考慮到現(xiàn)狀壩頂寬度不夠，而塑性混凝土防滲墻施工要求作業(yè)面大(13m以上，需降低壩頂高度2.5m)，造價(jià)較高，速度較慢[10]。

綜上所述，本次水庫(kù)大壩的防滲處理采用設(shè)備簡(jiǎn)單，施工速度快，固結(jié)強(qiáng)度大、防滲可靠性高的高壓擺噴灌漿方案對(duì)大壩進(jìn)行防滲加固。

4 結(jié) 語(yǔ)

防滲處理設(shè)計(jì)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中發(fā)揮著重要作用，能有效提升水庫(kù)安全性與可靠性。在具體設(shè)計(jì)運(yùn)用中需做好前期準(zhǔn)備工作，并做好壩體部分、壩基部分的處理，同時(shí)也要對(duì)三種灌漿方案進(jìn)行對(duì)比，最終確定法可靠合理的灌漿方案，為水庫(kù)除險(xiǎn)加固提供幫助。未來(lái)，對(duì)于水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工依然是重點(diǎn)，防滲處理設(shè)計(jì)是人們關(guān)注的重點(diǎn)，需不斷做好細(xì)節(jié)控制，確保施工質(zhì)量。