黃耀強(qiáng)

（九江市柴桑區(qū)水利事務(wù)中心,江西 九江 332100）

0 引言

水庫(kù)防滲加固的質(zhì)量直接關(guān)系到大壩的安全運(yùn)行和生命周期［1］。通過防滲加固解決土石滲漏問題是普遍方法,但是如何選擇經(jīng)濟(jì)、安全且適用的防滲加固方案是復(fù)雜的系統(tǒng)問題。本文通過設(shè)計(jì)馬頭水庫(kù)壩體防滲加固方案,全面梳理了制定防滲措施的步驟和方法值得參考和進(jìn)一步深入研究。

1 工程概況

馬頭水庫(kù)位于江西九江,主壩為土石混合壩,壩體主要為粉質(zhì)粘土,表層為碎石土,壩軸線處沖抓套井回填粘土心墻處理。壩址以上控制流域面積32.9 km2,水庫(kù)正常蓄水位94.40 m,總庫(kù)容1469.2×104m3,設(shè)計(jì)灌溉面積2.5 萬畝,是一座以灌溉、防洪、供水為主的重點(diǎn)中型水利樞紐工程。由于建設(shè)年代久遠(yuǎn),目前主要存在壩基、壩肩滲漏,壩體填土質(zhì)量不滿足要求,排水反濾設(shè)施局部踏坑,排水棱體淤堵失效等問題。

2 滲流評(píng)價(jià)

根據(jù)主壩的現(xiàn)場(chǎng)安全檢查結(jié)果,結(jié)合壩體和壩基的地質(zhì)情況及地質(zhì)勘察成果,滲流計(jì)算選取的計(jì)算斷面為0+100斷面。見圖1。

圖1 滲流計(jì)算斷面

2.1 滲流安全評(píng)價(jià)

2.1.1計(jì)算工況

按照水庫(kù)運(yùn)行的最不利條件考慮土壩滲流工況,結(jié)合工程實(shí)際,選擇以下水位組合：

（1）上游正常蓄水位與下游相應(yīng)水位；

（2）上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)水位；

（3）上游校核洪水位與下游相應(yīng)水位。

2.1.2計(jì)算結(jié)果各工況的計(jì)算流網(wǎng)見圖2~圖4,計(jì)算成果見表1。

表1 主壩穩(wěn)定滲流計(jì)算值及滲流量表

圖2 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期流網(wǎng)圖

圖3 設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期流網(wǎng)圖

圖4 校核洪水位穩(wěn)定滲流期流網(wǎng)圖

2.1.3滲流分析結(jié)論

通過對(duì)馬頭水庫(kù)主壩的滲流觀測(cè)資料分析和滲流場(chǎng)有限元計(jì)算,得出主要結(jié)論如下：

①主壩壩基覆蓋層砂卵礫石層,具強(qiáng)透水性,存在滲漏問題。

②主壩壩基砂卵石層滲透坡降均超過允許值,高水位下容易發(fā)生滲透破壞。各種工況下,浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)均高于L型排水棱體,滲流量均較大,且現(xiàn)狀暗管排水淤堵失效,排水管下部滲漏量較大,主壩防滲性能不滿足要求。

2.2 壩坡滲流穩(wěn)定分析

計(jì)算工況如下：

a.庫(kù)水位為正常蓄水位94.40 m時(shí)形成穩(wěn)定滲流期的下游坡；

b.庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位97.10 m時(shí)形成穩(wěn)定滲流期的下游坡；

c.正常蓄水位94.40 m驟降至死水位水位78.5 m時(shí)形成非穩(wěn)定滲流期的上游坡。

計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖5~圖7,計(jì)算成果見表2。

圖5 正常蓄水位下游坡最不利滑弧

圖6 設(shè)計(jì)洪水位下游坡最不利滑弧

圖7 校核洪水位下游坡最不利滑弧

表2 現(xiàn)狀壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

由計(jì)算表可知,正常蓄水位穩(wěn)定滲流期工況時(shí)下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求,其他工況壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均無法達(dá)到要求。

3 防滲加固方案

考慮到大壩上游坡現(xiàn)有護(hù)坡、壩頂上游側(cè)建有砼防浪墻及上游坡水位驟降時(shí)上游壩坡穩(wěn)定,加固僅考慮砼心墻防滲方案。初步擬定加設(shè)砼心墻與高壓旋噴心墻防滲處理措施進(jìn)行比較。

3.1 砼心墻方案

3.1.1防滲范圍

根據(jù)地勘資料及滲流穩(wěn)定計(jì)算成果,須對(duì)大壩壩身全部進(jìn)行防滲處理。為滿足施工平臺(tái)寬度要求,設(shè)計(jì)防滲墻頂高程97 m,墻頂高程以上采用粘土填筑,墻底伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖1.0 m,墻身最大高度為27.22 m。墻底下基巖采用水泥帷幕灌漿處理,伸入相對(duì)不透水層（q≤10 Lu）5 m。帷幕灌漿單排布置,孔距2.0 m。

3.1.2墻體材料及防滲墻厚度

防滲墻體材料為C20 混凝土,要求K≤1×10-6cm/s,抗?jié)B標(biāo)號(hào)不小于W6,允許滲透坡降小于60。根據(jù)地層條件和上下游作用水頭,結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn),選取墻厚50 m。根據(jù)滲流計(jì)算,防滲墻滲透坡降Jmax=55＜［J］=60,可知墻厚滿足要求。

3.1.3混凝土防滲墻施工工藝選擇

施工工藝受限于防滲墻的適用條件、成墻原理和成墻質(zhì)量、施工成本等。馬頭水庫(kù)大壩防滲墻最大墻深為27.22 m,墻體厚度為50 cm,根據(jù)目前國(guó)內(nèi)成墻工藝和我省類似工程的經(jīng)驗(yàn),較常采用的成墻工藝有兩鉆一抓、液壓抓斗、沖擊鉆三種,各工藝方案的主要技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表3。

表3 防滲墻施工工藝比較表

由表3可知,兩鉆一抓工藝既綜合了液壓抓斗及沖擊鉆的優(yōu)點(diǎn),又克服了液壓抓斗的缺點(diǎn),造價(jià)適中,從安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),推薦采用兩鉆一抓造砼防滲墻方案。

3.2 高噴心墻方案

鑒于本工程高土石壩特點(diǎn),采用單排旋噴套接形式,防滲墻頂高程99.0 m,墻底伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖1.0 m,墻身最大高度為31.22 m。墻底下基巖采用水泥帷幕灌漿處理,伸入相對(duì)不透水層（q≤10 Lu）5 m。帷幕灌漿單排布置,孔距2.0 m。

3.2.1墻體材料及防滲墻厚度

高壓旋噴材料使用黏土水泥漿,通常要求滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s,允許滲透坡降小于50。根據(jù)地層條件、上下游作用水頭、噴嘴直徑和高噴方式,結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn),墻厚選取為60 cm。根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果,最大滲透坡降Jmax=37.5＜［J］=50,墻厚滿足要求。

3.2.2主要技術(shù)參數(shù)

灌漿材料水泥選用抗侵蝕性,提高防滲墻的耐久性,水泥細(xì)度應(yīng)保證比表面積不小于2400 cm2/g,粘土與水泥重量比為1∶1,水灰比小于1∶1,旋噴施工技術(shù)參數(shù)為輸漿壓力10 MPa~25 MPa,輸漿率50 L/min~200 L/min,氣壓0.7 MPa~1.2 MPa,輸氣量1 L/min~3 L/min,壩體內(nèi)提升速度為5 cm/min~10 cm/min,孔斜率≤1%,孔位偏差小于1 cm~2 cm,鉆孔應(yīng)深入壩基泥灰?guī)r層1.0 m。

3.3 方案確定

兩方案計(jì)算比選見表4。

表4 主壩防滲方案比較表

兩鉆一抓造砼心墻方案造價(jià)較低,且可結(jié)合主壩加高培厚,滿足施工平臺(tái)寬度要求,從安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),結(jié)合水庫(kù)的工程地質(zhì)條件,設(shè)計(jì)推薦主壩采用兩鉆一抓造砼防滲墻進(jìn)行壩體防滲處理。

4 結(jié)論

緊扣設(shè)計(jì)方案的主要優(yōu)缺點(diǎn)和工程造價(jià),結(jié)合工程現(xiàn)狀最終確定適宜的防滲加固方案。工程加固后經(jīng)多年運(yùn)行,未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,證明設(shè)計(jì)方案較好地解決了壩體病害,且施工簡(jiǎn)單,效果良好,設(shè)計(jì)思路和方法值得推廣。