倪樂峰

(新余市渝水區(qū)水利局，江西 新余 338000)

1 工程概況

龍門口水庫位于新余市渝水區(qū)南安鄉(xiāng)豐洲村委洲上村境內(nèi)，距新余市區(qū)45 km，是一座以灌溉、供水為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利工程。水庫壩址坐落于袁河主要支流南安江上游，壩址以上集雨面積13.9 km2。水庫正常蓄水位80.6 m(黃海高程，下同)，設(shè)計洪水位(P=2%)81.59 m(本次，下同)，校核洪水位(P=0.1%)82.31 m，水庫總庫容1391萬m3。水庫設(shè)計灌溉面積0.16萬hm2(實(shí)際最大灌溉面積0.14萬hm2)，供水規(guī)模5000 m3/d。

龍門口水庫大壩原為均質(zhì)土壩，2007—2008年 除險加固對右側(cè)主河床壩段壩體實(shí)施了長200 m的混凝土防滲墻防滲加固，左壩段現(xiàn)狀仍為均質(zhì)土壩。壩體防滲系統(tǒng)主要存在如下問題：

(1)大壩清基不徹底，殘留有2.0～2.5 m厚的第四系砂卵石層，具強(qiáng)透水性，貫穿壩基上、下游，壩基存在淺層滲漏及滲透穩(wěn)定問題，壩基基巖局部具中等透水性，存在壩基滲透隱患。

(2)壩體土主要由低液限黏土和粉土組成，局部夾粉土質(zhì)砂和風(fēng)化巖塊，分布不均勻，干密度偏低，孔隙比偏大，填筑質(zhì)量差，壩體土的滲透系數(shù)>1× 10-4cm/s，不滿足規(guī)范對均質(zhì)土壩的防滲要求。

(3)右側(cè)主河床壩段壩體設(shè)有混凝土防滲墻防滲，防滲墻截斷壩基砂卵石層，但下伏基巖無有效防滲措施；左壩段仍為均質(zhì)土壩，壩基、壩體均無有效防滲措施。大壩未能形成完整的防滲體系。

(4)老壩下涵管附近以左壩腳附近常年有一處約200 m2的沼澤地呈帶狀分布。2019年7月7—16日，溢洪道最高水位80.95 m，老壩下涵管附近及其左側(cè)壩段長約200 m范圍壩坡腳出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

(5)大壩滲流穩(wěn)定計算結(jié)果表明，砂卵石層最大水平坡降和出逸坡降大于或接近土層經(jīng)驗(yàn)允許滲透坡降的上限，砂礫石層存在滲透安全隱患，運(yùn)行中曾出現(xiàn)泡泉，產(chǎn)生滲透破壞。

2 大壩防滲方案選擇

根據(jù)本工程實(shí)際情況，對大壩左、右壩段分別擬定防滲加固方案。

2.1 右壩段

右壩段壩體已實(shí)施射水造混凝土防滲墻防滲，防滲墻截斷壩基砂卵石層，壩體和砂卵石層基本不存在滲漏問題。下伏全風(fēng)化千枚巖具中等透水性，相對不透水頂板大都位于全、強(qiáng)風(fēng)化分界線上。根據(jù)右壩段地質(zhì)條件，壩基全風(fēng)化千枚巖層采用常規(guī)帷幕灌漿可灌性較差，設(shè)計采用高壓噴射灌漿對其進(jìn)行防滲加固，灌漿孔底高程深入強(qiáng)風(fēng)化基巖1.0 m。右壩肩為強(qiáng)風(fēng)化巖，曾發(fā)生沿山坡漏水現(xiàn)場，現(xiàn)狀在溢洪道進(jìn)口前端設(shè)置了黏土斜墻裹頭進(jìn)行防滲，但未徹底解決基礎(chǔ)滲漏問題，本次結(jié)合上部高壓噴射灌漿對強(qiáng)風(fēng)化巖層進(jìn)行截滲。

2.2 左壩段

左壩段壩體、壩基現(xiàn)狀無防滲措施，根據(jù)國內(nèi)病險水庫加固處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，兼顧右壩段防滲措施，選擇以下方案進(jìn)行比選：

(1)方案Ⅰ——混凝土防滲墻+高噴灌漿方案

該方案同右壩段，壩體采用射水造混凝土防滲墻防滲，壩基采用高壓旋噴灌漿防滲，高噴墻底高程深入相對不透水或強(qiáng)風(fēng)化巖層1.0 m。防滲墻最大槽孔深11.3 m。

(2)方案Ⅱ——鉆抓法混凝土防滲墻方案

采用兩鉆一抓建造混凝土防滲墻對壩體、壩基進(jìn)行防滲，防滲墻深入全、強(qiáng)風(fēng)化千枚巖層相對不透水頂板以下1.0 m[1]，截斷壩基滲漏隱患，形成完整的防滲體系，最大槽孔深18.2 m。

2.3 方案比較與選擇

上述兩方案均能解決大壩壩體、壩基滲流問題，有效降低壩體浸潤線，大大改善大壩下游壩坡的穩(wěn)定性，兩方案主要相異項(xiàng)目工程直接費(fèi)比較見表1。

由表1，兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：(1)方案Ⅰ主要相異項(xiàng)目投資大于方案Ⅱ。(2)方案Ⅰ壩體、壩基采用不同的工藝，施工組織較方案Ⅱ復(fù)雜，兩種工藝銜接需嚴(yán)格控制，方案Ⅱ壩體、壩基混凝土防滲墻整體效果優(yōu)于方案Ⅰ。(3)左壩段局部相對不透水層頂板位于強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi)，方案Ⅰ高壓旋噴灌漿不能截斷強(qiáng)風(fēng)化層中相對透水層，方案Ⅱ采用兩鉆一抓能有效深入強(qiáng)風(fēng)化基巖相對不透水層頂板以下。經(jīng)綜合比較，本次左壩段壩體、壩基防滲采用方案Ⅱ。

3 大壩防滲加固設(shè)計

3.1 壩體防滲設(shè)計

大壩壩體土滲透系數(shù)大于1.0× 10-4cm/s，右壩段已建有混凝土防滲墻防滲，左壩段無防滲措施。本次設(shè)計采用兩鉆一抓造混凝土防滲墻對左壩段壩體進(jìn)行防滲。左壩段造墻總長260 m，防滲墻軸線布置同右壩段已實(shí)施混凝土墻，位于上游壩坡距壩頂上游邊線4.3 m、壩軸線7.3 m處，施工平臺頂高程83.0 m。

(1)防滲墻厚度計算。防滲墻厚度D按式(1)確定：

D≥ΔH/[J]

(1)

式中：ΔH為防滲墻作用水頭，按滲流計算防滲墻實(shí)際削減水頭計；[J]為防滲墻容許水力比降。

經(jīng)計算，并參照類似已建工程經(jīng)驗(yàn)和兼顧施工設(shè)備條件，混凝土防滲墻厚度采用0.60 m(常規(guī)沖擊鉆直徑為60～120 cm)，防滲墻頂高程同右壩段為82.60 m。

(2)防滲墻設(shè)計指標(biāo)。防滲墻混凝土設(shè)計指標(biāo)如下：28 d抗壓強(qiáng)度≥8.0 MPa，彈性模量≤15 000 MPa，抗?jié)B等級W6，滲透系數(shù)不大于1×10-7cm/s，允許滲透坡降[J]為60～80[2]。

(3)防滲墻材料要求。原材料要求如下：①水泥：采用普通硅酸鹽42.5 級以上(含)水泥。②黏土：黏粒含量大于等于50%，含砂量小于3%。③膨潤土：國標(biāo)一級以上。④骨料：細(xì)骨料(砂)要求細(xì)度模數(shù)FM=2.4～2.8(中砂)，適宜的砂率為35%～45%。粗骨料(石子)最大粒徑不宜超過40 mm，有條件時最大粒徑以20 mm 為好，小石與中石的比例以4∶6 為宜，否則容易堵管。

防滲墻混凝土物理性能要求：①較好的和易性，一般要求混凝土的坍落度為18～22 cm，擴(kuò)散度34～40 cm，并能保持1 h 左右。②較小的泌水率，一般要求在2 h 內(nèi)，泌水率小于4%。③初凝時間≥6 h，終凝時間不宜大于24 h。④密度≥2.1 g/cm3，不要用輕骨料。⑤施工混凝土強(qiáng)度應(yīng)比設(shè)計混凝土標(biāo)號高30%～40%。⑥28 d 抗?jié)B標(biāo)號為S8，水灰比為0.5～0.55。⑦防滲墻材料中水泥用量一般不少于300 kg/m3。

(4)左壩段防滲墻與右壩段已建防滲墻、防滲墻與老壩下涵管封堵倒掛井外壁連接處，均布置高壓旋噴灌漿孔進(jìn)行灌漿以確保其連接緊密。

3.2 壩基防滲設(shè)計

大壩壩基殘留有第四系砂卵石層，右壩段壩體混凝土防滲墻施工時截斷了砂卵石層，但下伏全、強(qiáng)風(fēng)化千枚巖具中等透水性，存在滲漏隱患；左壩段壩基現(xiàn)狀無任何防滲措施，運(yùn)行過程中已出現(xiàn)滲漏和滲透破壞問題。

3.2.1 防滲標(biāo)準(zhǔn)

龍門口水庫為中型已建工程，壩基防滲的目的主要是封堵壩基、壩肩基巖風(fēng)化層透水帶滲漏通道，防止大壩發(fā)生滲透破壞。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，對Ⅲ級壩，基巖相對不透水層透水率為q≤5～10 Lu，設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)采用基巖透水率q≤10 Lu。

3.2.2 左壩段壩基防滲

左壩段壩基防滲與壩體一并采用兩鉆一抓混凝土墻防滲墻，墻底深入相對不透水層1.0 m，按地質(zhì)剖面，防滲墻最低底高程為64.8 m，槽孔最大深度18.2 m。下階段通過先導(dǎo)孔最終確定防滲墻底高程。先導(dǎo)孔孔距45 m，共布置13孔。

3.2.3 右壩段壩基防滲

右壩段已建壩體混凝土防滲墻，基礎(chǔ)防滲根據(jù)壩基地質(zhì)條件確定采用高壓旋噴灌漿對全風(fēng)化千枚巖進(jìn)行截滲處理，右壩肩強(qiáng)風(fēng)化巖層采用帷幕灌漿截滲。灌漿軸線布置于防滲墻軸線上游0.3 m。

(1)高壓旋噴灌漿。旋噴墻頂部與壩體現(xiàn)有混凝土防滲墻搭接不小于1.5 m，底部深入相對不透水層或強(qiáng)風(fēng)化巖層1.0 m。根據(jù)大壩擋水高度，旋噴孔采用單排布孔，孔距根據(jù)類似工程初步確定為0.75 m，墻體有效厚度0.4 m，要求允許比降[J]為60。灌漿施工平臺高程同左壩段為83.0 m。

(2)帷幕灌漿范圍。右壩肩帷幕底線深度按深入相對不透水巖體(基巖透水率q≤10 Lu)頂板以下不小于5 m控制。左壩肩由于黏土覆蓋層較厚，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，本次設(shè)計帷幕灌漿不考慮向外延伸。右壩肩延伸至水庫正常蓄水位與相對不透水層或地下水位相交處，延伸長度26 m。帷幕灌漿底高程約為60.0～75.5 m。

根據(jù)大壩擋水高度，帷幕灌漿按單排孔設(shè)計，孔距1.5 m，壩基段鉆孔與高壓旋噴孔共用。壩肩灌漿范圍內(nèi)山坡平緩，可直接在山坡上整設(shè)灌漿平臺施灌。灌漿采用自下而上分段施工，第一段灌漿壓力按1.0～1.5倍壩前水頭考慮。

(3)灌漿材料及灌漿施工工藝方法。灌漿采用強(qiáng)度等級為42.5 MPa普通硅酸鹽或硅酸鹽大壩水泥漿灌注，必要時漿液中摻和適量速凝劑[3]。

4 大壩滲流計算與分析

穩(wěn)定滲流時壩體內(nèi)部最大滲透坡降值及滲流量計算成果見表2。

表2 大壩穩(wěn)定滲流計算成果

續(xù)表2

由滲流計算成果可以得出結(jié)論：大壩未做防滲處理的老壩下涵管處斷面滲漏量較大、浸潤線下游出逸點(diǎn)位置較高；實(shí)施了防滲處理的 Ⅲ-Ⅲ′、Ⅳ-Ⅳ′斷面，防滲墻削減水頭65%左右，浸潤線下游出逸點(diǎn)高程低，滲漏量明顯減少。壩體允許滲透坡降均滿足要求，老壩下涵管處壩基砂卵石層滲透坡降不滿足滲透穩(wěn)定要求，需對壩基進(jìn)行防滲處理。

5 大壩穩(wěn)定計算

大壩上、下游壩坡在各種計算工況下抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)見表3。穩(wěn)定計算成果表明：大壩上、下游壩坡各種計算工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表3 大壩壩坡穩(wěn)定計算成果

6 結(jié) 語

文章結(jié)合工程實(shí)際，對大壩右壩段壩基采用高壓噴射灌漿進(jìn)行防滲處理，對左壩段壩體、壩基采用鉆抓法混凝土防滲墻防滲處理，加固后大壩滲流計算結(jié)果表明，實(shí)施了防滲處理的大壩斷面，浸潤線下游出逸點(diǎn)高程降低，滲漏量明顯減少，壩體允許滲透坡降均滿足要求。證明水庫均質(zhì)土壩壩體、壩基采用鉆抓法混凝土防滲墻防滲效果良好，右壩段采用高壓噴射灌漿對壩基下伏基巖的截滲處理措施亦是行之有效的。