李燕娟，李銀剛

(臨滄市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 臨翔 677099)

回努水庫(kù)坐落在瀾滄江流域南勐河支流回努河上游，壩址位于臨滄市雙江拉祜族佤族布朗族傣族自治縣城南部勐勐鎮(zhèn)回努村，總庫(kù)容162.9萬m3，是一座以灌溉為主的小(1)型水庫(kù)，設(shè)計(jì)灌溉面積3522畝。水庫(kù)始建于1970年11月，1972年11月竣工。樞紐建筑物主要由主壩、副壩、排洪溝、低涵、高涵組成。2002年5月云南省水利廳組織病險(xiǎn)水庫(kù)大壩安全鑒定，同意回努水庫(kù)大壩屬三類壩，確定為云南省重點(diǎn)小(1)型病險(xiǎn)水庫(kù)，水庫(kù)存在的主要病害：①主、副壩壩體及壩體與基礎(chǔ)接觸帶滲漏嚴(yán)重，壩面濕潤(rùn)面積逐年增大，浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)高，倒濾體失效，倒濾體以下壩基出現(xiàn)管涌及流土數(shù)點(diǎn)，形成強(qiáng)漏水通道，滲漏量隨庫(kù)水位升高而加大。②高、低涵管變形、開裂、漏水嚴(yán)重，閘門和啟閉設(shè)備年久失修、銹蝕嚴(yán)重，無法正常運(yùn)行，排洪溝邊坡坍塌嚴(yán)重。③大壩安全監(jiān)測(cè)與管理設(shè)施不完善。工程以限制蓄水的方式帶病運(yùn)行，實(shí)際灌溉面積為1958畝，僅占設(shè)計(jì)規(guī)模的55%。水庫(kù)位置處于縣城周邊人口稠密區(qū)域，位置險(xiǎn)要，一旦潰壩將對(duì)下游造成極大的影響，直接威脅下游35000人的生命財(cái)產(chǎn)，淹沒30km國(guó)道以及11000畝農(nóng)田，同時(shí)還直接影響到下游的工礦企業(yè)(水泥廠、煤廠、紙廠、紙漿廠以及3座總裝機(jī)6000kW的電站)的安全，將造成數(shù)億元的經(jīng)濟(jì)損失。2006年實(shí)施了回努水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程建設(shè)。主要除險(xiǎn)加固方案為：①對(duì)壩體、壩基進(jìn)行防滲處理。②對(duì)主、副壩進(jìn)行加固處理。③封堵高、低涵管，新建輸水隧洞。④新建溢洪道，并對(duì)原副壩右岸土渠排洪溝改造，泄洪任務(wù)由溢洪道和排洪溝共同承擔(dān)。⑤增設(shè)沉陷、位移、滲漏量、測(cè)壓管等觀測(cè)設(shè)施，建立水情報(bào)系統(tǒng)。

1 創(chuàng)新性關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

在回努水庫(kù)的除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)中，通過多種除險(xiǎn)加固方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，最終創(chuàng)新性采取水平防滲與垂直防滲結(jié)合方案(即主、副壩壩體黏土斜墻防滲+壩基高噴灌漿)來解決大壩滲漏問題。該方案的具體分析論證和具體技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)布置詳述如下。

1.1 工程基本條件

回努水庫(kù)樞紐工程為四等工程。主要建筑物主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞為4級(jí)建筑物，次要建筑物及臨時(shí)建筑為5級(jí)建筑物。

工程所在流域?qū)賹俚湫偷闹猩降貐^(qū)亞熱帶氣候，多年平均降水量1040.6mm，多年平均氣溫17.2℃，多年平均最高氣溫23.6℃，多年平均最低氣溫12.4℃，多年平均相對(duì)濕度73%。壩址處30年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量54.4m3/s，300年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量73.2m3/s。

工程區(qū)為低中山丘陵地貌，庫(kù)區(qū)溝谷發(fā)育。壩址處為不對(duì)稱“U”型河谷，左、右岸均出露上第三系中新統(tǒng)半成巖狀粉細(xì)砂巖，含卵石泥質(zhì)中粗砂巖和粉質(zhì)黏土巖，大壩、輸水隧洞和溢洪道基礎(chǔ)坐落在全、強(qiáng)風(fēng)化巖土上，地質(zhì)條件基本滿足壩體、隧洞和溢洪道的承載要求。工程區(qū)動(dòng)峰值為0.3g、動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.45s，工程區(qū)地震烈度為Ⅷ度，工程建筑物的地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

1.2 加固前主、副壩病險(xiǎn)情況

回努水庫(kù)基礎(chǔ)置于第三系含卵石泥質(zhì)中粗砂土和泥質(zhì)粉砂土層上，主壩壩高24.8m，副壩壩高15.8m，主副壩均為均質(zhì)壩。由于當(dāng)時(shí)的歷史條件，沿壩軸線開挖的截水槽斷面小，未深入到相對(duì)隔水層，基礎(chǔ)又未進(jìn)行防滲處理，岸坡清基采取邊清邊填，填筑厚度控制不嚴(yán)。夯壓不實(shí)，造成壩體壓實(shí)度低，主壩平均壓實(shí)度0.886，副壩壓實(shí)度0.883，均低于95%的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。主壩壩體平均滲透系數(shù)k=1.19×10-2，基礎(chǔ)平均滲透系數(shù)k=5.162×10-3，副壩壩體平均滲透系數(shù)k=1.86×10-3，基礎(chǔ)平均滲透系數(shù)k=2.33×10-3，均屬中等透水層，不符合均質(zhì)壩應(yīng)小于1×10-4cm/s的要求。施工中質(zhì)量控制不嚴(yán)，壩坡突變較大，造成主、副壩壩體呈尖山狀，主要有主壩上游坡坡比由1∶1.8突變?yōu)?∶4.6，下游坡坡比由1∶1.85突變?yōu)?∶2.52。副壩上游坡坡比由1∶1.6突變?yōu)?∶2.2，下游坡坡比1∶1.8。壩坡較陡滿足不了壩體抗滑抗震規(guī)范要求。主副壩倒濾體基礎(chǔ)由于老化失修，結(jié)構(gòu)尺寸變形，倒濾體淤塞失效，并且?guī)靺^(qū)白蟻危害嚴(yán)重。由于以上原因，造成主、副壩壩體滲漏嚴(yán)重、浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)高，壩基及壩肩同樣存在不同程度的滲漏。主壩下游壩坡濕潤(rùn)面積達(dá)13220m2，副壩下游壩坡濕潤(rùn)面積達(dá)1440m2，壩面濕潤(rùn)面積逐年增大，倒濾體以下壩后出現(xiàn)管涌及流土數(shù)點(diǎn)，形成強(qiáng)漏水通道，滲漏量隨庫(kù)水位升高而加大。

1.3 防滲處理邊界范圍的確定

本工程壩體、壩基及壩肩均存在著不同程度的滲漏，地質(zhì)推薦本工程的防滲處理范圍及邊界為：防滲布置平面范圍應(yīng)與地下水與庫(kù)水位交點(diǎn)、垂直范圍控制在壩高1.5倍左右，推薦處理措施為帷幕灌漿工藝。設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)專業(yè)建議的處理范圍進(jìn)行防滲布置后發(fā)現(xiàn)，處理范圍較廣，帷幕線較長(zhǎng)(約有0.8km)，灌漿工程量較大，工程投資較大，投資效益不可行。

設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)勘探勘察結(jié)果，結(jié)合工程病害情況和工程30年的運(yùn)行情況，本著“保證建筑物滲流抗滑穩(wěn)定、減少滲漏損失”的原則，對(duì)防滲處理范圍及邊界條件進(jìn)行分析論證，主、副壩存在著嚴(yán)重的滲漏問題，現(xiàn)狀壩體已發(fā)生較為明顯的滲透變形，防滲處理應(yīng)以壩體為主，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果壩基及岸坡同樣存在不同滲漏，但壩基為第四層半成巖狀含卵石泥質(zhì)中粗砂土或下覆第三系中新統(tǒng)第三層半成巖狀泥質(zhì)中細(xì)砂土上，為互層結(jié)構(gòu)，沒有明顯的相對(duì)隔水層，防滲處理底界難以確定，結(jié)合本工程運(yùn)行情況，雖然水庫(kù)建成以來一直存在滲漏的問題，但不論豐、枯水文年，水庫(kù)基本可按設(shè)計(jì)規(guī)模蓄水，說明目前滲漏對(duì)工程規(guī)模不影響。其次，根據(jù)地質(zhì)勘察判定，攔河壩基礎(chǔ)容許水力坡降在0.1～0.5之間，水庫(kù)實(shí)際水力坡降為0.19，壩基不會(huì)產(chǎn)生滲流穩(wěn)定問題。因此，根據(jù)水庫(kù)基礎(chǔ)主要滲漏的部位是壩體及基礎(chǔ)接觸部位，本工程的防滲處理主要以壩體防滲為主，處理范圍在平面上向兩岸作適當(dāng)延長(zhǎng)(延長(zhǎng)15～30m)、基礎(chǔ)垂直方向主要處理壩體與基礎(chǔ)接觸，帷幕適當(dāng)延長(zhǎng)。

1.4 防滲處理方案選擇

病險(xiǎn)水庫(kù)防滲的主要處理措施一般有：灌漿工藝(劈裂灌漿、帷幕灌漿、高噴灌漿等)和混凝土防滲墻等。混凝土防滲墻工藝：施工工藝成熟、工藝要求相對(duì)復(fù)雜、要求有一定的施工平臺(tái)，施工過程中質(zhì)量控制直觀、可控，處理效果較佳，完全滿足壩體防滲處理要求。根據(jù)本工程等級(jí)、工程規(guī)模及除險(xiǎn)后工程的運(yùn)行要求，本工藝單位工程造價(jià)較高，按照常規(guī)布置及造價(jià)水平，采用本工藝處理投資在3000多萬元。灌漿工藝：施工工藝較成熟、工藝要求相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)施工場(chǎng)地的適應(yīng)能力較強(qiáng)，施工過程中質(zhì)量控制主要以工藝流程的相關(guān)要求控制，處理效果可滿足壩體防滲處理要求。本工藝單位工程造價(jià)相對(duì)防滲墻要低，根據(jù)本工程等級(jí)、工程規(guī)模及除險(xiǎn)后工程的運(yùn)行要求，本工藝投資效益相對(duì)合理。

從地質(zhì)、施工條件和處理效果等方面對(duì)黏土斜墻和混凝土防滲墻方案綜合比選，地質(zhì)方面：本工程處于第三系地層，主壩防滲處理深度截穿含卵石泥質(zhì)中粗砂土(厚4～10m)，副壩防滲處理深度截穿泥質(zhì)粉砂土(厚5～8m)，兩方案地質(zhì)條件可滿足要求。防滲效果方面：采取黏土斜墻防滲與灌漿防滲相結(jié)合，及表面防滲與基礎(chǔ)防滲相結(jié)合。黏土斜墻防滲即保證防滲體的連續(xù)性及有效性，而且填筑的斜墻體對(duì)壩體的抗滑穩(wěn)定還有一定的貢獻(xiàn)。基礎(chǔ)防滲灌漿軸線前移，縮短了灌漿軸線及灌漿進(jìn)尺，減少灌漿工程量，節(jié)約了工程投資。兩方案防滲效果較好，耐久性、連續(xù)性及有效性等均可滿足工程的防滲要求。施工方面：兩方案建筑材料、機(jī)械、工期均可滿足要求。黏土斜墻方案施工中重點(diǎn)是斜墻與帷幕的銜接需進(jìn)行處理，而防滲墻方案防滲墻面積較大，處理深度含壩體及壩基，造孔較深，最大孔深為40m，而防滲墻厚只有0.3m，防滲軸線需布置有兩個(gè)較大轉(zhuǎn)彎段，不便于施工搭接。兩方案從地質(zhì)、效果、施工等方面可滿足工程要求，但防滲墻方案孔深偏大，且投資高于黏土斜墻方案。故設(shè)計(jì)綜合比選后采取黏土斜墻方案。

1.5 防滲處理方案結(jié)構(gòu)布置

主、副壩壩體采用黏土斜墻防滲處理，為水平防滲。因受死水位和水庫(kù)泥沙淤積的限制，斜墻以下部分壩體及壩基采用高壓擺噴灌漿進(jìn)行處理。主壩上游采用黏土防滲斜墻(邊坡1∶3.0)，基礎(chǔ)、壩肩為高壓擺噴灌漿防滲，調(diào)整下游1∶1.85壩坡為1∶2.3；副壩上游采用防滲斜墻(邊坡1∶2.5)，基礎(chǔ)、壩肩為高壓擺噴灌漿，下游壩坡進(jìn)行培厚處理(邊坡1∶2.3)。

具體結(jié)構(gòu)布置為：主壩壩頂高程1020.42～1003.27m為黏土斜墻防滲，斜墻厚度根據(jù)土料的允許水力坡降及不小于壩前水頭H/10以及考慮原壩坡坡面修整及壩頂寬等綜合因素確定，最小鋪土厚度為1.89m。高程1003.27m以下，樁號(hào)0+070—0+330m為壩基高壓擺噴灌漿處理，防滲處理軸線為原壩軸線上游48m，即斜墻截水槽軸線。處理標(biāo)準(zhǔn)為：①基巖單位吸水率ω<10Lu；②由于壩基地處第三系地層，相對(duì)隔水層埋藏較深，根據(jù)防滲要求，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)確定基礎(chǔ)處理最大深度不超過壩高0.7倍，防滲處理后壩體、壩基、壩肩將形成綜合性防滲體系。副壩壩體采用黏土斜墻防滲，防滲處理軸線為原壩軸線上游36.5m，即斜墻截水槽軸線。主副壩高壓擺噴灌漿分Ⅱ序孔灌注，終孔距1.5m，防滲處理基礎(chǔ)最大處理深度15.34m，最小處理深度4.8m；壩肩最大處理深度15.43m，最小處理深度8.29m；基礎(chǔ)平均處理深度8.09m。

本方案采取黏土斜墻防滲與高噴灌漿防滲相結(jié)合，及表面防滲與基礎(chǔ)防滲相結(jié)合。黏土斜墻防滲，防滲體的施工質(zhì)量易于人為控制，即保證防滲體的連續(xù)性及有效性。而且，填筑的斜墻體對(duì)壩體的抗滑穩(wěn)定還有一定的貢獻(xiàn)?；A(chǔ)防滲灌漿軸線前移，縮短了灌漿軸線及灌漿進(jìn)尺，減少灌漿工程量，節(jié)約了工程投資。本工程防滲處理設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)中應(yīng)保證基礎(chǔ)高壓擺噴灌漿防滲體與前壩防滲黏土斜墻緊密結(jié)合，形成完整、有效的防滲體系，達(dá)到工程除險(xiǎn)加固的目的。設(shè)計(jì)均采取了較為合理的措施，提出了相關(guān)要求，在工程實(shí)施中均得到了很好的貫徹。

1.6 加固后水庫(kù)樞紐建筑物布置

水庫(kù)加固后，樞紐主要由主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞組成。主、副壩壩型仍為均質(zhì)壩，主壩處理后壩軸線向上游平移2m，壩頂寬4m，壩頂長(zhǎng)451m，最大壩高24.8m；副壩處理后維持原壩軸線不變，壩頂寬為4m，壩頂長(zhǎng)301m，最大壩高15.8m。溢洪道為正槽開敞式，布置于副壩右岸，全長(zhǎng)64m。輸水隧洞布置于主壩右岸，全長(zhǎng)161.35m，由進(jìn)口段、有壓段、豎井段、無壓段、出口段5部分組成，豎井內(nèi)設(shè)工作和檢修閘門各1套，閘前有壓段洞身為1.5m×1.5m方形洞，閘后無壓洞身為1.5×1.8m圓拱直墻城門型，設(shè)計(jì)流量0.5m3/s。

2 工程實(shí)施后效果

回努水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2006年5月開工建設(shè)，經(jīng)精心設(shè)計(jì)，規(guī)范施工，項(xiàng)目于2007年12月順利竣工驗(yàn)收。該工程建成竣工至今已十余年，加固完成后常年一直在正常蓄水位左右的高庫(kù)水位運(yùn)行，經(jīng)歷了如2014年7月臺(tái)風(fēng)“威馬遜”侵襲引發(fā)強(qiáng)降水和2020年8.20暴雨洪災(zāi)考驗(yàn)，主要建筑物經(jīng)多年的攔、泄洪水，運(yùn)行狀態(tài)良好，無變形和滲漏等影響工程安全的異?，F(xiàn)象，運(yùn)行情況良好。水庫(kù)防洪、灌溉和養(yǎng)殖等綜合效益得到充分發(fā)揮，對(duì)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和各民族團(tuán)結(jié)及邊疆的穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用。

3 結(jié)語

回努水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程防滲處理目的是解決壩體及壩體與基礎(chǔ)接觸帶滲漏問題，因水庫(kù)主副壩軸線較長(zhǎng)(達(dá)752m)，防滲工程量較大。經(jīng)多方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，采取黏土斜墻防滲與高噴灌漿防滲相結(jié)合方案，有效節(jié)約了工程投資。本工程防滲處理設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)中是需處理好斜墻與帷幕的銜接，以保證基礎(chǔ)高壓擺噴灌漿防滲體與前壩防滲黏土斜墻緊密結(jié)合，最終形成完整有效的防滲體系。工程實(shí)施后已歷經(jīng)數(shù)次洪水考驗(yàn)，水庫(kù)運(yùn)行正常，水庫(kù)效益得到充分發(fā)揮。該案例真實(shí)，反映了除險(xiǎn)加固措施設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)投資節(jié)省的關(guān)鍵作用，對(duì)類似問題的解決有一定啟發(fā)作用，具有推廣價(jià)值。