熊明亮

（豐城市豐東水資源開發(fā)利用中心，江西 豐城 331100）

0 引 言

防滲加固處理技術的應用目的是科學處理工程內(nèi)部的滲流，將壩身與壩基中的滲流控制在標準范圍中，應用原則多為保護滲流出口、前堵后排。要全面了解水庫大壩遇到的險情并加以解決，增強水庫大壩應用的可持續(xù)性、安全性。

1 水庫大壩工程概況

潘橋水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的大（2）型水庫，水庫工程由大壩、泄洪洞、灌溉泄洪洞、節(jié)制閘及電站等建筑物組成。大壩為黏土斜墻壩，壩頂長180m、寬9.6 m，壩頂高程76.87m，最大壩高30.0m。大壩壩頂為泥結(jié)石路面，上游為干砌石護坡，下游為草皮護坡，高程57.95m 以下為排水棱體，排水棱體表面坡度為1 ∶ 2.0。該水庫于1958 年9 月動工興建，1964 年4 月基本建成，后經(jīng)多次改建或加固達到現(xiàn)有規(guī)模。1960 年中旬時，大壩填筑的高程已達到74.48m，在1964 年5 月由于大壩下游壩坡滲水嚴重，在上游壩坡增加2～4m 的黏土斜墻。1978 年按PMP 洪水校核，壩頂高程由此前的74.48m 增加到76.87m，并將大壩上游黏土斜墻加厚4m，整修下游壩坡和排水棱體。1979 年5 月，由于壩下混凝土輸水涵管出現(xiàn)多處環(huán)向裂縫，漏水嚴重，影響壩體安全，對其進行了封堵。1988 年3 月至1992 年12 月針對大壩上游壩坡護坡塊石風化嚴重、灌溉泄洪洞裂縫、滲漏，對水庫大壩進行了除險加固。2007 年6 月江西省水利廳組織專家組對潘橋水庫大壩進行了安全鑒定，提出了《潘橋大壩安全鑒定報告書》，水利部大壩安全管理中心隨后對其進行了核查，核定潘橋水庫大壩為三類壩，需進行除險加固。2009 年10 月8 日至2010 年9 月20 日潘橋水庫進行了除險加固。

2 水庫大壩存在的主要問題

分析水庫大壩多年運行管理資料和現(xiàn)場實際情況，結(jié)合安全鑒定結(jié)論，發(fā)現(xiàn)大壩的上游護坡、下游排水棱體與壩體防滲狀態(tài)均不滿足規(guī)范要求，存在安全隱患，問題如下：

1）大壩清基不徹底，壩基（肩）巖體具中等透水性，壩基、壩肩存在滲漏問題。庫水位高于66.00m時，大壩下游壩腳存在大片滲漏和散浸現(xiàn)象，兩岸壩體與基巖接觸部位也可見明顯滲漏現(xiàn)象，滲漏水流順排水溝向下游引排。

2）上游護坡塊石質(zhì)量差，風化嚴重，塊徑小，呈碎塊、散片狀，未設墊層，厚度不滿足設計要求。

3）下游排水棱體未設置反濾層，降低了排水性能，塊石風化強烈，產(chǎn)生了嚴重的淤堵現(xiàn)象。壩腳常年積水，使排水棱體較難順暢排水[1]。

4）大壩壩體與斜墻填土碾壓不密實、施工質(zhì)量差。借助斜墻填土施工現(xiàn)場的滲透試驗可知，其滲透系數(shù)值在3.74×10-4cm/s，壩體表面首段的滲透系數(shù)在3.63×10-3cm/s，均不滿足大壩的防滲需求。斜墻填土的壓實度在84.7%左右，壩體表面首段86.2%，均不滿足土壩壓實度的要求。在了解到水庫大壩的實際問題后，需采取科學先進的防滲技術進行除險加固。

3 防滲加固處理技術在水庫大壩中的實際運用

3.1 復核大壩滲流

在開展大壩滲流的復核工作時，要詳細考量壩體與壩基內(nèi)部的土質(zhì)情況，明確該類土質(zhì)的滲透系數(shù)，再將該類系數(shù)與此前的滲透標準進行全面比較，探索出大壩滲流的具體狀態(tài)。比如，在當前項目的壩基中，其存在強風化巖體，該類滲透系數(shù)為5.30×10-4cm/s。在完成壩基內(nèi)部土質(zhì)滲透系數(shù)的探索后，再對壩體中排水棱體、粉質(zhì)黏土與含砂性質(zhì)粉質(zhì)黏土的滲透系數(shù)進行全面計算，其對應的系數(shù)值分別為6.30×10-4cm/s、3.74×10-4cm/s、5.30×10-4cm/s，滲流計算時壩體土層的滲透系數(shù)均采用本次初步設計工程地質(zhì)勘察的建議值。經(jīng)觀察，當前壩體與壩基中的滲透系數(shù)都未能達到相應的數(shù)值標準，嚴重影響水庫大壩的蓄水性。表1 展現(xiàn)了大壩滲流的計算中，各個工況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，要對上游水位、下游水位進行合理規(guī)劃。在了解到大壩上游下游的滲流設計值后，要對其形成的滲漏狀態(tài)進行科學計算，通過對滲漏量的合理規(guī)劃，有效改善大壩滲流效果，增強對大壩滲流的整體控制。

表1 上游與下游水位中的大壩滲流表

3.2 復核壩坡穩(wěn)定度

表2 展現(xiàn)出壩體中排水棱體、上游斜墻土與原壩體填土的應力指標與容重狀態(tài)，要利用對該項數(shù)值的整體規(guī)劃，強化各個土層各項參數(shù)的應用質(zhì)量。

表2 壩體中的有效應力指標與容重表

完成壩體內(nèi)物理力學的數(shù)值探究后，操作人員還觀察到壩基基巖中的有效應力指標與容重，無論是內(nèi)摩擦角、凝聚力還是飽和度、濕度都要超出壩體內(nèi)部標準，其數(shù)值分別為40°、50kPa、23.5kN/m3與23.1kN/m3。操作人員在了解了壩體與壩基的基礎情況后，要對上游壩坡與下游壩坡進行科學性設計，即嚴格控制正常蓄水位、設計洪水位與校正洪水位中的洪水頻率、水庫水位、下游水位、安全系數(shù)等，利用對該項數(shù)值的合理設計，可適時檢查出壩坡抗滑穩(wěn)定性，若該類數(shù)值未達到相應標準，則要將具體的安全標準投放到工況內(nèi)部系數(shù)設計中，加強對壩坡穩(wěn)定性的設計與改進。

3.3 防滲加固大壩壩身

在了解到當前水庫大壩壩身的具體情況后，要對大壩壩身進行防滲加固處理。進行水庫大壩的滲流與壩坡穩(wěn)定度復核以后，發(fā)現(xiàn)大壩內(nèi)部存有較大的安全隱患，最大出逸比沒能達到項目規(guī)范性要求，對大壩水庫產(chǎn)生較大破壞力，因而要對大壩壩身進行針對性處理，使此后的大壩滲流變得更為穩(wěn)定[2]。設計大壩加固防滲的處理方案時，要適時明確大壩內(nèi)部的具體構(gòu)造，比如，該類大壩壩體的填筑材料較差，采用了多種不同類型的填料，當前壩體內(nèi)部的填筑料為成分復雜的含礫石粉質(zhì)黏土，且上游斜墻中的施工材料為粉質(zhì)黏土，在兩種填料相互混雜的情況下，給填料質(zhì)量改善帶來了些許問題。為提升大壩壩身的質(zhì)量改造效果，操作人員適時考察了不同填料的滲透系數(shù)與物理學性質(zhì)，并在壩身軸線位置處安設全新垂直防滲體，采取了2 種防滲加固處理方案。

1）高壓噴射灌漿形式。使用高壓噴射灌漿方式時，要借助鉆機完成鉆孔工作，將灌漿管深埋到土層中，明確預埋深度，借助高壓將水或漿液噴射到土層表面，對土體表面實行不同程度地切割。切割后部分土體顆粒將涌出孔口，剩余與漿液完成攪拌混合，使土體成為全新的凝結(jié)體，該類凝結(jié)體在抗?jié)B性、強度與密度上都超出原有地層土體，全面增強防滲效果[3]。操作人員要在壩體壩身中設計高壓噴射類防滲體，將該防滲體的中間連接壩基，左右兩側(cè)連接壩肩。開展高壓噴射灌漿行為時，要采取擺噴形式，即科學設置灌漿孔，在當前土體中要布置2 排，且2 排間的距離為1m，水泥黏土漿為當前試驗中的主要漿液，墻體的防滲系數(shù)1×10-5cm/s、墻體的厚度分別為80cm。28d 后，其整體的抗壓強度要達到6MPa 左右，高壓噴射時的灌漿孔孔距要保持在1.5m 左右。

2）混凝土防滲墻。布置混凝土防滲墻前，要適時確認防滲墻施工的具體寬度，即該寬度要保持在12～14m，而現(xiàn)狀壩頂寬度為9.6m，不能滿足施工要求。操作人員將壩頂開挖至高程76.0m，相應壩頂寬可達13.68m，將部分開挖料放置到下游坡面中，并將防滲墻操作平臺的寬度增加到14m，增強施工建設的基礎需求。壩體內(nèi)部在建設防滲墻時，采取兩鉆一抓形式，利用沖擊鉆設備擊穿主孔，滿足主孔的深度要求。防滲加固墻體運用混凝土材料，進行專業(yè)的現(xiàn)場拌制后，借助導管形式完成混凝土的澆筑工作，當泥漿循環(huán)出渣以后，要科學清理砂石泵內(nèi)部漿液，再利用混凝土泵車將混凝土澆筑成加固防滲墻[4]。防滲墻頂高程高于校核水位0.5m，為高程72.50m，防滲墻及現(xiàn)澆混凝土墻施工完畢后，壩頂填土恢復原狀，并恢復上下游護坡和壩頂?shù)缆?，防滲墻厚度60cm，最大深度34m。完成2 種施工操作的計劃后，操作人員可發(fā)現(xiàn)第2 種方式受內(nèi)外部環(huán)境的因素較少，可將混凝土防滲墻應用到壩身的加固防滲施工中。表3 為當前混凝土防滲墻施工操作時，水泥漿液的配制比例表。

表3 水泥砂漿標準配制比例表

完成大壩壩身的整體改造后，項目管理層要適時檢測各個土層的防滲性能，表4 展現(xiàn)了加固防滲舉措后，大壩壩身的內(nèi)部性能指標。

表4 加固以后大壩壩身滲透穩(wěn)定程度表

3.4 改造上游壩坡

在進行上游壩坡的改造時，要適時發(fā)現(xiàn)該類壩坡的具體情況。依照此前的地質(zhì)報告可知，大壩上游壩坡坡面的內(nèi)部護坡砌石出現(xiàn)嚴重的破損現(xiàn)象，護坡塊石屬砂礫巖、變質(zhì)巖性質(zhì)，帶有強風化形式，不僅抗風化能力較弱，還帶有一定的松散、破裂情況，塊石粒度多保持在20～30cm 之間。此前的理想護坡厚度為35cm，而在實際施工后，真正的厚度僅有20cm，難以達到項目應用標準。開展護坡加固設計的過程中，不會拆除大壩上游此前存在的砌石，而是要利用粗砂來填補縫隙，并增設15cm 的粗砂墊層。實際的加固防滲處理中，施工人員要以當前大壩上游護坡的砌石為基礎，在砌石表層鋪設混凝土塊，其整體厚度可維持在15cm 左右，再利用水泥砂漿完成勾縫，該預制塊的整體形態(tài)為正六邊形，各邊長度為30cm，并在中間安插不同形式的排水孔，護坡高程在54.88m。在混凝土塊的下部適當安置拋石護腳，該類石塊的厚度在1m 左右。完成上游壩坡的整體修復設計，提升水庫大壩的應用安全。

3.5 修復下游壩坡

在修復下游壩坡中的排水系統(tǒng)時，要全面規(guī)劃下游壩坡的具體形態(tài)。首先，根據(jù)現(xiàn)場考察結(jié)合安全鑒定結(jié)論，發(fā)現(xiàn)大壩下游的排水溝中出現(xiàn)較為嚴重的淤堵現(xiàn)象，排水棱體的表面為塊石，下部為碎石夾黏土，碎石為強風化砂巖、千枚巖，粒徑1～10cm，石料質(zhì)地疏散，強度低，抗風化能力差。排水棱體未設置反濾層，且石料級配差，多有風化碎屑充填于碎石之間，黏土含量在15%～20%左右，排水不暢、透水性較差，在了解到下游壩坡的具體情況后，要對壩坡內(nèi)部的排水棱體進行針對性修復，科學控制壩坡內(nèi)部的更多系數(shù)。其次，進行下游壩坡的整體設計時，操作人員利用了抽槽的方法，即部分更換原排水棱體，并將棱體面層的碎石全部更換，填筑了質(zhì)量更佳的塊石材料，并在下游壩坡附近設置了截水溝與草皮護坡，在該項舉措的影響下，全面提升下游壩坡護坡質(zhì)量。最后，設計草皮護坡與截水溝時，還要及時關注截水溝的建設形態(tài)與內(nèi)部構(gòu)成，截水溝的斷面形式與此前的斷面形態(tài)相同，使用M7.5 類的含有水泥砂漿的砌塊石。在完成下游壩體的整體修復后，要適時查看其使用狀態(tài)，操作人員發(fā)現(xiàn)下游壩坡的排水問題得到極大緩解，切實改善下游壩坡的整體建設質(zhì)量。

4 總 結(jié)

綜上所述，通過對水庫大壩的險情處理，有效遏制了壩體滲漏問題的出現(xiàn)。相關部門適當采用大壩的防滲加固技術，分析了影響壩體加固防滲的諸多因素，利用對大壩各部分的持續(xù)性控制，提高了水庫大壩滲漏的處理水平，保障該類建筑的應用安全。