綜合防滲技術(shù)在塢羅水庫(kù)主壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

王銀山，劉長(zhǎng)垠，劉新朋，馬力軍

（1.河南省水利水電工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)監(jiān)督站，450003，鄭州；2.河南方正水利工程咨詢(xún)有限公司，450000，鄭州；3.河南省水利第一工程局，450000，鄭州；4.鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，450007，鄭州）

一、塢羅水庫(kù)主壩滲漏主要問(wèn)題

塢羅水庫(kù)位于河南省鞏義市東南13 km的塢羅河上游，控制流域面積108 km2，按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核。總庫(kù)容1787.4萬(wàn)m3，壩頂高程為262.2 m，壩頂長(zhǎng)450 m，寬 13 m，最大壩高 35 m，興建于1958年，主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和放水管等。塢羅水庫(kù)主壩為重粉質(zhì)壤土均質(zhì)土壩，壩肩存在濕陷性黃土，臺(tái)地黃土的中部屬中濕陷性狀態(tài)，分布高程為235～248 m，其上部和下部為弱濕陷性狀態(tài)。主壩壩基為強(qiáng)透水的砂卵石層，厚度較大（10～20 m），但壩基黏土截水槽深度?。? m），壩前黏土鋪蓋厚度薄，庫(kù)區(qū)還有規(guī)模較大的F1斷層從右岸壩基下通過(guò)。

1963年和1964年汛期，庫(kù)水位分別達(dá)到250.0 m和247.0 m高程時(shí)，壩后開(kāi)始出現(xiàn)漏水、涌沙現(xiàn)象，同時(shí)上游鋪蓋被擊穿并形成漏斗，嚴(yán)重滲漏部位呈明顯的漩渦狀。此后，壩基滲漏嚴(yán)重，水庫(kù)不得不低水位運(yùn)行。

1.主壩首次防滲治理

1993年6月，主壩采取高噴灌漿和帷幕灌漿相結(jié)合的垂直防滲措施，對(duì)主壩壩基進(jìn)行滲漏治理。灌漿設(shè)計(jì)帷幕線(xiàn)長(zhǎng)400 m，防滲墻位置在大壩中心軸線(xiàn)下游2.5 m處。施工時(shí)首先對(duì)壩基砂卵石層進(jìn)行了高噴防滲墻施工，然后對(duì)基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理，對(duì)于滲水較大的F1斷層，灌漿時(shí)采取了加深灌漿深度、加密孔距、增補(bǔ)加密孔等方法。但由于壩基地質(zhì)情況復(fù)雜及投資限制，防滲灌漿范圍未能達(dá)到兩岸壩肩部位。在右岸F1斷層及主河道寬內(nèi)約60 m的范圍內(nèi)（主壩樁號(hào)D0+240～D0+300），對(duì)砂卵石層和基巖破碎帶作高噴處理，灌漿孔均為一排，灌漿時(shí)耗漿量大，灌漿效果不好。

2.治理效果及評(píng)價(jià)

工程完成后，水庫(kù)滲漏雖得到一定控制，但效果不明顯，滲漏問(wèn)題沒(méi)有解決。壩基在上述部位仍存在一定滲漏，發(fā)生較大滲漏的年份有1994年、1996年和2003年，壩后均出現(xiàn)了明流滲水，當(dāng)庫(kù)水位升高到247.0 m后，水庫(kù)水量損失明顯增加。1999年5月，庫(kù)水位升到241.82 m時(shí)，大壩迎水坡右岸約0+360位置，垂直于壩軸線(xiàn)出現(xiàn)一條裂縫，裂縫上部延伸至247.11 m高程，裂縫下部延伸至241.95 m高程，裂縫長(zhǎng)度約23 m，寬30～50 mm。受持續(xù)降雨的影響，2003年8月26日—9月7日，是壩基滲漏發(fā)展最為迅速的時(shí)段，最高庫(kù)水位達(dá)到249.83 m，水庫(kù)滲漏量最大日平均達(dá)11.2萬(wàn)m3，滲漏量巨大表明主壩壩基在高水位時(shí)仍存在嚴(yán)重滲漏。從現(xiàn)象上看，滲漏最嚴(yán)重時(shí)壩后河槽全部被滲水覆蓋，呈沼澤化，壩后河槽多處出現(xiàn)泉眼并有涌沙現(xiàn)象，壩后兩個(gè)滲流觀測(cè)井因與河槽砂卵石直接相通，出水量更為集中，滲水冒出井口后四溢，壩后明流滲水流量為0.0528 m3/s。

二、塢羅水庫(kù)主壩綜合防滲技術(shù)措施

1.加固任務(wù)

塢羅水庫(kù)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，采用單一的防滲技術(shù)工程成本高，防滲效果差。因此，在塢羅水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，進(jìn)行綜合防滲技術(shù)的研究具有理論應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)的工程意義。根據(jù)河南省發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)的《鞏義市塢羅水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)》（豫發(fā)改設(shè)計(jì)〔2005〕584 號(hào)），塢羅水庫(kù)主壩除險(xiǎn)加固主要任務(wù)是主壩壩頂加高，新建壩頂防浪墻，上游坡裂縫處理，右岸黃土濕陷性處理，增設(shè)下壩公路、下游坡面排水溝及壩肩、壩頂排水溝，主壩壩基及壩肩繞滲處理等。

2.綜合防滲技術(shù)研究

根據(jù)塢羅水庫(kù)特殊的地形條件、水文地質(zhì)資料、歷次檢測(cè)加固的資料、加固后的效果和產(chǎn)生滲漏的原因等歷史資料，認(rèn)為主壩存在滲漏的主要通道是壩基強(qiáng)透水性的第四系全新統(tǒng)沖積砂卵石層、第四系中更新統(tǒng)沖積泥沙卵石層、第四系中更新統(tǒng)坡積碎石土層、裂隙發(fā)育的硅鐵質(zhì)砂巖土和F1斷層破碎帶。左右岸壩肩基巖裂隙發(fā)育，壩肩繞滲量也占滲漏量的一小部分。河南省水利水電工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)監(jiān)督站、鞏義市水利局、鄭州大學(xué)、鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院等單位對(duì)水庫(kù)存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入分析研究，提出了“混凝土防滲墻及塑性混凝土防滲墻、膨潤(rùn)土防水毯、水泥土、帷幕灌漿、高壓噴射灌漿”六位一體的綜合防滲方案，形成了水平防滲與垂直防滲的空間防滲體系。

3.綜合防滲技術(shù)措施

①針對(duì)塢羅水庫(kù)河槽為砂卵石層、基巖裂隙發(fā)育、壩基存在斷層破碎帶及風(fēng)化帶的特殊地質(zhì)情況，提出了246.0 m高程以下采用混凝土防滲墻、塑性混凝土防滲墻和246.0 m高程以上采用岸坡水泥土防滲面層處理防滲技術(shù)措施，即在上游246.0 m高程平臺(tái)上，采用厚0.6 m的混凝土防滲墻進(jìn)行壩基防滲處理，混凝土防滲墻下部深入基巖1m，上部樁號(hào)0+090～0+305壩段深入壩體3 m；樁號(hào)0+305～0+370壩段深入壩肩黃土層3m，防滲墻頂高程為245.0m；樁號(hào)0+370～0+422壩段，防滲墻頂高程為245.0 m。

②右壩肩繞滲問(wèn)題及濕陷性黃土地基問(wèn)題曾導(dǎo)致該壩段壩體出現(xiàn)橫向裂縫，雖進(jìn)行了表面回填處理，但壩體內(nèi)部裂縫并未消除，在235.0～245.0 m高程之間的黃土具有濕陷性。通過(guò)分析漏水成因，提出在樁號(hào)0+260～0+436之間上游壩坡鋪設(shè)膨潤(rùn)土防水毯，厚 5 mm；在 246.0～260.0 m高程之間的上游壩坡鋪設(shè)膨潤(rùn)土防水毯，并采用高噴防滲墻進(jìn)行防滲處理；壩肩以外到坡面高程260 m以下采用水泥土封堵的綜合防滲技術(shù)措施。

③針對(duì)斷層破碎帶，考慮在斷層破碎帶灌漿可能引起壩體破壞，提出了三排二序的帷幕灌漿防滲技術(shù)措施。將灌漿孔放在上游壩腳外水泥土護(hù)坡下，灌漿孔設(shè)計(jì)為3排，先灌下排孔，再灌上排孔，最后灌中排孔，樁號(hào)范圍為0+397～0+447，灌漿平臺(tái)高程為248.0 m，孔、排間距為 1.1 m；由于施工場(chǎng)地限制，在樁號(hào)0+447處從垂直壩軸線(xiàn)方向向右壩肩每偏1.25°鉆一斜孔，斜孔偏角范圍為0°～15°，帷幕灌漿孔底高程根據(jù)帷幕灌漿孔吃漿量調(diào)整確定。這樣既可以保證施工質(zhì)量又可以加快施工進(jìn)度。

④以上綜合防滲技術(shù)措施的深入研究，還成功地解決了水泥土、膨潤(rùn)土防水毯、高噴防滲墻、混凝土防滲墻、塑性混凝土防滲墻及帷幕灌漿相互之間的連接問(wèn)題，從而保證了防滲體系的完整性和封閉性。

三、塢羅水庫(kù)主壩綜合防滲效果

塢羅水庫(kù)主壩除險(xiǎn)加固工程布設(shè)了11根測(cè)壓管，其中壩基測(cè)壓管5根，壩體測(cè)壓管6根；布設(shè)了9個(gè)沉降、位移觀測(cè)點(diǎn)。2008年5月21日開(kāi)始對(duì)高水位運(yùn)行進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)管內(nèi)一直無(wú)水，防滲效果較好。塢羅水庫(kù)主壩防滲除險(xiǎn)加固后，通過(guò)兩年多的運(yùn)行和觀測(cè)，塢羅水庫(kù)壩前漩渦狀滲流點(diǎn)、壩后冒水點(diǎn)均消失，且壩后無(wú)滲漏明流形成，壩后觀測(cè)井一直沒(méi)水，滲漏現(xiàn)象消除。右岸黃土臺(tái)地邊緣的裂隙消失，貫穿壩身的裂隙消除。

2009年6月，河南省水利基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心站對(duì)塢羅水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告顯示，主壩除險(xiǎn)加固工程的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。塢羅水庫(kù)主壩防滲除險(xiǎn)加固工程效果良好，大壩安全性得到加強(qiáng)，防洪標(biāo)準(zhǔn)得到提高，保護(hù)了下游鄭西高鐵、310國(guó)道、鞏義市區(qū)等的安全，社會(huì)效益顯著。同時(shí)，為市區(qū)供水和農(nóng)田灌溉提供了穩(wěn)定水源，為陸渾水庫(kù)來(lái)水的調(diào)節(jié)提供了保障，并產(chǎn)生了良好的生態(tài)效益。

四、推廣及應(yīng)用前景

近年，由于塢羅水庫(kù)主壩除險(xiǎn)加固工程綜合防滲技術(shù)的成功應(yīng)用和科研院校及設(shè)計(jì)、施工單位的研究，加之河南省水利基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心站等單位的推廣，一些項(xiàng)目法人和勘測(cè)設(shè)計(jì)單位到塢羅水庫(kù)進(jìn)行考察和了解。河南省大中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，有幾十座水庫(kù)采用了綜合防滲技術(shù)。如鄭州市河王水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，結(jié)合地質(zhì)情況采用了粉噴樁結(jié)合高噴灌漿等綜合防滲措施；鄭州市尖崗水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，結(jié)合地質(zhì)情況采用了主壩塑性混凝土防滲墻和主壩放水管外圍高壓擺噴灌漿等綜合防滲措施；衛(wèi)輝市石包頭水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，結(jié)合地質(zhì)情況采用了主壩上游鋼筋混凝土防滲面板、壩基壩肩帷幕灌漿等綜合防滲措施。

塢羅水庫(kù)主壩除險(xiǎn)加固工程及上述水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程綜合防滲技術(shù)的成功應(yīng)用證明，采用多位一體的綜合防滲技術(shù)方案治理病險(xiǎn)土石壩,能夠在壩體、壩基和壩肩形成封閉的防滲體系，具有防滲效果好、投資少、施工速度快等特點(diǎn)，極大地豐富了水庫(kù)防滲除險(xiǎn)加固工程實(shí)踐。綜合防滲技術(shù)為其他水庫(kù)除險(xiǎn)加固的防滲設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新思路,具有借鑒、推廣和應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]河南省水利水電工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)監(jiān)督站，鞏義市水利局，鄭州大學(xué).塢羅水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程綜合防滲技術(shù)研究[R].2009.

[2]高丹盈，胡良明，嚴(yán)克兵，等.水泥用量對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度的影響[J].水利水電技術(shù)，2008（9）.

[3]何潤(rùn)芝，何麗娟.防滲墻低彈塑性混凝土的試驗(yàn)研究與應(yīng)用[J].混凝土，2006（9）.

[4]陳士亮，宋杰，吳存錫，等.高壓噴射灌漿防滲技術(shù)探討[J].中國(guó)科技信息，2007（17）.