混凝土防滲墻在大清溝水庫除險加固工程中的應(yīng)用

孫殿文，劉春洋，劉福春

（1.遼寧省阜新市水利局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省彰武縣水利技術(shù)推廣中心站，遼寧 彰武縣 123200；3.遼寧省阜新市清河門區(qū)河西鎮(zhèn)水利站，遼寧 阜新 123000）

1 工程概況

大清溝水庫位于遼河水系柳河左側(cè)一級支流大清溝河下游處，距入柳河口1.5 km。水庫控制的全流域均為內(nèi)蒙古科爾沁沙丘區(qū)，年徑流多為降水入滲后通過深度下切的河岸補給。壩址以上實測產(chǎn)流面積15.0 km2，總庫容1 120 萬 m3。

大清溝水庫始建于1958年4月，經(jīng)過五十多年的長期運行，累積病險問題逐年加重：大壩上游護坡塊石風(fēng)化破碎嚴(yán)重，下游排水體淤堵失效；壩體浸潤線逸出點高，滲漏嚴(yán)重；泄洪洞進(jìn)水塔框架斷裂，閘門啟閉不正常；溢洪道懸槽井柱、槽體斷裂，閘門與啟閉機老化等，已經(jīng)對水庫安全構(gòu)成威脅。

2003年經(jīng)水利部大壩安全管理中心鑒定復(fù)核為三類壩，2005年列入國家水庫除險加固工程投資計劃，2006年開工建設(shè)。

2 混凝土防滲墻的應(yīng)用條件

2.1 大壩基本情況

大清溝水庫大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高23.5 m，筑壩材料取自大壩兩端的沙丘，均為第四系級配不良中沙，粒徑在0.005～2.0 mm之間，滲透系數(shù) 2.66×10-4cm/s。

實施除險加固工程前的高庫水位時，大壩浸潤線在下游坡上逸出，坡面積水深度近20 cm，壩腳多處出現(xiàn)管涌先兆，下游壩坡多次產(chǎn)生塌坑，大壩處在十分危險的境況。為此，解決壩體滲透與穩(wěn)定是本次水庫除險加固的核心內(nèi)容。通過分析筑壩材料、壩基地質(zhì)、運用方式等條件，計算大壩的滲流穩(wěn)定，確定在大壩軸線上實施混凝土防滲墻的加固方案。

2.2 混凝土防滲墻設(shè)計

本次設(shè)計混凝土防滲墻厚0.3 m，墻高25.0 m（其中壩高21.5 m、壩基深3.5 m），軸線長380.0 m，防滲體總面積9 486 m3。

1）混凝土防滲墻厚度

本次設(shè)計參照《大壩基礎(chǔ)防滲墻》中墻體厚度計算公式。最高庫水位168.02 m，河底高程147.0 m，下游無水，故作用在防滲墻上的最大水頭差ΔHmax為21.02 m；取抗?jié)B坡降安全系數(shù)K為4.0、防滲墻滲透破壞坡降Jmax300，混凝土防滲墻計算厚度δ為0.3 m。由于溝槽施工超挖的原因，實際墻體厚度約0.4 m。

2）墻體混凝土配合比

借鑒國內(nèi)外已建設(shè)大壩防滲墻的各種材料，結(jié)合大清溝水庫大壩的工程條件，選擇普通混凝土為防滲墻體材料，混凝土強度等級C20、抗?jié)B等級W8。

混凝土配合比：32.5普通硅酸鹽水泥360 kg/m3、河沙877 kg/m3、小碎石950 kg/m3、水163 kg/m3、外加劑3.6 kg/m3，水灰比 0.45。

3 混凝土墻防滲效果的分析

大壩混凝土防滲墻工程于2006年8月15日開工建設(shè)，同年11月8日全部完工，歷時86 d。為檢驗混凝土墻的防滲效果，對混凝土防滲墻建設(shè)前與后，庫水位基本相同時原測壓管中排2至4號孔、西排2至4號孔的九組觀測資料進(jìn)行對比，從測壓管內(nèi)水位高度變化情況，分析防滲墻的工作效果。

通過對大壩浸潤線實測資料的對比分析，結(jié)果是：

防滲墻實施前與后，庫水位在164.40 m時，中排測壓管的兩次水位變化差值：2號管（壩上部）4.02 m，4號管（壩下部）0.64 m；西排測壓管的兩次水位變化差值：2號管2.72 m，4號管0.58 m。庫水位在162.62 m時，中排測壓管的兩次水位變化差值：2號管2.64 m，4號管0.33 m；西排測壓管兩次水位變化差值：2號管2.09 m，4號管0.33 m。其他7組庫水位介于164.40～162.62 m之間，變化規(guī)律與上述兩組一致。

同一庫水位，混凝土防滲墻建設(shè)前后，測壓管內(nèi)水位有較大變化，庫水位越高,水位差值越大；西排測壓管比中排測壓管內(nèi)水位變化幅度??；庫水位越高，中、西兩排測壓管內(nèi)水位變化幅度差值越大。其原因為西排測壓管受西側(cè)高沙丘地下水及壩肩繞滲補給影響所致。

防滲墻建設(shè)前后的浸潤線與滲透水量情況：

1）大壩浸潤線的對比

依據(jù)一般滲流公式計算防滲墻施工前后的大壩浸潤線，同一水平位置，浸潤線高度下降很大；壩后160 m處，浸潤線高度下降近10 m，充分顯現(xiàn)了混凝土墻的防滲效果。計算結(jié)果見表1。

2）大壩滲透水量的對比

根據(jù)觀測資料，大清溝水庫原年滲漏水量達(dá)93.1萬m3。在大壩設(shè)置棱體排水的情況下，計算加固前通過壩體和壩基的單寬滲流量；加固后，由于混凝土防滲墻的滲透系數(shù)小，滲流通過墻體后水頭損失大，浸潤線形成較大跌落，忽略上游壩體的水頭損失，計算防滲墻的滲流量見表2。

混凝土防滲墻實施后與實施前，大壩單寬滲漏量相差751倍。

4 結(jié)語

通過對實測資料的對比分析，得出：大清溝水庫壩體混凝土防滲墻工程的實施，大幅度降低了大壩浸潤線，減少了大壩滲漏水量，消除了大壩滲透破壞的隱患，實現(xiàn)了除險加固工程的目標(biāo)。實踐證明，混凝土防滲墻是解決科爾沁沙漠區(qū)域中細(xì)沙均質(zhì)壩滲漏的有效措施，該工程方案具有施工技術(shù)先進(jìn)，施工方法可靠，運行年限長久，投資經(jīng)濟合理，保證大壩安全等優(yōu)點。

表1 防滲墻建設(shè)后與前浸潤線對比表m

表2 混凝土防滲墻建設(shè)前后滲漏量對比表

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[1]高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].北京：中國電力出版社.