壺流河水庫下游壩坡滲水處理措施

張鶴云

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

壺流河水庫下游壩坡滲水處理措施

張鶴云

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

對壩體下游壩坡滲水原因進行了分析，比較了振動沉模、劈裂灌漿和深層攪拌連續(xù)墻等防滲加固方案，確定采用振動沉模、防滲墻進行防滲處理，闡述了振動沉模防滲墻的設(shè)計要點。

振動沉模；防滲墻；劈裂灌漿；深層攪拌連續(xù)墻

1 工程概況

壺流河水庫位于河北省蔚縣暖泉鎮(zhèn)東、縣城上游6km處，是海河流域永定河支流壺流河中上游的中型水利樞紐工程，總庫容8700萬m3，控制流域面積1749km2。水庫的主要任務(wù)是以防洪為主，結(jié)合灌溉。水庫樞紐由攔河壩、泄洪洞、溢洪道和南、北灌溉洞組成。

攔河壩為均質(zhì)土壩，最大壩高16.7m，壩頂長2724m，壩頂寬6.0m。河床段壩基為厚5m的砂及砂礫石，壩基采用開挖截水槽防滲，設(shè)褥墊式棱體排水；河床兩岸壩段壩基為粘土、壤土，下游壩基設(shè)褥墊式排水。

工程運行中下游壩坡大面積浸濕，以致于水庫降低水位運行，不能正常運用。

2 加固前壩體存在問題

1980年2月12日至2月26日觀測資料分析，庫水位由922.29m升至922.5m，0+600斷面3號測壓管（距壩頂中心線以下14m）水位從914.9m升至917.2m，突然抬高了2.3m，3月7日庫水位升至922.52m時，3號測壓管水位升至918.25m，較2月12日水位抬升了3.35m。為探討水位變化原因，采用準150小土鉆打孔進行觀測，發(fā)現(xiàn)其水位變化在高程918.0～920m范圍之內(nèi)，水位上升段明顯的壩段為樁號0+400～0+700，最嚴重的是0+ 500～0+650壩段，壩體孔內(nèi)水位與高程919m壩面基本齊平，在下游壩坡高程919m處發(fā)現(xiàn)有水滲出。為避免滲流造成壩體滑坡，保證大壩安全，即開啟泄洪洞將庫水位由922.52m降至921.5m，此后，水庫控制水位921m以下運行。

3 下游壩坡滲水原因

3.1 施工質(zhì)量

依據(jù)建壩施工資料分析，發(fā)現(xiàn)大壩填土施工質(zhì)量控制存在問題。大壩施工填筑歷時18個月，在填筑過程中，壩體相結(jié)合的部位有未清理松散干土，灑水不及時；壩體和兩岸結(jié)合部分的結(jié)合槽坡度不夠或未刨毛，邊角小區(qū)碾壓困難，人工夯實質(zhì)量難以保證，致使部分壩段出現(xiàn)軟夾層，回填質(zhì)量達不到設(shè)計要求。

由于大壩填筑為群眾性施工，上工地的民兵多，車多，施工質(zhì)量控制人員相對較少，無論土料土質(zhì)、含水量、鋪土厚度和碾壓遍數(shù)都難以控制，壓實質(zhì)量差，難以達到設(shè)計要求。

1972年，大壩填筑關(guān)鍵期間，由于時間緊、任務(wù)大，又值汛期施工，各施工單位爭搶進度，大壩填土超過要求厚度的情況時有發(fā)生，碾壓不實，碾壓質(zhì)量很難達到設(shè)計要求。7、8月份又遇兩次較大降雨，雨后壩面普遍形成塑性較大的軟泥（俗稱彈簧土），處理效果不徹底，壩體存有軟夾層隱患。

為了冬季蓄水，樁號1+400～1+900壩段，從高程916.0m至917.0m，壩寬10m為冬季施工，隨鋪土隨凍。第2年春解凍后，檢驗干密度為1.42～1.55g/cm3。1973年填土?xí)r，將凍融土部分進行了開挖處理，凍土翻挖0.4m后，再分層回填碾壓，但返工不徹底，壩體填筑質(zhì)量和施工方法存在問題。

3.2 鉆孔成果分析

為了查清壩體填筑質(zhì)量，1981年12月對壩體、壩基進行了外業(yè)地質(zhì)勘探。

3.2.1 左壩段

左壩段樁號0+200～1+400為一級階地，鉆孔揭露的地層巖性為：高程890～903m為下更新統(tǒng)（Q1）湖相沉積黑色粘土、壤土互層。一般土質(zhì)較好，天然容重19.5～20.5kN/m3，凝聚力40～110kPa，摩擦角18°～20°，滲透系數(shù)10-6～10-9cm/s。高程903～913m為上更新統(tǒng)（Q3）沖積、洪積層，其中高程903～906m為砂礫石，局部為含粘土礫石。該層厚度穩(wěn)定分布于整個河槽，滲透系數(shù)值5m/d。高程906～913m為壤土夾細砂、礫砂透統(tǒng)體，滲透系數(shù)值9.7m/d。高程913～915.34m為全新統(tǒng)（Q4）壤土，黃土狀壤土，土質(zhì)疏松，層厚1～3m，標貫試驗一般小于4擊，無側(cè)限抗壓強度小于0.05MPa，壓縮系數(shù)0.012，凝聚力68kPa，內(nèi)摩擦角17.6°。地下水位較高，由左岸坡流向河床。

3.2.2 中壩段

中段樁號1+400～2+080為漫灘及河槽部分，高程903.5～904m以下到高程880m，為下更新統(tǒng)的湖相黑色粘土類土。高程905.4～906m為上更新統(tǒng)的洪積、沖積的砂卵石層。再上到高程908m，為全新統(tǒng)的洪積、沖積砂卵石層，砂卵石層總厚度4.4～5.16m，其中砂含量50%，礫石20%，卵石30%，卵石粒徑20～50mm，成分為灰?guī)r，少量為火成巖，含有較多泥質(zhì)透水性不強。在含水層上部，主河道以北，即河漫灘地帶覆蓋厚1m的黃色壤土，褐色含角礫，軟塑，天然容重16.1～16.2kN/m3。本段主要由砂卵石層組成，地基承載力較高，該層是壩基的主要滲漏段。

3.2.3 右壩段

右段樁號2+080～2+950為一級階地。高程904m以下為下更新統(tǒng)湖相沉積堅硬黑色粘土類土，貫入擊數(shù)在12擊以上，最大達48擊，抗壓強度在0.15MPa以上，壓縮系數(shù)0.014～0.03，凝聚力124～147kPa，內(nèi)摩擦角5（°）～11.9（°）。高程904m以上到高程907～909m，為上更新統(tǒng)洪積、沖積、坡積的黃色和黑色粘土和砂卵石。其間在高程903.5～906m有厚1.7m的砂卵石透水層（該層與左、中段相近），上部緊密度中等下部較緊，含泥質(zhì)，滲透系數(shù)25～29m/d。含水層上部的黑色壤土及其上部的黃色粘土，抗壓強度較高，再上部的坡積、洪積黃色壤土，土質(zhì)不均勻，含粘土團塊，結(jié)構(gòu)松散。此層到地表為全新統(tǒng)的黃色壤土和亞砂土，土質(zhì)較軟，抗壓強度較低，一般小于0.05Pa，壓縮系數(shù)0.025～0.043，屬中壓縮性土，凝聚力0.034～0.044 kPa，內(nèi)摩擦角11.9°～19.8°，含水量較高，有的達30.6%。樁號2+700～2+950地段屬山前傾斜平原段，下更新統(tǒng)（Q1）湖相黑色粘土類土，層面高程在壩7號孔處為911.8m，較左岸的層位約低4m。高程922.0m為上更新統(tǒng)（Q3）的沖積洪積粘性土，其上覆蓋為全新統(tǒng)的沖洪積黃土狀壤土，厚度隨地形不同而異。地下水位919.13m高程，由右岸流向河床。由于粘土透水性弱，產(chǎn)生繞壩滲漏的可能性很小。

通過地質(zhì)條件分析，中段地基抗剪強度、承載力均較高，是壩基滲漏的主要壩段。左、右壩段地基持力層均為全新統(tǒng)（Q4）黃土狀壤土，左壩段的天然含水量28.5%～30.1%，干容重為13.31～13.68 kN/m3，凝聚力11～14kPa，內(nèi)摩擦角為12.6°～16.9°。右壩段地基黃土狀壤土，試驗指標略高于左壩段，干容重14.7～14.4 kN/m3，凝聚力14～15kPa。由于壩基有較厚的粘性土，故壩基滲漏量遠比中段小，尤其兩壩肩形成繞壩滲流的可能性更小。中段透水性較強，北段較弱。兩壩肩基本不存在繞滲條件。

3.2.4 軟土層

壩體有兩段夾有軟土層帶，分別位于樁號0+300～1+280和1+770～2+210之間。其中樁號1+775壩段附近有3個軟土層帶。重點檢查的樁號0+453～0+650壩體（即測壓管水位突變段）有3個軟土層帶，軟土層帶含水量為17%～21%，土質(zhì)松軟。

綜合施工資料及壩體鉆探資料分析，確定壩體下游壩坡滲水原因為壩體存在軟弱夾層帶，需采取壩體防滲加固措施解決下游壩坡滲水問題。

4 防滲方案選擇

4.1 振動沉模防滲墻

優(yōu)點是技術(shù)先進，工效高，工藝簡單；質(zhì)量控制直觀、方便，能形成一道連續(xù)的厚度比較均勻的防滲墻，墻比較薄，沒有接縫，成墻質(zhì)量好；設(shè)備性能穩(wěn)定，機械化程度高，便于控制；墻體固結(jié)時間短，施工速度快，20min可完成寬66cm、深17m的墻體沉模灌注工序；防滲墻單價約150元/m2，防滲墻總投資為310萬元。缺點是施工機械設(shè)備繁雜笨重，設(shè)備造價在170萬～180萬元/套；對于土壩裂縫需用灌漿另行處理，抗震性能較差。

4.2 劈裂灌漿

優(yōu)點是機械設(shè)備簡單、輕便、靈活，可使壩體整體性加強，對穩(wěn)定有利；技術(shù)比較可靠，可以較好地解決壩體滲漏問題；可以用單一技術(shù)解決壩體滲漏和裂縫問題；造價低，灌漿總投資為275.9萬元；抗震性能較好。缺點是形成的防滲墻不均勻，墻體固結(jié)時間較長、施工速度慢，需要兩道劈裂灌漿。

4.3 深層攪拌連續(xù)墻

優(yōu)點是技術(shù)先進，工效高，工藝簡單，設(shè)備造價在30萬～40萬元/套；能形成連續(xù)的防滲墻；地層適應(yīng)性較振動沉模強；設(shè)備性能穩(wěn)定，機械化程度高，便于操作。防滲墻單價為120～170元/m2，防滲墻總投資為310.6萬元。缺點是不適于存在較硬的土層，易產(chǎn)生斷齒、斷桿等機械損壞，最大深度不宜超過15m；樁墻強度較低，滲透系數(shù)相對較大；連接處易開叉，下部不連續(xù)；對于土壩裂縫需用灌漿另行處理。

綜上所述，振動沉模防滲墻技術(shù)具有工效高、成墻質(zhì)量好、投資較低等優(yōu)勢，故選定為推薦方案。

5 振動沉模防滲板墻設(shè)計

5.1 板墻長度及深度的確定

壩體在0+595、0+625、1+775、2+223斷面存在成帶、成片的軟夾層，因此對樁號0+290～1+290、1+760～2+260共計1500m范圍內(nèi)布置振動沉模防滲墻。平面位置布設(shè)在壩頂中心線上。

結(jié)合攔河壩壩頂56條較大裂縫，采取挖除回填處理方案，板墻頂高程確定為924.0m。

成片、成帶的軟夾層分布在高程918m附近，板墻底高程低于軟土層2～3m，板墻底高程的確定為915.0m。

5.2 板墻厚度的確定

計算墻厚0.10m，設(shè)計墻厚取0.12m。

5.3 設(shè)計參數(shù)

振錘激振力570kN，振動頻率1050次/min，模板寬度0.7m，厚度0.12m，長度10m，提升速度1～2m/min。漿液配比中水：水泥：粉煤灰：砂為1∶1∶0.9∶2，比重2.03g/cm3，抗壓強度2～4 MPa。

5.4 技術(shù)控制指標

振動沉模板墻最小墻厚不小于12cm，且必須滿足下列要求（保證率95%）：

（1）抗壓強度不小于3.0MPa；

（2）彈性模量不大于1×103MPa；

（3）墻體滲透系數(shù)K≤1.0×10-7cm/s；

（4）破壞比降J＞500（28d）。

5.5 實施效果

工程實施后，已多次向北京輸水，至今水庫運行正常。

6 結(jié)語

（1）振動沉模成墻技術(shù)是一項堤壩防滲新技術(shù)，具有工效高、成墻質(zhì)量好、投資較低等優(yōu)勢。對一般細顆粒地層條件，當(dāng)建造板墻深度小于20m、厚度小于30cm的防滲墻時，宜優(yōu)選振動沉模成墻技術(shù)。

（2）通過施工開挖基坑檢查、鉆孔檢查以及建成8年多來的工程運行檢查，證明振動沉模成墻技術(shù)質(zhì)量可靠。

（3）壺流河水庫振動沉模防滲墻技術(shù)在河北省內(nèi)尚屬首次應(yīng)用，為水庫防滲加固措施提供了新思路和工程實踐。

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Key Points of the Downstream Slope Water Seepage Treatment Design of Huliu River Reservoir

ZHANG He-yun
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，TianJin 300250，China）

s：The article analyses the reasons of downstream slope water seepage，and contrasting the schemes of seepage preventions of vibrating sink mold，the split grouting and the deep mixing continuous wall，bringing up the key points of vibration to sink mold impermeable wall design.

vibrating mold；cutoff wall；split grouting；deep mixing continuous wall

TV223.4

A

1672-9900（2012）02-0088-03

2012-01-31

張鶴云（1971-），女（漢族），河北樂亭人，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計，（Tel）13602177802。