五華縣東風(fēng)水庫防滲加固設(shè)計(jì)探討

鐘巧文

(五華縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室，廣東五華514400)

洪澇是現(xiàn)代社會(huì)最常見的災(zāi)害之一，也是危害性最大的的災(zāi)害之一，嚴(yán)重影響人們的正常生活，威脅人們的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全，因此受到廣泛地關(guān)注。在洪澇災(zāi)害的預(yù)防中，水庫處于關(guān)鍵的地位，是防洪災(zāi)害體系中最重要的防洪工程之一，對(duì)洪澇災(zāi)害的預(yù)防與控制有著非常重要的意義。近年來，我國政府不斷地加強(qiáng)水庫工程的修建，這些水庫工程在防御洪澇災(zāi)害方面發(fā)揮著不可缺少的作用，但由于各種原因，出現(xiàn)較多的病險(xiǎn)水庫，大多存在滲漏現(xiàn)象。水庫滲漏不僅使水庫無法發(fā)揮其社會(huì)效益，而且威脅江河下游百姓的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全，因此相關(guān)部門必須采取強(qiáng)有力的加固措施預(yù)防水庫出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。在水庫加固過程中，如何進(jìn)行防滲處理設(shè)計(jì)是施工部門工作中的當(dāng)務(wù)之急。

1 東風(fēng)水庫工程概況

東風(fēng)水庫是一座小型水庫，1971年建成，地處五華縣華城鎮(zhèn)的華新村，其主要功能是灌溉，同時(shí)具備一定的防洪功能。東風(fēng)水庫的總庫容為182萬m3，是我縣華城鎮(zhèn)華新村主要的灌溉工程，其建筑物主要包括溢洪道、放水洞以及攔河壩。其中溢洪道為開敞式，無需使用閘門進(jìn)行控制;放水洞的形狀為圓形，且存在壓洞，其可以儲(chǔ)存3 m3/s以下的水流量;攔河壩壩高可達(dá)20.7 m，壩頂長可達(dá)75 m，屬于黏土心墻土石混合壩。

2 東風(fēng)水庫主要存在的問題

東風(fēng)水庫修建年代較早，受歷史條件影響，缺乏專業(yè)的施工人員，因此其施工質(zhì)量得不到保證。水庫在修建完畢后，其攔河壩左壩肩、壩基以及壩體等皆出現(xiàn)程度不同的滲漏現(xiàn)象，致使水庫不能正常蓄水，無法發(fā)揮應(yīng)有的效益。2011年，大壩安全鑒定中心在一系列的鑒定工作后正式將東風(fēng)水庫列入Ⅲ類壩。

通過對(duì)東風(fēng)水庫進(jìn)行實(shí)地勘查，發(fā)現(xiàn)其主要存在以下5個(gè)問題:1)黏土心墻土質(zhì)存在不連續(xù)及不均勻的現(xiàn)象，在心墻的中間部位出現(xiàn)含壤土碎石層，壩體出現(xiàn)較嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。

2)攔河壩壩基位于含壤土碎石層的上方，在原設(shè)計(jì)中雖然添加了混凝土齒墻，使其成為防滲體，但在實(shí)地勘查中，防滲體已經(jīng)無法找尋，因此可以斷定水庫的壩基出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象。

3)位于大壩左壩的肩巖體出現(xiàn)節(jié)理裂隙發(fā)育的現(xiàn)象，其節(jié)理面大壩的壩軸線想垂直，出現(xiàn)連接上游及下游的滲漏通道，滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重。

4)因?yàn)榇髩蔚膲误w心墻無法發(fā)揮其防滲的功能，在攔河壩下游壩坡處，其浸潤線的出逸點(diǎn)相對(duì)比較高，出逸段無法滿足滲透穩(wěn)定所需的的條件，因此出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

5)溢洪道中的擋墻部分局部出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，左擋墻由于長度比較短，因此在泄洪時(shí)容易造成放水洞在出口段處的堵塞，致使出口段處堆積較多的石渣，阻礙水庫進(jìn)行正常的泄洪。

3 攔河壩滲漏的原因分析

3.1 壩體心墻的滲漏

東風(fēng)水庫屬于黏土心墻壩，其心墻巖性是壤土，壤土的干密度在1.48～1.66 g/cm3，黏粒含量在19.0% ～22.9%。在心墻壤土層中，其滲透系數(shù)建議值通常處于1.6×10-7～4.1×10-4cm/s，平均值一般為8.0×10-5cm/s，大部分心墻壤土層為弱透水層。在實(shí)地勘查中，觀察到心墻土質(zhì)存在不均勻的現(xiàn)象，心墻土質(zhì)的中間出現(xiàn)含壤土碎石層，或者在壤土中出現(xiàn)碎石的現(xiàn)象，其碎石成分主要為斑巖，斑巖的巖石強(qiáng)度通常會(huì)比較低。在對(duì)心墻實(shí)施鉆孔過程中，若遇到含壤土碎石，則鉆孔可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。

3.2 壩基的滲漏

壩基位于含壤土碎石層的上方，在心墻之下的范圍內(nèi)，含壤土碎石層的厚度為7.3 m，滲透系數(shù)實(shí)驗(yàn)值通常是7×10-2cm/s，其透水性比較強(qiáng)。壩基混凝土中的防滲齒槽在原水庫設(shè)計(jì)中存在過，但在實(shí)地勘查時(shí)并未出現(xiàn)過，所以可以斷定壩基出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

3.3 左壩肩繞壩的滲漏

在左壩部位中，其肩山體巖性主要是安山巖，安山巖巖體出現(xiàn)強(qiáng)一弱風(fēng)化狀，強(qiáng)風(fēng)化處的厚度為1.5 m，由含壤土碎石覆蓋在上面，含壤土碎石的厚度約為0.5 m。在左壩頭周圍，存在露巖體節(jié)理裂隙發(fā)育的現(xiàn)象，其節(jié)理面與壩軸線形成一個(gè)垂直的角度，因此出現(xiàn)連接上游及下游的滲漏通道，滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重。

4 攔河壩防滲方案的選擇

在選擇攔河壩壩體防滲方案使，必須參照江河的下游情況、壩高及壩型選擇鋪設(shè)土工膜、高壓灌漿、攪拌樁、重力或劈裂灌漿以及加設(shè)下游反濾排水棱體等一些重要的措施;壩肩與壩基的滲漏可以參照壩基覆蓋層、工程造價(jià)、壩型、透水層厚度以及壩型等選擇高壓灌漿或混凝土防滲墻、沖抓套井黏土回填以及帷幕灌漿等重要的措施。

在東風(fēng)水庫攔河壩防滲處理設(shè)計(jì)中，我們主要選擇“上游壩腳布設(shè)混凝土防滲墻加上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜再加左岸基巖帷幕灌漿”的方案，具體方案如下:

壩體防滲主要采取在攔河壩上游壩腳布處建立相關(guān)的混凝土防滲墻、在攔河壩上游壩坡處鋪設(shè)相關(guān)的復(fù)合土工膜的措施。參照上游壩坡對(duì)上游干砌石護(hù)坡及墊層進(jìn)行相關(guān)的加固拆除措施，同時(shí)運(yùn)用壩腳處庫區(qū)的淤積面作為防滲墻具體施工的平臺(tái)，并澆筑相關(guān)的防滲墻。因?yàn)樯嫌螇纹滤槭牧奖容^大，所以在選擇防滲墻時(shí)，通常選擇其厚度為50 cm的滲墻墻，墻底可以深入到強(qiáng)風(fēng)化基巖中1.0 m處，其墻頂?shù)母叨瓤蛇_(dá)111.6 m。

在防滲墻頂部應(yīng)該對(duì)混凝土座實(shí)施必要的澆筑措施，在澆筑過程中可以對(duì)土工膜下部實(shí)施必要的固定措施，混凝土座的底深通常為1.0 m、寬通常為1.0 m，兩側(cè)邊坡的比例為1∶0.75，

左右部位及上部分別錨固在左右岸所開挖的錨固槽及壩頂路面底部中，錨固槽寬通常為1.0 m，深通常為1.0 m，選擇C20F250混凝土實(shí)施澆筑，這樣可以較好地保持防滲墻頂部及壩坡復(fù)合土工膜的可靠連接［1］。

由于原壩體材料通常為含壤土碎石，而碎石主要為棱角狀，因此可以在壩面的上層鋪設(shè)一層細(xì)砂作為保護(hù)層，細(xì)砂的厚度在30 cm左右比較適宜，在細(xì)砂鋪設(shè)完畢后，需進(jìn)行復(fù)合土工膜的鋪設(shè)。通常情況下，土工膜的上部需鋪設(shè)一層砂礫料作為防凍層，砂礫料的厚度大約為50 cm，砂礫料鋪設(shè)完畢后，需進(jìn)行反濾料及干砌石護(hù)坡的鋪設(shè)，反濾料的厚度宜40～60 cm，干砌石護(hù)坡厚度約為40 cm。

在混凝土防滲墻的左側(cè)及左側(cè)壩肩處實(shí)施帷幕灌漿，帷幕灌漿孔的布置主要為單排，其孔距一般是1.5 m。參照帷幕灌漿相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)地勘查的實(shí)驗(yàn)成果，在確定灌漿孔底高程時(shí)必須充分考慮深入相對(duì)不透水層2 m［2］。

5 攔河壩防滲方案的設(shè)計(jì)

在沿上游壩坡處，混凝土防滲墻主要布置在原壩的體心墻內(nèi)，在設(shè)計(jì)過程中，可以將其長度設(shè)計(jì)為106 m，墻體中心線與壩軸線相距5.7 m。參照東風(fēng)水庫所處的地質(zhì)資料，原壩體的心墻頂部高程在114.7～117.5 m范圍內(nèi)為壤土，其滲透系數(shù)在1.6×10-7～4.1×10-4cm/s，平均滲透系數(shù)為8×10-5cm/s，由于壩前作用水頭比較小，因此該層土體符合相關(guān)的防滲要求。在選擇防滲墻頂高程時(shí)，可以依據(jù)伸入該層壤土或者高于正常蓄水位1.0 m，選擇118.0 m，墻底必須深入壩基強(qiáng)風(fēng)化基巖，且至少要深入1.0 m，其中墻深可達(dá)到29.0 m?；炷练罎B墻墻體可以參照我國混凝土防滲墻相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)，其墻體厚度可以選擇水力梯度進(jìn)行初步地估算，計(jì)算公式為:

示中:d表示墻厚，m;ΔH max表示作用在墻上的最大水頭差，m;［J］表示防滲墻所允許的滲透破壞坡降，參照我國相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，混凝土防滲墻允許滲透破壞坡降通常在80～100，設(shè)計(jì)取允許破壞滲透坡降通常是80［3］。

在東風(fēng)水庫工程中，ΔH max=20.54 m，可計(jì)算出最小的墻厚，即最小墻厚d=0.25 m，在對(duì)地質(zhì)條件、施工工藝以及防滲墻深度等進(jìn)行充分地考慮后，可以將最小的厚度設(shè)計(jì)為0.3 m。

左岸基巖的帷幕灌漿，其范圍總長大約為52 m，帷幕灌漿孔可以布置成單排，其孔距通常選擇1.5 m，帷幕灌漿頂高程可以選擇118.0 m。參照帷幕灌漿相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)地勘查的實(shí)驗(yàn)成果，樁號(hào)為0+073—0+098的灌漿孔底高程可以選擇94.5 m，同時(shí)在確定灌漿孔底高程時(shí)必須充分考慮深入相對(duì)不透水層2 m，其鉆孔深度可達(dá)到28.4 m;樁號(hào)為0+098—0+125的灌漿孔底高程可以選擇89.8 m，同時(shí)，在確定灌漿孔底高程時(shí)必須充分考慮深入相對(duì)不透水層2 m，其鉆孔深度可達(dá)到35.2 m［4］。

6 結(jié)語

水庫除險(xiǎn)加固防滲是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，它對(duì)水庫的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，因此，我們必須給予高度的重視。在方案設(shè)計(jì)中，必須遵循“安全、適用、經(jīng)濟(jì)”的原則，確實(shí)地做好水庫工程除險(xiǎn)加固防滲工作，使水庫工程不僅能夠進(jìn)行正常的蓄水工作，而且在防御洪澇方面能夠發(fā)揮重要的作用。只有保證水庫工程的質(zhì)量，使其安全地度過汛期，水庫工程才能真正地發(fā)揮其應(yīng)有的社會(huì)效益，才能真正地促進(jìn)百姓的生活與生產(chǎn)的發(fā)展。

［1］王為民.木瓜河三水庫除險(xiǎn)加固壩基防滲處理方案設(shè)計(jì)［J］山西水利，2009(04):56-57.

［2］張?zhí)烀?，蘇紅兵.務(wù)坪水庫壩基防滲處理設(shè)計(jì)［J］.人民長江，2005(09):45-47.

［3］楊浩.淺談小型水庫土壩滲漏成因及防滲措施［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008(17):101-102.

［4］嚴(yán)贛英，楊仁定.木溪水庫主壩壩體防滲除險(xiǎn)加固方案比選［J］.江西水利科技，2008(03):18-19.