垅頭水庫(kù)大壩防滲加固方案選擇分析

□ 林文鋒（福建省安溪縣水利局）

1 水庫(kù)概況

垅頭水庫(kù)位于安溪縣城廂鎮(zhèn)墩坂村，屬晉江西溪英溪支流，水庫(kù)大壩工程于1955年9月動(dòng)工興建，1959年10月建成。水庫(kù)壩址以上流域面積0.84 km2，總庫(kù)容34.40萬(wàn)m3。是一座以灌溉為主，結(jié)合養(yǎng)殖等綜合效益的?。?）型水庫(kù)。大壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高為10.50m，壩頂長(zhǎng)137.00m，壩頂寬9.00m。

2 大壩滲漏問(wèn)題及原因分析

2.1 存在問(wèn)題

2012年4月，經(jīng)安溪縣水利局組織的有關(guān)專家鑒定，垅頭水庫(kù)大壩為三類壩，壩體存在滲漏問(wèn)題。根據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)及室內(nèi)滲透試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)成果分析，壩體填筑土具弱～中透水性，其滲漏部位主要集中在壩體中部標(biāo)高19.50～25.00m處，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查資料，迎水坡混凝土面板局部破損，背水坡中部過(guò)壩渠道高程以下大面積濕坡，有多處集中滲水，且隨水位升高而增大，需進(jìn)行壩體防滲處理。

2.2 原因分析

2.2.1 歷史原因

工程建設(shè)時(shí)期處于“大躍進(jìn)”階段，工程建設(shè)存在邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工，施工階段停停續(xù)續(xù)，造成了一些工程質(zhì)量問(wèn)題，工程建設(shè)嚴(yán)重存在先天不足。

2.2.2 地質(zhì)原因

填筑土室內(nèi)垂直滲透試驗(yàn)和水平滲透試驗(yàn)顯示，垂直滲透系數(shù)為3.66×10-5 cm/s～3.02×10-4 cm/s，平均值為K＝9.15×10-5cm/s；水平滲透系數(shù)為 3.65×10-5 cm/s～5.12×10-4cm/s，平均值為K＝1.77×10-4cm/s。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壩身填筑土進(jìn)行注水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)在弱風(fēng)化巖進(jìn)行，結(jié)果表明：填筑土滲透系數(shù)為2.18×10-5～5.39×10-4 cm/s，滲透系數(shù)算術(shù)平均值為K=5.77×10-5cm/s；殘積砂質(zhì)粘性土滲透系數(shù)為3.62×10-5～5.09×10-5cm/s，滲透系數(shù)算術(shù)平均值為K=5.09×10-5cm/s；強(qiáng)風(fēng)化英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖滲透系數(shù)為3.15×10-4～5.78×10-4cm/s，滲透系數(shù)平均值為K=4.83×10-4cm/s；弱風(fēng)化英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖呂榮值2.70～3.15 Lu,平均值為2.92 Lu，呂榮值＜10 Lu。上述試驗(yàn)表明填筑土屬弱～中等透水層，滲透系數(shù)低于規(guī)范的規(guī)定。

壩體填筑土為粉砂質(zhì)粘性土，為可塑狀，干密度ρd值為1.50～1.71 g/cm3，為室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)（輕型）成果值的90.90%～100%，壓實(shí)度大部分偏低，低于規(guī)范要求。

2.2.3 滲流原因

垅頭水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，滲流計(jì)算采用的滲透系數(shù)是根據(jù)大壩鉆探的試驗(yàn)值選用的，滲透系數(shù)為3.95×10-4cm/s。計(jì)算斷面選用大壩最大斷面進(jìn)行計(jì)算，按水電部天津勘測(cè)設(shè)計(jì)院編寫(xiě)的“土壩滲流計(jì)算程序”計(jì)算。

通過(guò)土壩滲流的分析，土壩段實(shí)際的水力坡降在2.36×10-1～2.76×10-1之間，均小于計(jì)算的[J允]=0.66，能夠滿足設(shè)計(jì)要求；但從現(xiàn)場(chǎng)檢查及日常管理情況來(lái)看，大壩背水坡中部過(guò)壩渠道高程以下大面積濕坡，有多處集中滲水，且隨水位升高而增大；大壩周圍存在白蟻活動(dòng)的痕跡，形成滲水通道，實(shí)際滲流量遠(yuǎn)比計(jì)算值大，在造成水資源損失同時(shí)，不利于大壩安全。

3 大壩加固方案選擇

針對(duì)垅頭水庫(kù)大壩存在的問(wèn)題，根據(jù)大壩滲漏原因分析，并結(jié)合以往類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大壩防滲處理初始擬定兩種方案：

方案一：死水位以下部位采用高壓旋噴樁、以上上游面鋪設(shè)土工膜防滲

壩體迎水坡死水位以上水庫(kù)水位經(jīng)常降落（高程23.40m以上），采用復(fù)合土工膜防滲，并在復(fù)合土工膜面設(shè)濾層及護(hù)面結(jié)構(gòu)；壩體死水位以下(高程23.40m以下)，采用垂直防滲墻進(jìn)行防滲，垂直防滲采用單管高壓旋噴樁固結(jié)填料形成防滲體。

垂直防滲墻：高壓旋噴樁樁徑為600mm，孔距500mm，按單排布孔，孔深應(yīng)穿過(guò)所有填土料層至基礎(chǔ)面以下0.50m。平均孔深為2.90m，旋噴樁總長(zhǎng)度270m。

上游坡上部防滲及護(hù)面結(jié)構(gòu)：上游壩坡上部(高程22.40m以上)防滲采用復(fù)合土工膜防滲，拆除現(xiàn)有壩坡塊石護(hù)面結(jié)構(gòu)，平整壓實(shí)壩坡，然后鋪設(shè)復(fù)合土工膜（600 g/m2）。護(hù)面結(jié)構(gòu)為干砌塊石，先在復(fù)合土工膜上鋪砂、碎石各100mm厚，壓實(shí)作為墊層，再在碎石墊層上鋪干砌塊石250mm厚，以防止水位驟降和風(fēng)浪淘刷及水庫(kù)漂浮物的撞擊破壞。方案一工程投資71.02萬(wàn)元。

方案二：全壩段高壓?jiǎn)喂苄龂姌斗罎B結(jié)合巖基帷幕灌漿防滲

地基灌漿帷幕頂部與壩體連接，底部深入相對(duì)不透水巖層一定深度，以阻止或減少地基中地下水的滲透；與位于其下游的排水系統(tǒng)共同作用，還可降低滲透水流對(duì)壩體的揚(yáng)壓力。

高壓旋噴樁是高壓噴射注漿法地基處理中的一種，就是利用鉆機(jī)、注漿管、高壓泥漿泵等裝置，把水泥漿液形成高速噴射流束噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，同時(shí)鉆桿使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌夏?，形成樁柱或板墻狀的凝結(jié)體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術(shù)。旋噴樁的特點(diǎn)是：可提高地基的抗剪強(qiáng)度；能利用小直徑鉆孔旋噴成大直徑固結(jié)體；施工特點(diǎn)是噪聲低，振動(dòng)??；可用于任何軟弱土層，并可控制加固范圍；設(shè)備較簡(jiǎn)單、輕便，機(jī)械化程度高，更人性化。

此方案沿壩軸線全壩段采用單管高壓旋噴樁，樁徑為600mm，孔距500mm，按單排布孔，旋噴樁頂高程30.50m，樁底高程應(yīng)穿過(guò)所有填料層至基礎(chǔ)面以下0.50m，河床部分最大孔深為11.00m，旋噴樁總長(zhǎng)度3407.00m。該方案投資98.64萬(wàn)元。

4 方案比較

方案一防滲效果能滿足要求，造價(jià)適中，但對(duì)土工膜的整體性要求較高，壩坡較陡，死水位處沒(méi)有平臺(tái)，施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)比較困難；方案二防滲效果好，耐久性強(qiáng)，可靠性高，但造價(jià)比較高；由于壩體填筑質(zhì)量不均勻，方案二對(duì)大壩防滲處理的質(zhì)量更有保證。綜合考慮投資、工藝、質(zhì)量、使用年限及壩體實(shí)際滲漏情況，推薦方案二為壩體防滲加固方案。

5 工程施工

工程施工安排在枯水期，工期5個(gè)月。本次防滲加固工程需要天然建筑材料主要為條石塊、土料及砂粗骨料。原料來(lái)源：石料場(chǎng)：工程區(qū)一定范圍內(nèi)沒(méi)有可供開(kāi)采利用的石料場(chǎng)分布，附近有簡(jiǎn)易公路通至大壩區(qū)，運(yùn)輸較方便；砂礫石料場(chǎng)：工程區(qū)一定范圍內(nèi)沒(méi)有可供開(kāi)采利用的天然砂礫石料場(chǎng)分布，工程建設(shè)所需的混凝土粗、細(xì)骨料建議外購(gòu)；土料場(chǎng)：位于水庫(kù)大壩右岸，距大壩500m，分布于山丘表部及低緩的坡腳，土料為坡積粘性土，含砂量約15%，以粘性土為主，有用儲(chǔ)量約0.50萬(wàn)m3，開(kāi)采及運(yùn)輸方便。

按照設(shè)計(jì)，在壩頂軸線上設(shè)置兩排布孔。第一排布孔，孔距500mm，樁徑600m，軸線總長(zhǎng)123.50m；高壓旋噴樁底部高程12.00m,頂部高程30.30m,孔深穿過(guò)填料層至基礎(chǔ)面以下0.50m，最大孔深18.30m。第一排高壓旋噴樁總長(zhǎng)3407.00m。第二排布孔，孔距500mm，樁徑600mm，軸線總長(zhǎng)70.00m；高壓旋噴樁底部高程12.00m,頂部高程18.30m,最大孔深6.30m。第二排高壓旋噴樁總長(zhǎng)849.30m。

施工具體操作過(guò)程：壩體防滲體高壓旋噴樁施工采用100型地質(zhì)鉆機(jī)造孔，灌漿采用中壓灌漿，灌漿壓力≥25MPa，注漿的主要材料為水泥，采用標(biāo)號(hào)42.5及以上的普通硅酸鹽水泥，通過(guò)單管高壓旋噴樁固結(jié)填料形成的防滲體，達(dá)到大壩壩體防滲的效果。鉆孔至設(shè)計(jì)高程后，即將旋噴管插至孔底，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)提升，形成由水泥、砂或土形成的固結(jié)樁體。

考慮到施工對(duì)環(huán)境的影響較大，且主要發(fā)生在施工期，應(yīng)做到施工過(guò)程中嚴(yán)格控制廢水的排放，避免下游水質(zhì)遭受污染；注意施工人員勞動(dòng)保護(hù)工作；工程完工后，及時(shí)清理施工跡地，盡快開(kāi)展復(fù)土、平整、植被恢復(fù)工作；做好棄渣場(chǎng)的坡面平整、壓實(shí)，及時(shí)種草植樹(shù)，減少水土流失。

6 結(jié)語(yǔ)

目前大壩防滲加固方法較多，各類方案各有其特點(diǎn)和適用條件。在垅頭水庫(kù)大壩防滲加固中根據(jù)其存在的問(wèn)題初步擬定兩種解決方案，雖然方案一較方案二經(jīng)濟(jì)，但考慮到工程質(zhì)量及施工難度等方面，方案二較優(yōu)，推薦采用方案二。垅頭水庫(kù)防滲加固的施工方案選擇與普通工程有所差別，此現(xiàn)象可供類似工程借鑒，便于方案選擇。