關(guān)于大壩防滲加固設(shè)計實例分析

劉小毛 歐陽熙明

摘 要：文章以某水壩為例，結(jié)合多年實踐經(jīng)驗，針對水壩滲漏情況及其原因進行討論分析，提出大壩防滲加固相關(guān)建議，并從防滲方案的選定、防滲材料及防滲墻厚度的確定、施工工藝的經(jīng)濟技術(shù)指標分析、施工中對防滲墻進行應力應變觀測等方面展開討論，尤其強調(diào)了壩基及壩肩的防滲加固措施。

關(guān)鍵詞：水庫大壩；防滲設(shè)計；方案選擇；施工工藝；施工觀測

1 實例工程介紹

某水庫上方有27.6平方千米集雨區(qū)，主河長15.4千米，屬山區(qū)河流，河道狹窄，河水流速大，扇形流域，呈不對稱分布，左岸比較陡峭，右岸相對平坦，河道的加權(quán)平均坡降為1.95%，流域內(nèi)的森林及草木覆蓋率高于百分之九十，流域內(nèi)水災發(fā)生次數(shù)很多，多為暴雨引起山洪所致，抗災形式較為嚴重。

2 滲漏情況及原因分析

2.1 壩體填筑質(zhì)量差

該大壩屬黏土均質(zhì)壩，使用坡積層黏土進行填筑，多數(shù)部位使用低液限黏土填筑，少數(shù)部位采用高液限黏土填筑。由于黏土顆粒大小分布不均勻，從而導致土壤孔隙比、液性指數(shù)偏大，干容重較低，填筑不夠密實。經(jīng)檢測，壩體的滲透系數(shù)為1.3×10-4至3.6×10-4cm/s，遠遠超過壩體防滲土料所規(guī)定的最大滲透系數(shù)1×10-4cm/s的標準，從而導致汛期水位高時出現(xiàn)大面積散浸情況。

2.2 排水棱體失效

排水棱體采用白云巖塊石堆砌而成，使用碎石和砂作為濾料構(gòu)成過濾層。由于排水棱體體積較小，在常年使用過程中排水功能逐漸減弱，使得浸潤線上升，從而導致壩坡發(fā)生濕潤、散浸現(xiàn)象。經(jīng)測量，散浸匯集總量達50mL/s。

2.3 壩基、壩肩用料材質(zhì)不過關(guān)

2.3.1 構(gòu)成壩基的巖石風化嚴重。通過實地勘測，壩址區(qū)存在6個較大規(guī)模風化洞穴，位置多在壩軸線下游，從暴露出來的基巖看，洞穴多為蜂窩狀空洞。壩基構(gòu)筑石材為白云巖。其色淺灰，層狀結(jié)構(gòu)，巖層厚度較大，晶粒多為粗晶、中晶。巖體風化程度嚴重，已有破碎現(xiàn)象發(fā)生。經(jīng)檢測，強中風化層的下限約5到10米。進行壓水試驗檢測，基巖頂部5到10米范圍內(nèi)，壩段透水率為23.5到72.1呂榮，基巖頂面10米以下透水率為9.8到11.6呂榮。壓水試驗結(jié)果表明，壩基、基巖表層巖石風化情況較為嚴重，透水性強，其下部巖石大體保持完整，透水性弱。

2.3.2 巖體中存有軟弱夾層帶。在兩岸地層層面處的長石砂巖中發(fā)現(xiàn)薄餅狀泥巖，構(gòu)成巖體重點軟弱夾層帶。

2.3.3 壩肩構(gòu)筑土壤土質(zhì)有缺陷。壩肩中發(fā)現(xiàn)鈣化黃土狀土壤與半膠結(jié)細砂，這種土壤易遭受滲漏破壞，不適合直接用作壩肩基礎(chǔ)。

2.4 壩體填土土質(zhì)不合格

砂、低液限黏土、含砂、低液限粉土以及粉土質(zhì)砂共同組成了大壩填筑土，土壤種類復雜導致土質(zhì)均一性差。特別是含砂、低液限粉土和粉土質(zhì)砂的滲透系數(shù)平均值分別為2.33×10-4cm/s和7.67×10-4cm/s，超出規(guī)定范圍，易受滲漏破壞。

3 工程除險加固的必要性

該水庫為中型水庫，承擔當?shù)毓喔?、防洪、發(fā)電以及養(yǎng)殖等職能。正式運行以來，水庫始終未能正常工作，大壩壩基、壩體、壩肩滲漏等質(zhì)量問題層出不窮。為保障運行安全，水庫始終保持低水位運行狀態(tài)。為解除安全隱患，充分發(fā)揮水庫作用，需要對其除險加固，以滿足下游灌溉需要，并為水庫今后健康運行發(fā)展夯實基礎(chǔ)。

4 防滲加固設(shè)計

4.1 防滲方案的選取

在進行防滲設(shè)計時，提出了兩種壩體防滲加固處理設(shè)計方案，進行比較選擇。

方案1：在大壩上游側(cè)增設(shè)粘土斜墻

方案簡述：在大壩的下游坡高程292.5米處進行削坡處理，坡度改為1：2.5，在大壩的上游側(cè)構(gòu)筑粘土斜墻，建后壩頂寬為6米，斜墻底寬為245米，底部厚度為7米，通過在砂卵石壩基上加設(shè)截水槽來增強壩基覆蓋層的防滲漏能力。

方案2：沿壩軸線設(shè)混凝土防滲心墻

方案簡述：在大壩的下游坡高程292.5米處進行削坡處理，坡度改為1：2.5，在高程的295米處開辟一條寬1.5米的馬道，用來為上游壩坡整平、護坡。從壩頂開始，沿壩軸線構(gòu)筑混凝土防滲心墻。為保障壩基覆蓋層不被滲透，防滲墻要深達壩基基巖內(nèi)一米，貫穿整個壩基砂卵石層。

方案對比情況：如果選擇方案一，由于水庫已經(jīng)蓄水運行已經(jīng)很長時間，建設(shè)粘土斜墻需要把水庫放空，不僅工作量大，影響面廣，而且施工難度也非常大，需要投入大量資金。所以最終采用方案二，建設(shè)混凝土防滲心墻，該技術(shù)安全可靠，效果明顯，施工相對獨立，對周邊影響不大，廣泛應用于大壩防滲加固工程中。

4.2 防滲加固設(shè)計

4.2.1 墻體材料及防滲墻厚度的確定

使用混凝土作為防滲墻體的材料，要求滲透系數(shù)不能大于1×10-6cm/s，滲透坡降要小于60。根據(jù)周邊與水庫實際情況進行設(shè)計，墻體厚度設(shè)為50cm，最大滲透坡降為53.476，滿足相關(guān)設(shè)計要求。按照規(guī)范要求，為保證防滲墻墻頂高程高于校核的洪水位高度，防滲墻墻頂高程設(shè)為309.5米，最大墻高約39米，墻體深入基巖內(nèi)1米。

4.2.2 防滲墻施工工藝的選擇

防滲墻的建筑質(zhì)量受多種因素影響。要保障其建成質(zhì)量，施工工藝必須綜合考慮成墻技術(shù)的原理、適用條件、質(zhì)量以及經(jīng)濟等各方面的因素，實現(xiàn)最優(yōu)化。

4.2.3 防滲墻施工注意事項

（1）做好頂部塑性黏土區(qū)的設(shè)置工作。用高塑性粘土在防滲墻頂部填筑厚1米、底寬3.2米的防護層。同時為防止水土流失，從護坡到頂部設(shè)置反濾層。高塑性粘土的具體技術(shù)要求是：滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s；壓實度大于0.97；干容重大于6.5kN/m；最優(yōu)含水量不能超過+2%。（2）做好施工觀測工作。施工觀測是保障防滲墻施工質(zhì)量的有效措施。其主要內(nèi)容是對應力應變進行觀測。具體步驟是：在斷面0+150、1+200樁號處各設(shè)置應變計一只，埋設(shè)無應力計三只，觀測電纜沿壩坡鋪設(shè)并引入位于水庫管理所的觀測房。通過對大壩施工過程中應力應變的監(jiān)測和統(tǒng)計分析，實施科學的工程管理，保障防滲墻的施工安全質(zhì)量。

4.2.4 壩基及壩肩防滲加固

從之前的勘探結(jié)果可以知道，在大壩壩基位置有松散砂卵石層，厚約2米，屬強透水性；壩基淺層基巖為強、弱風化變質(zhì)砂巖，左、右壩肩經(jīng)由鉆孔壓水試驗檢測，透水率達10.1到25.9呂榮，屬中等透水性。壩基、壩肩均存在滲漏問題，同時還可能出現(xiàn)繞壩滲漏。

經(jīng)過防滲加固施工，壩體混凝土防滲心墻從壩頂直接插入壩基巖層，深入基巖1米，完全貫穿壩基砂卵石層，徹底消除了壩基覆蓋層發(fā)生滲漏的可能，壩基基巖經(jīng)鉆孔壓水試驗檢測，透水率為5.6至7.5呂榮，壩基滲漏的可能性也基消除。同時，通過滲流計算可知大壩上游側(cè)在校核洪水位時的最大單寬滲漏量為每天每米3.489噸，按這個最大值計算，那么大壩一年的滲流量就是16.81萬噸，而水庫的總?cè)萘渴?076萬噸，滲漏量僅占總庫容的1.56%，對大壩正常運行沒有影響，所以不對壩基進行帷幕灌漿處理。

大壩正常運行時，左右壩肩基巖經(jīng)鉆孔壓水試驗檢測，大部分透水率都小于10呂榮，少部分大于10呂榮。根據(jù)滲透剖面圖可知，基巖透水率小于等于10呂榮，屬相對不透水層。因此，壩肩發(fā)生滲露可能性也不高，左、右壩肩也不做帷幕灌漿處理。

5 結(jié)束語

按照上述施工方法，對水庫大壩進行除險加固處理，目前工程已竣工驗收。經(jīng)過實際勘察，水庫現(xiàn)階段運行正常，壩體狀態(tài)正常，下游未見白蟻且坡面無滲漏現(xiàn)象，各項加固措施功能發(fā)揮正常，本次加固除險處理成功實現(xiàn)既定目標。

參考文獻

[1]韓振華.大西山水庫大壩防滲加固工程設(shè)計與施工[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2002（3）.

[2]黃福貴.永順縣松柏水庫大壩防滲加固設(shè)計[J].湖南水利水電，2007（1）.

[3]戴金洲.馬家沖水庫大壩滲漏原因分析及防滲處理[J].防滲技術(shù)，2000（12）.