土石壩除險加固方案比選研究

羅東翔 王 冬

（遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局 遼寧 沈陽 110003）

針對目前全國興起的中小型水庫除險加固問題，結(jié)合浙江省某除險加固工程，對除險加固方案進行了研究，以期對中小水庫的除險加固給予借鑒。

1 壩體概況與除險加固必要性

根據(jù)鉆探及試驗等有關(guān)資料，將壩體分為Ⅰ層:砂卵礫石，Ⅱ?qū)樱汉[砂粉質(zhì)粘土、粘土，Ⅲ層：含礫砂粉質(zhì)粘土。

Ⅰ層為壩體填筑砂卵礫石。Ⅱ?qū)訛樾膲Γ饕獮楹[砂粉質(zhì)粘土、粘土，勘探表明，心墻左壩段高程105 m～110 m以上，右壩段高程111 m～115 m以上，現(xiàn)場注水試驗測得滲透系數(shù)達2.47×10-3cm/s～1.46×10-3cm/s，須進行防滲處理。左壩段高程105 m～110 m以下和右壩段高程111 m～115 m以下，現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)普遍達10-6級。Ⅲ層為副心墻，主要為含礫砂粉質(zhì)粘土?，F(xiàn)場注水試驗得滲透系數(shù)一般K=2.09×10-6cm/s～4.60×10-4cm/s，屬弱透水性。現(xiàn)場注水試驗表明，心墻與基巖接觸段滲透系數(shù)一般K=2.81×10-6～1.24×10-4cm/s，屬微～中等透水性；Ⅲ層填土接觸段滲 透 系 數(shù) 一 般K=2.20×10-6cm/s～8.64×10-4cm/s，屬微～中等透水性。根據(jù)壓水試驗，基巖段滲透系數(shù)一般10-3～10-4級或q=4.5Lu～13.3Lu，屬微～中等透水性。兩岸與河床表部（基巖面以下一般5 m～18.5 m）存在（繞）壩基滲漏問題，須進行防滲處理。

綜合以上分析，建議對主壩進行防滲加固處理、護砌整修。

2 主壩防滲加固方案比較

根據(jù)本工程的特點及《初步設(shè)計審查會專家組評審意見》，壩體防滲加固考慮采用C 25混凝土面板、壩面防滲土工膜、壩體混凝土防滲墻以及粘土套井防滲墻等方案。

2.1 加固方案介紹

考慮目前該水庫因供水需要不能放空水庫，對大壩進行加固處理等情況，選擇壩腰混凝土防滲墻結(jié)合C 25混凝土面板防滲加固、壩腰混凝土防滲墻結(jié)合壩面復合土工膜防滲加固、壩頂混凝土防滲墻防滲加固、粘土套井防滲墻加固等四個方案進行比較。

(1）壩腰混凝土防滲墻結(jié)合C 25混凝土面板防滲加固

為了滿足下游水廠的供水要求，該水庫在施工期必須保證110.00 m的供水水位（已考慮施工期非汛期洪水）。混凝土防滲墻設(shè)置在壩腰，主壩上游平臺樁號壩上0-028.0 m，高程111.60 m處?；炷练罎B墻上部111.60 m～125.20 m壩面設(shè)置C25混凝土面板，面板厚0.3 m，防滲墻頂部設(shè)C 25混凝土頭墻與C 25混凝土面板相接，兩岸與C 25混凝土趾板連接，形成完全封閉的防滲系統(tǒng)。面板以下設(shè)置水平寬4.0 m的墊層，墊層底部布置有軟式透水管，以排泄面板以下的滲水。兩岸防滲墻和趾板施行帷幕灌漿。

（2）壩腰混凝土防滲墻結(jié)合復合土工膜防滲加固

壩腰混凝土防滲墻設(shè)置在主壩上游平臺樁號壩上0-028.0 m，高程111.60 m處。混凝土防滲墻上部111.60 m～125.20 m壩面設(shè)置復合土工膜，選用200 g/0.5mm/200 g兩布一膜復合土工膜，土工膜的防滲系數(shù)為10-11cm/s。防滲墻頂部設(shè)C 25混凝土頭墻與復合土工膜相接，兩岸與C 25混凝土趾板連接，形成完全封閉的防滲系統(tǒng)。復合土工膜以下設(shè)置0.2 m無砂混凝土墊層，防滲墻施工平臺布置有軟式透水管，以排泄土工膜以下的滲水。兩岸防滲墻和趾板施行帷幕灌漿。

（3）壩軸線混凝土防滲墻加固方案

壩軸線混凝土防滲墻防滲加固方案，就是先將壩頂以下1.73 m的壩體挖除，防滲墻施工平臺設(shè)在高程124.40 m，防滲墻軸線與壩軸線重合，防滲墻打穿壩體嵌入弱風化基巖，防滲墻底部落在原粘土心墻截水槽內(nèi)，防滲墻左右兩岸設(shè)置混凝土岸墻與壩基緊密連接。待防滲墻施工結(jié)束后再繼續(xù)將壩體挖除至123.50 m，高程123.50 m以上部分按原設(shè)計斷面進行回填，防滲墻頂部，頭墻與上游防浪墻相接，深埋在粘土防滲心墻內(nèi)，形成封閉的防滲系統(tǒng)。

河床部位的防滲墻墻底已嵌入弱風化基巖，粘土心墻與壩基接觸帶已被切斷，因此不需要再進行灌漿處理，兩岸防滲墻墻底部進行帷幕灌漿，并與左岸溢洪道帷幕相連。

（4）壩頂粘土套井防滲墻加固方案

粘土套井防滲墻中心線位于主壩壩軸線上，為了增強防滲效果，設(shè)置雙排套井，套井直徑為1.2 m，排距和孔距均為0.85 m，施工回填頂高程為126.0 m，要求套井底部位于相對不透水層以下4 m，套井回填的最大深度為25.0 m。原主壩壓力涵管部位，需要設(shè)置三排套井。施工時須根據(jù)被換置土的狀況，增設(shè)加強孔，以加厚防滲墻的厚度，滿足防滲要求。帷幕灌漿須在套井施工前進行。

各方案的工程量和投資計算對比參見表1。

2.2 加固方案比較分析

壩腰混凝土防滲墻結(jié)合C 25混凝土面板防滲加固方案的優(yōu)點是防滲處理徹底，可靠性和耐久性高，運行管理方便。缺點是可比性投資為1400萬元，投資最大，需降低水位施工，施工期對水庫運行影響較大，施工工序復雜、難度大。

表1 主壩加固方案比較投資匯總表 單位：元

壩腰混凝土防滲墻結(jié)合復合土工膜防滲加固優(yōu)點是，可比性投資1218萬元，投資適中，施工較為簡單。缺點是需降低水位施工，施工期對水庫運行影響較大，防滲復合土工膜修補較難，運行管理不方便，施工工序較為復雜。

壩頂混凝土防滲墻加固方案，防滲墻位于粘土心墻中部，原填筑質(zhì)量較差的粘土心墻均被防滲墻墻體穿過，且防滲墻底部位于心墻截水槽并嵌入弱風化基巖，防滲處理徹底、完整，壩體以及壩體與壩基接觸帶、壩基薄弱帶的滲漏缺陷均已得到加固，可靠性和耐久性較好，可比性投資為1108萬元，投資較小，施工工序少而簡單，以后的運行管理方便，不需要降低水位施工，對水庫運行影響最少。

壩頂粘土套井回填防滲墻加固方案，粘土套井防滲墻位于心墻中部，原填筑質(zhì)量較差的101 m以上的粘土心墻土被取出，由套井粘土進行置換，套井處理的最大深度25.0 m。壩體與壩基接觸帶及基巖薄弱帶的滲漏缺陷采用帷幕灌漿進行處理。帷幕灌漿采用單排，深入基巖不透水層，孔距2.0 m。套井底部與帷幕灌漿起始面之間有12 m左右區(qū)域無法進行防滲處理，不能形成完全封閉的防滲整體，防滲處理不徹底，可比性投資為614萬元，投資為最少，但施工工序較復雜，為避免施工過程的坍孔，必須降低水位至101.0 m左右施工，對水庫運行影響較大。

鑒于以上原因，經(jīng)比較和分析后綜合考慮，推薦壩軸線混凝土防滲墻加固方案，對主壩防滲體及壩體與壩基接觸帶進行除險加固。

3 主壩除險加固選用方案結(jié)構(gòu)布置

主壩為粘土心墻壩，壩高38.5 m。壩頂高程126.20 m，壩頂長度210.0 m，壩頂寬5.0 m，最大壩底寬度184.01 m，壩頂上游防浪墻頂高程127.30 m。

根據(jù)防滲墻施工要求，先挖除壩頂以下1.73 m的壩體至高程124.40 m（開挖過程中若發(fā)現(xiàn)壩頂部位裂縫存在，則須局部加深開挖），進行防滲墻的施工工作。待防滲墻施工結(jié)束后繼續(xù)挖除壩體至123.50 m。高程123.50以上部分按原設(shè)計斷面進行回填。混凝土防滲墻軸線位于壩軸線處，墻頂高程為125.20 m（防滲墻施工平臺高程124.40 m，墻體施工結(jié)束后，頂部0.80 m需鑿除），墻底深入弱風化基巖0.5 m以上，最大墻深為41.80 m，墻體厚度0.8 m。防滲墻頂部鑿除后在高程123.50 m以上澆筑高1.5m、厚0.8m的C20混凝土矩形頭墻，頭墻左側(cè)與防浪墻相連接。

防滲墻兩岸分別設(shè)長度為10 m的C20混凝土岸墻。岸墻采用重力式結(jié)構(gòu)，岸墻與防滲墻采用矩形嵌入式連接，中間設(shè)止水，岸墻下游及頂部均填筑防滲粘土。

防滲墻兩岸必須進行帷幕灌漿，灌漿范圍左、右岸各考慮50 m范圍。灌漿孔布置1排，孔距2.0 m，帷幕伸入相對不透水層5 m。

上游壩面均鋪設(shè)0.1 m厚碎石墊層及厚0.3 m的塊石護坡，下游壩面鋪設(shè)0.1 m厚碎石墊層及厚0.3 m干砌條石護坡，并進行適當綠化。

原壩頂防浪墻拆除后，需新建防浪墻。新建防浪墻采用C20混凝土結(jié)構(gòu)，“L”形斷面，墻底高程124.70 m，墻頂高程127.30 m，防浪墻高2.6 m，高出壩頂1.1 m，底板寬2.6mm。防滲墻底板與防滲墻頭墻間設(shè)止水銅片。壩頂考慮交通要求，采用C20混凝土路面，混凝土厚0.2 m，下設(shè)0.5 m厚的二道灰土墊層。

4 結(jié)語

大壩防滲加固處理的目的是截斷壩體和接觸段的滲漏通道，加固大壩的防滲體。對四個方案進行了詳細闡述，并根據(jù)主壩防滲加固具體情況從工程量、施工工序難易、防滲處理效果，可靠性和耐久性、經(jīng)濟效益以及對水庫的影響尤其是供水需求等多方面進行系統(tǒng)分析和比較，推薦壩軸線混凝土防滲墻加固方案對主壩防滲體及壩體與壩基接觸帶進行除險加固。

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