后樓水庫攔河壩防滲處理方案選擇

郎 穎

（撫順市水利勘測設(shè)計研究院 遼寧 撫順 113008）

1 工程概況

后樓水庫位于清原縣紅河上游，距清原滿族自治縣灣甸子鎮(zhèn)0.2km，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫集雨面積81km2，壩址以上河道長度15.3km，河道平均比降14.4‰。后樓水庫于1974年完工,后樓水庫總庫容為1462.68萬m3,樞紐等別為三等，永久性建筑物為三級,本次除險加固設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水，相應(yīng)水位481.80m，相應(yīng)庫容為1174.23萬m3；校核標(biāo)準(zhǔn)采用1000年一遇洪水，相應(yīng)水位483.38m，相應(yīng)庫容為1462.68萬m3；正常蓄水位為481.50m，相應(yīng)庫容為1121.70萬m3；防洪限制水位為478.30m，相應(yīng)庫容為666.00萬m3；死水位470.90m，相應(yīng)庫容為104.00萬m3。

水庫攔河壩為粘土斜墻土壩，設(shè)計壩頂高程483.80m（實測483.50m～483.80m），防浪墻頂高484.70m，主壩壩長390m，副壩壩長105m，主壩與副壩軸線成13°角，最大壩底寬130m；壩頂寬4.0m，上下游各設(shè)二級坡，上游邊坡自上而下為1∶2.5和1∶3.0，下游邊坡自上而下為 1∶2.0、1∶2.5～1∶3.5，變坡處高程為474.50m，并在變坡處設(shè)戧臺，上游戧臺寬2.0m，下游戧臺寬1.5m。上游坡采用塊石護(hù)坡，無反濾墊層，下游第一級坡為塊石護(hù)坡，第二級坡為條帶式網(wǎng)格護(hù)坡，坡腳設(shè)塊石護(hù)腳。

粘土斜墻頂高程483.30m，頂部厚2m，底寬6m，上游坡比為1∶2.5，下游坡比為1∶2.0，粘土斜墻防滲體設(shè)計壓實干容重1.6g/cm3，壩殼料干容重 1.7g/cm3。

攔河壩有4處明顯漏水,壩后形成沼澤化,屬于險壩。

2 攔河壩滲漏分析

大壩下游壩坡有4處漏水，結(jié)合鉆探鉆孔漏水情況分析，壩基滲漏較為嚴(yán)重的主要原因：

合攏段漏水：據(jù)施工原始資料介紹，合攏時為了搶時間，基巖面未處理好就回填粘土，施工質(zhì)量較差。合攏后就發(fā)現(xiàn)下游河床漏水，漏水量達(dá)1L/s，當(dāng)時壩下游第二階坡為1∶2.5，由于滲漏嚴(yán)重，壩坡浸潤滑動，采取放坡，加蓋重處理，壩坡成1∶3.0～1∶3.5。合攏段漏水原因為壩基巖與粘土斜墻之間接觸帶部位接觸不良及填筑時未做好排水,基槽部位粘土含水量過大,填筑質(zhì)量很差,鋪土厚度大,層間存在虛土層等問題,還有輸水洞壩下埋管部位沉降不同引起裂縫漏水和岸坡處理不當(dāng)?shù)仍蚵┧?/p>

由于下游壩基和壩體透水性較差，下游浸潤線較高，影響壩體穩(wěn)定，原設(shè)計的1∶2.5的下游壩坡曾發(fā)生滑坡，使下游壩坡的坡度變?yōu)?∶3.0～1∶3.5?，F(xiàn)狀大壩基槽較深部位粘土斜墻基礎(chǔ)與基巖之間存在砂層，形成斜墻與基巖之間存在漏水通道,斜墻與壩基砂礫石之間未設(shè)反濾過渡，因此存在壩體內(nèi)部發(fā)生管涌的可能。斜墻基礎(chǔ)未設(shè)混凝土蓋板，只采取壓力灌漿的方法效果較差,基槽粘土滲漏問題因可灌比不滿足規(guī)范要求,（后樓水庫可灌比M=9.6,規(guī)范要求M＞15可灌水泥砂漿,＞10可灌注水泥粘土漿）。采取壓力灌漿的方法無法解決壩基滲漏問題，又因下游壩殼和地基透水性很差、浸潤線較高，大壩壩殼處于極松散飽和狀態(tài)，采取排滲加蓋重的加固方案不可靠。故本次加固設(shè)計采用較徹底的三種方案進(jìn)行比較，選用最佳方案。

3 大壩防滲加固方案比較

方案一：土工膜方案

在攔河壩上游坡腳開挖一道梯形槽，底部開挖至強風(fēng)化巖，梯形槽的邊坡為1∶1和1∶2，在梯形槽底部澆筑500mm厚、2m長的混凝土蓋板，在混凝土蓋板下進(jìn)行大壩帷幕灌漿。土工膜上端插入大壩粘土斜墻內(nèi)，并做可靠的防滲處理，下端與混凝土蓋板澆筑一體，右端嵌入溢洪道左邊墩。這樣就使土工膜形成一道整體的防滲屏障。該方案細(xì)部布置見圖1:

在鋪設(shè)土工膜前需修建施工圍堰，圍堰分兩期。圍堰底高程為465.00m，考慮到安全加高、風(fēng)浪爬高和汛后輸水洞導(dǎo)流等因素，圍堰頂高程定為472.5m；圍堰頂寬5m，迎水坡坡比為1∶2，背水坡坡比為1∶2.5，迎水坡鋪設(shè)防滲土工膜。

方案二：混凝土防滲墻方案

混凝土防滲墻澆筑位置為大壩上游壩坡戧臺處。自上而下澆筑400mm厚的C5塑性混凝土防滲墻。防滲墻上端與大壩粘土斜墻緊密連接，底部深入強風(fēng)化巖1.00m，并與大壩帷幕灌漿相連接，右端與大壩右岸的溢洪道左邊墩緊密連接。同樣使大壩形成一個完整的防滲體系。

圖1 土工膜防滲方案

方案三：延長粘土斜墻方案

本方案同樣需修建施工圍堰，具體布置型式與方案一相同。在大壩前壩腳開挖一道梯形槽，梯形槽底部同樣開挖至強風(fēng)化巖，邊坡為1∶1和1∶1.8，在梯形槽底部澆筑500mm厚、5m長的混凝土蓋板，在混凝土蓋板下進(jìn)行大壩帷幕灌漿。將原粘土斜墻底部開挖一部分，并將其延長，延長部分的粘土斜墻與原粘土斜墻接觸部位做可靠處理。新建的粘土斜墻底部延長至混凝土底板，并與其緊密連接。這種處理方法同樣能夠解決大壩漏水問題。該方案細(xì)部布置見圖3：

圖2 混凝土防滲墻方案

表1 大壩防滲方案投資比較表

4 大壩防滲方案投資比較

本次除險加固比較的三種方案為：大壩上游壩坡鋪設(shè)土工膜（方案一）、大壩壩頂偏上游側(cè)設(shè)混凝土防滲墻（方案二）和延長粘土斜墻（方案三），并根據(jù)其優(yōu)、缺點和投資比較選擇最佳方案。

方案一：土工膜方案

工程總投資1699.89萬元

優(yōu)點：防滲效果好。

缺點：需放空庫水、修建施工圍堰、用輸水洞導(dǎo)流，工期緊，施工工序多，難度較大，使用年限短，施工質(zhì)量對防滲效果影響較大。

方案二：混凝土防滲墻方案

工程總投資1383.01萬元

優(yōu)點：工序簡單，無任何施工導(dǎo)流等臨時工程，防滲效果好，使用年限長，一勞永逸。

方案三：延長粘土斜墻方案

工程總投資2173.12萬元

優(yōu)點：防滲效果好。

缺點：同樣需放空庫水、修建施工圍堰、用輸水洞導(dǎo)流，工期緊，施工工序多，難度較大，施工質(zhì)量對防滲效果影響較大。

5 大壩防滲方案選擇

根據(jù)投資比較：工程直接投資最少的是方案二（防滲墻方案），為1383.01萬元；稍多的是方案一（土工膜方案），其工程投資為1699.89萬元，比方案二的投資高316.88萬元；投資最高的為方案三，其工程投資為2173.12萬元，比方案二的投資高790.11萬元。另外因方案一、三均需放空庫水，將破壞第二年的水庫供水，水庫下游7000多畝水田需改旱田，每畝需要補償700元，預(yù)計補償500萬元。放空庫水還將影響到下游撫順市的重點旅游景點—紅河谷漂流補水，紅河谷漂流每天的營業(yè)收入最高達(dá)120萬元，紅河谷漂流流量為80萬m3/d，后樓水庫每年給紅河谷漂流補水800萬m3，按10天計算，損失預(yù)計高達(dá)1000萬元以上，并且方案二的施工工序簡單施工方便，不受汛期影響，使用年限長，一勞永逸。根據(jù)以上比較結(jié)論推薦采用方案二（混凝土防滲墻）的方案。

6 大壩防滲墻及帷幕灌漿布置

6.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻澆筑位置為大壩上游壩坡戧臺處。采用液壓開槽抓斗機開挖后，滿槽灌400mm厚的C5塑性混凝土防滲墻。由于液壓開槽抓斗機不能在斜坡段作業(yè)，兩岸斜坡段防滲墻改為斗寬600mm挖掘機開挖后灌C5塑性混凝土防滲墻，待防滲墻混凝土設(shè)計強度達(dá)到80%后，進(jìn)行帷幕灌漿。防滲墻上端與大壩粘土斜墻緊密連接，底部深入強風(fēng)化巖1.00m。

6.2 帷幕灌漿范圍

后樓水庫壩基強風(fēng)化帶深度6.1m～20.8m，其透水率8.7Lu～23Lu屬中等透水層弱風(fēng)化帶深度14.5m～26.2m，透水率7.5Lu～9.1Lu，屬弱至中等透水層，微風(fēng)化帶透水率0.05Lu～6.86Lu屬極微至弱透水層。

全壩段壩基帷幕灌漿接大壩右岸山坡、溢洪道右導(dǎo)流墻、堰體、溢洪道左導(dǎo)流墻、大壩壩基及大壩左岸坡帷幕灌漿。后樓水庫弱風(fēng)化巖透水率為7.5 Lu～9.1Lu，故兩岸山體灌漿延伸范圍以正常高水位與弱風(fēng)化巖面線相交處為終漿線。

6.3 帷幕灌漿深度

后樓水庫壩高只有18.30m，壩基透水層埋深較深，故采用懸掛式帷幕灌漿。按規(guī)范規(guī)定，帷幕灌漿孔深度在0.3～0.7倍的壩高范圍內(nèi)選擇，決定河床部分灌漿深度為16m，兩岸灌漿深度為8m，溢洪道及其岸坡灌漿深度定為8m，底部深入弱風(fēng)化巖面線。

根據(jù)后樓水庫大壩工程地質(zhì)條件及以往的灌漿經(jīng)驗。后樓水庫帷幕灌漿為單排孔，最終孔距為1m，施工可分三個次序進(jìn)行，即孔距4m、2m最后達(dá)到1m，在斷層破碎帶可局部2排孔或加密孔距。

6.4 帷幕灌漿的壓力選擇

根據(jù)水庫正常高水位水頭選擇灌漿壓力0.3MPa（壓力表壓力）灌漿應(yīng)按有關(guān)規(guī)范規(guī)章進(jìn)行，灌漿效果檢查孔按總孔數(shù)的10%，壓力試驗透水率不大于10Lu。

6.5 灌漿材料

灌漿材料為42.5級水泥，可適當(dāng)加入速凝劑硅酸鈉（水泥用量的3%）。

7 結(jié)語

因為滲漏會造成水庫的水量損失，攔河壩會因滲透水流的潛蝕作用而影響下游壩坡和壩基的滲透穩(wěn)定，從而危及大壩安全，所以后樓水庫攔河壩的滲漏問題是水庫除險加固的重要問題，后樓水庫攔河壩采用400mm厚C5塑性混凝土防滲墻及防滲墻下帷幕灌漿方案，防滲處理后徹底解決了壩下滲漏問題，壩后沼澤地不見了，經(jīng)幾年運行效果良好。陜西水利

[1]王清友，孫萬功，熊歡，塑性混凝土防滲墻[M].北京：中國水利水電出版社，2008。

[2]郎小燕.混凝土防滲墻在土石壩工程中的應(yīng)用與發(fā)展[J].水利水電技術(shù)，2007（8）。

[3]關(guān)志城.土石壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)選擇[J].水利水電技術(shù)，2009（5）。