某小型水庫除險加固大壩防滲處理方案初探

吳嘉琪1 王波2

1.衢州市烏溪江引水工程管理局；2.衢州市衢江區(qū)大洲鎮(zhèn)水利員

摘要：首先對某水庫的工程概況簡要闡述，對某水庫壩址所在地的地質情況做了相關分析，并根據(jù)地質分析情況和相關試驗檢測數(shù)據(jù)資料判斷水庫大壩的滲漏情況，并在幾種一般處理方法中通過分析，選出二個較可行方案，最終經(jīng)過技術、經(jīng)濟等方面綜合評價，選擇最優(yōu)方案，并闡明方案實施的具體措施。

關鍵詞：地質分析；防滲；混凝土防滲墻；方案比較

1、工程概況

1.1工程概況

某水庫地處江山市南部，位于保安鄉(xiāng)后坂村涼笠排自然村南面，據(jù)江山市區(qū)約53km，流域屬錢塘江水系的江山港一級支流廣渡溪支流某小溪上。

水庫庫容曲線根據(jù)2008年12月實測地形圖重新量算，水庫正常蓄水位359.60m，正常庫容137.8萬m3，設計水位360.94m，設計庫容152.88萬m3，校核水位361.60m，總庫容160.67萬m3，水庫死水位336.30m，死庫容3.94萬m3。

1.2工程等別與建筑物級別

某水庫為小（1）型水庫，工程等別為Ⅳ等，大壩、溢洪道、輸水涵管等主要建筑物級別為4級，消能設施、排洪渠及臨時建筑物等次要建筑物級別為5級建。江山市屬山地丘陵地區(qū)，且水庫主、副高均大于15m、上下游水位差大于10m，建筑物洪水標準按山地、丘陵區(qū)標準確定，大壩、溢洪道、輸水設施洪水標準為：50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核；消能設施、排洪渠按20年一遇洪水設計；臨時建筑物按5年一遇枯水期洪水設計。

2. 大壩結構穩(wěn)定分析

2.1壩體結構

某水庫大壩為粘土斜墻砂殼壩，最大壩高36.5m，壩頂最低高程363.65m，壩頂最高高程364.10m，壩頂長度142m，壩頂最大寬度6.8m，壩頂平均寬度5.5m；大壩迎水坡設三級馬道，上游壩坡設有干砌塊石護坡，下游壩坡設有干砌卵石護坡。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》SL274-2001，壩坡抗滑穩(wěn)定計算應采用剛體極限平衡法，本次驗算應用程序為河海大學工程力學研究所和黃委設計院共同編制的《土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)HH-Slope R1.3》，并用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓-普瑞斯（Morgenstern-Price）法計算。

壩體材料參數(shù)按地質勘察成果分兩層分別取用，上層土層主要參數(shù)：

天然重度ω0=18.9kN/m3 干容重ρd=14.9kN/m3

土顆粒比重Gs=2.72g/cm3

快剪凝聚力c=18.0kPa 快剪內摩擦角φ=21.5°

下層土層主要參數(shù)：

天然重度ω0=18.9/m3 干容重ρd=14.9kN/m3

土顆粒比重Gs=2.72g/cm3

快剪凝聚力c=16kPa 快剪內摩擦角φ=23°

計算結果表明：在正常運用狀態(tài)下，最大壩高斷面下游壩坡最小滑動安全系數(shù)為1.860，上游坡最小滑動安全系數(shù)為1.515，均大于《碾壓實土石壩設計規(guī)范》SL274-2001要求的的最小抗滑安全系數(shù)1.25，且余度較大，說明大壩壩坡整體穩(wěn)定。

2.2 大壩滲流穩(wěn)定分析

某水庫大壩從近年來的壩腳觀測資料分析，壩體與壩基存在滲漏現(xiàn)象。主要原因是：壩基與壩肩未挖至弱風化層，壩體材料與壩基接觸滲漏嚴重；壩體填筑土料較差，壩體滲漏較大。

根據(jù)所取土樣的室內土工試驗成果為：第②層粉土質砂室內水平滲透系數(shù)KV=3.05E-4～5.06E-4cm/s，垂直室內滲透系數(shù)Kh=2.85E-4～6.15E-4cm/s。另據(jù)所取原狀土樣的擊實試驗表明，大壩心墻土料的平均最大干密度1.81 g/cm3、最佳含水量13.9%、壓實度0.86～0.92（<0.96比例）。

壩殼：第①層粉土質砂位于大壩壩體中部，褐色、黃褐、紫紅色，濕～很濕，可塑。粘性土含量60～75%，角礫含量5～10%，粒徑一般在2.0～10.0mm之間。層底標高：323.56～357.42米，層厚：6.20～33.00米。

根據(jù)所取土樣的室內土工試驗成果為：第①層含礫粉土質砂室內水平滲透系數(shù)KV=2.50E-4～5.06E-4cm/s，垂直室內滲透系數(shù)Kh=3.40E-4～5.85E-4cm/s。另據(jù)所取原狀土樣的擊實試驗表明，大壩壩殼土料的平均最大干密度1.89，壓實度為0.87～0.94。心墻水平滲透系數(shù)平均值4.46×10-4cm/s，垂直滲透系數(shù)平均值4.89×10-4cm/s，壩殼水平滲透系數(shù)平均值4.46×10-4cm/s，垂直滲透系數(shù)平均值5.00×10-4cm/s，滲透系數(shù)大于心心墻壩規(guī)范要求的1×10-5cm/s，甚至達不到均質壩構成壩規(guī)范要求1×10-4cm/s，壩體基底的土質為原山前殘積形成的含角礫粘土。

綜上所述，某水庫壩體壩基滲漏存在滲漏。

3壩體及壩基防滲處理

3.1一般處理方法：

某水庫大壩為粘土斜墻砂殼壩，壩體填筑土料滲透系數(shù)大，碾壓不密實；壩基存在一定厚度具中等透水性的礫質粘土層未挖除，壩基滲漏主要途徑為壩基上部礫質粘性土層與右壩肩淺上部的巖石層理，針對心墻土質差、滲透系數(shù)較大和密實程度低的特點，結合以往處理結果，并比照類似工程經(jīng)驗，大壩防滲處理方法主要有：

（1）粘土斜墻：上游側加設粘土斜墻，前趾挖至中風化基巖，周邊挖至相對不透水層或下部帷幕灌漿處理。但因當?shù)貕沃犯浇鼰o粘土資源，據(jù)調查粘土料場運距在8km以上，運輸費用較高；同時壩前淤積層較厚，不但開挖困難，施工圍堰工作量較大、防滲要求高；施工時間長，質量較難控制；兩岸壩肩繞滲需依靠帷幕灌漿，增加造價，而且難以保證防滲效果。

（2）土工布防滲：該方案用土工布代替粘土斜墻，前趾與周邊防滲處理同粘土斜墻。主要優(yōu)點是施工速度快；主要問題是土工布接頭焊接質量難以保證，耐久性較差。

（3）套井回填粘土防滲墻：本工程壩高僅18m，適宜采用沖抓鉆造孔與粘土回填，施工速度快，施工質量易控制，所需粘土方量較少，造價較低。但基巖與壩肩仍需進行帷幕灌漿。

（4）低彈模塑性混凝土防滲墻：可以在低水位時施工，施工速度較快，質量易控制，耐久性較好，基礎與壩肩仍需帷幕灌漿。但造價較高，要求由技術較高的專業(yè)隊伍施工。

（5）壩體粘土帷幕灌漿：可以在低水位時施工，施工容易，可與基礎帷幕灌漿結合，節(jié)省投資。但因本工程大壩為粉質粘土，孔隙比大，塊莖差異較大，可灌性差，帷幕效果難以達到預期。

（6）多方法組合：如在上游壩坡下部采用防滲墻、上部用粘土斜墻或土工布、周邊水泥灌漿防滲。但本工程大壩不長，相互間施工干擾較大，施工工期較長，難以在一個枯水期完成。

根據(jù)本工程特點，以粘土斜墻和混凝土防滲墻方案較為合適。

3.2 方案綜述

3.2.1 方案一

該方案壩體滲漏與基礎接觸帶滲漏采用混凝土防滲墻，壩肩繞滲與壩基基巖滲漏則采用水泥帷幕灌漿防滲。在平面上壩體防滲墻與灌漿帷幕成一條直線布置在壩軸線上游側，兩岸壩肩山體沿防滲墻延長線布置一定長度的帷幕灌漿孔。

該方案的主要優(yōu)點：

（1）壩體防滲效果好，施工質量能得到保證，耐久性較高。

（2）壩基與壩肩防滲帷幕直線布置，與防滲墻的連接較容易，接頭防滲質量易控制；

（3）所有防滲施工場地均在壩頂進行，易于布置設備與材料；

（4）施工內容較單純，且均為機械化施工，不同工種干擾較少，進度較快。

（5）根據(jù)外地經(jīng)驗，壩體防滲墻造孔后可以預埋壩基帷幕灌漿管，節(jié)省鉆孔費用。

3.2.2方案二

該方案的壩體防滲主要依靠上游側加設粘土斜墻，前趾挖至中風化基巖，周邊挖至相對不透水層或下部帷幕灌漿處理。但因當?shù)貕沃犯浇鼰o粘土資源，據(jù)調查粘土料場運距在8km以上，運輸費用較高；同時壩前淤積