東江源水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

李亞文，常萬(wàn)軍，吳允政，都興洋

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春130021）

1 工程概況

東江源水庫(kù)大壩位于湘江支流祁水上游，湖南省祁陽(yáng)縣潘市鎮(zhèn)曾家岐村境內(nèi)，距縣城35km。東江源水庫(kù)工程是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程，主要有大壩、溢洪道、輸水涵洞等建筑物組成。正常蓄水位118.9m，校核洪水位121.04m，總庫(kù)容174.98×104m3。

大壩為粘土心墻壩，壩頂高程124.60m，最大壩高32.00m，壩頂軸線長(zhǎng)125.00m，壩頂寬3.6m。

2 大壩存在的問(wèn)題

東江源水庫(kù)大壩于1963年3月動(dòng)工修建，1965年9月竣工。由當(dāng)?shù)卮迕裢练ㄌ钪?，?dāng)時(shí)只注重工程進(jìn)度，填筑土質(zhì)沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求，填筑質(zhì)量差，夯實(shí)不實(shí)。根據(jù)地質(zhì)勘探成果，大壩壩體穩(wěn)定滲流及非穩(wěn)定滲流最大滲透坡降值，均大于規(guī)范容許滲透坡降值，且心墻下游側(cè)無(wú)反濾層保護(hù)。現(xiàn)大壩壩頂沉陷異常、裂縫顯著。

《東江源水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》所述東江源水庫(kù)大壩存在的主要問(wèn)題：壩體、壩基滲漏嚴(yán)重，壩體內(nèi)部存在發(fā)生滲透破環(huán)的可能性；壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

3 大壩加固設(shè)計(jì)

3.1 加固設(shè)計(jì)方案

3.1.1 方案擬定

根據(jù)大壩存在的問(wèn)題及安全鑒定專家意見(jiàn)，針對(duì)大壩壩基滲漏、壩身滲漏問(wèn)題，擬定了三個(gè)加固處理方案：

方案一：基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體沖抓套井回填粘土和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案。在上游110.40m高程馬道上，采用沖抓套井回填法構(gòu)筑粘土垂直防滲墻，墻底緣抵壩基巖面，下接帷幕灌漿，帷幕灌漿底緣深入基巖相對(duì)不透水層中3~5m；另外從110.40m馬道沖抓回填防滲墻兩端起，分別沿左右壩坡與山坡相交處設(shè)置混凝土截水槽，再沿該截水槽布置帷幕灌漿孔直至壩頂，并按大壩滲透剖面圖將帷幕灌漿線往壩頂左右端延伸至水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處。上游壩坡從110.40m至壩頂高程鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層，從死水位93.00m至103.00高程用拋石培厚，從103.00m至壩頂高程124.60m進(jìn)行混凝土預(yù)制六角板護(hù)坡；下游用草皮護(hù)坡，新修排水溝、上壩人行階梯，修復(fù)堆石棱體塌陷部位，并整平坡面。

方案二：基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體高壓擺噴灌漿和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案。大壩防滲體系由上游110.40m高程馬道形成的高壓擺噴灌漿防滲墻、基礎(chǔ)帷幕灌漿以及壩坡面鋪設(shè)的復(fù)合土工膜組成。上、下游壩坡的加固方式同方案一。

方案三：基礎(chǔ)帷幕灌漿和壩體高壓擺噴灌漿結(jié)合方案。大壩防滲體系由壩頂形成的高壓擺噴灌漿防滲墻、基礎(chǔ)帷幕灌漿組成。上、下游壩坡的加固方式同方案一。

3.1.2 方案選定

對(duì)以上三種方案從投資、防滲效果、以往的施工經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行綜合比較，方案一投資最少，防滲效果較好，施工難度不大，可以利用當(dāng)?shù)夭牧?。因此推薦方案一作為大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案，即基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體沖抓套井回填粘土和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案。

3.2 沖抓套井回填設(shè)計(jì)

3.2.1 回填土料的要求

回填土料采用粘土，要求粘粒平均含量不小于50%，滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s，含水量控制在塑限附近，干容重γd≥15.5kN/m3，干容重和含水量均要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，控制在設(shè)計(jì)要求范圍以內(nèi)。

3.2.2 鉆孔平面布置

沖抓回填套井鉆孔布置在大壩上游高程110.40cm馬道上，鉆孔軸線距馬道內(nèi)側(cè)1m，套井防滲墻在平面上按主、套井相間布置，一主一套相接連成井墻，套井為整圓，主井被套井切割，呈對(duì)稱蝕圓。

3.2.3 孔距和有效厚度確定

孔距的確定，要求用最小的工程量得到最大的防滲厚度，大壩防滲墻由單排井孔構(gòu)成，井孔直徑110cm。孔距計(jì)算如下：

孔距（主井與套井中心距）L=2Rcosα，其中α為主、套井最優(yōu)切割角度，α=450；R為井孔半徑，即R=0.55m，則計(jì)算得L=0.78cm。

防滲墻的有效厚度計(jì)算公式為T=2Rsinα，則得T=0.78m。

3.2.4 孔深確定

沖抓套井回填頂部高程為109.40m，109.40m以上采用1m混凝土回填。鉆孔深度應(yīng)深入壩基巖面，兩岸嵌入岸坡弱風(fēng)化基巖。

3.3 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

大壩壩基及壩肩存在較嚴(yán)重的滲漏，設(shè)計(jì)采用帷幕灌漿作為壩基防滲加固處理措施。壩基灌漿孔順沖抓套井回填孔軸線布置，左右兩側(cè)沿截水槽布置帷幕灌漿孔直至壩頂，并按大壩滲透剖面圖將帷幕灌漿線往壩頂左右端延伸至水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處。帷幕灌漿孔采用單排孔，孔距2m，帷幕底緣深入基巖相對(duì)不透水層中3~5m，防滲控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.1 L/(min.m.m)。在壩身處鉆孔時(shí)必須下套管，采用循環(huán)式自上而下分段灌漿。

灌漿材料必須是新鮮的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5MPa，對(duì)水泥的供給采用邊用邊進(jìn)的原則，以保障水泥不過(guò)長(zhǎng)時(shí)間在工地積放。灌漿應(yīng)遵循分序加密的原則，帷幕孔分兩序進(jìn)行，單數(shù)孔號(hào)為一序，雙孔號(hào)為二序，同序孔距4m，最終孔距2m。當(dāng)巖段小于6m時(shí)，采用全孔一次灌漿法，大于6m或在漏水嚴(yán)重地段應(yīng)采取自上而下的方法灌漿，以提高灌漿質(zhì)量。

3.4 上游壩坡加固設(shè)計(jì)

上游壩坡考慮穩(wěn)定要求，在93.00~103.00m高程間采用拋石培厚，103.00~110.40m高程間采用壩殼土培厚，在壩殼土及拋石間用砂礫石和碎石層進(jìn)行過(guò)渡，砂礫石、碎石層厚度均為15cm。

3.4.1 大壩上游壩面復(fù)合土工膜防滲設(shè)計(jì)

該工程選用復(fù)合土工膜，型式為兩層無(wú)紡?fù)凉た椢飱A一層聚乙烯膜，土工膜厚度為0.6mm。從壩體上游一級(jí)馬道（高程110.40m）到壩頂（高程124.60m）為復(fù)合土工膜鋪設(shè)范圍，與山體連接處壓入混凝土截水槽中，使之與沖抓套井回填粘土防滲墻和帷幕灌漿組成壩體封閉、連續(xù)的防滲體系。

復(fù)合土工膜下設(shè)砂礫石支持層，厚15cm，土工膜上為正六邊形C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，厚0.12m，邊長(zhǎng)0.3m。為防止土工膜滑動(dòng)，在垂直壩坡方向設(shè)置一定數(shù)量的防滑槽，防滑槽深度20 cm，底部寬度20cm，邊坡均為1∶0.5，防滑槽內(nèi)先鋪細(xì)砂再鋪設(shè)土工膜，上部壓C15混凝土，土工膜周邊處理也要求堅(jiān)固牢靠，內(nèi)坡與壩端山體接觸處開(kāi)挖溝槽，形成防滑槽，土工膜向兩邊山體延伸2.0m，末端用現(xiàn)澆C15混凝土固定，混凝土現(xiàn)澆帶高65cm，寬20cm。

3.4.2 上游混凝土護(hù)坡厚度計(jì)算

這次設(shè)計(jì)對(duì)上游壩坡進(jìn)行混凝土塊護(hù)坡，現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制混凝土護(hù)坡相比較，現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡單價(jià)高，不易施工、易開(kāi)裂，所以本次設(shè)計(jì)采用預(yù)制混凝土塊護(hù)坡。

混凝土塊采用正六邊形，邊長(zhǎng)為0.3m。根據(jù)規(guī)范，計(jì)算混凝土塊護(hù)坡厚度公式：

式中：η——系數(shù)，對(duì)預(yù)制裝配式護(hù)面板取1.1；ρc——預(yù)制混凝土板的密度，取2.4t/m3；hp——累積頻率為1%的波高0.738m；Lm——平均波長(zhǎng)，按莆田公式計(jì)算為9.3m；b——沿壩坡方向混凝土塊邊長(zhǎng)，為0.52m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得大壩得護(hù)坡厚度t＝0.12m，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，大壩護(hù)坡厚度取為12cm。

上游壩坡預(yù)制混凝土塊護(hù)坡范圍為高程103.00～124.60m。

3.5 下游壩坡加固設(shè)計(jì)

下游壩坡取消118.00m、108.00m、104.50m高程馬道，回填壩殼料將113.00m馬道至壩頂高程124.60m壩坡調(diào)整為1∶2.0，用草皮護(hù)坡，將99.00m馬道至113.00m高程馬道壩坡調(diào)整為1∶2.3；在馬道上設(shè)置40cm×40cm矩形排水溝，以完善壩面排水系統(tǒng)；修復(fù)堆石棱體塌陷部位，并整平坡面。

3.6 壩頂混凝土路面硬化

東江源水庫(kù)壩頂沉陷、裂縫，這次設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行混凝土硬化，壩頂土層普遍清除30cm厚，整平壩頂，使其表面密實(shí)平整，設(shè)一層15cm厚的碎石墊層，再在細(xì)碎石墊層上現(xiàn)澆一層厚度為20cm的C20混凝土。

4 結(jié) 語(yǔ)

東江源水庫(kù)大壩位于湖南省祁陽(yáng)縣潘市鎮(zhèn)曾家岐村境內(nèi)，沒(méi)有公路通壩址，交通很不方便，采用基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體沖抓套井回填粘土和上游壩坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲層結(jié)合方案，可充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，減少工程投資，滿足大壩滲透穩(wěn)定、邊坡穩(wěn)定要求。