剡源水庫大壩右壩頭連接部位防滲設(shè)計(jì)

賴 勇

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002)

1 工程概況

土質(zhì)防滲體壩體與壩基、岸坡及其他建筑物的連接是土石壩防滲薄弱部位，處理不當(dāng)極易帶來壩頭連接部位發(fā)生裂縫、沉降脫開，甚至出現(xiàn)集中滲流等嚴(yán)重安全隱患，規(guī)范［1］從開挖面清理、接觸面處理、邊坡控制等多個(gè)方面采用強(qiáng)制性條文對此進(jìn)行了規(guī)定。然而，由于實(shí)際地形、地質(zhì)以及已建工程建筑物布置等建設(shè)條件的復(fù)雜性及約束，對于存在岸坡接觸問題的病險(xiǎn)土石壩，除嚴(yán)格遵照規(guī)范強(qiáng)制性條文的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)外，往往還需從實(shí)際問題出發(fā)、把握本質(zhì)、綜合治理［2］。

剡源水庫位于嵊州市石璜鎮(zhèn)上游，長樂江支流郯城江上，是一座以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫［3］。水庫大壩為黏土心墻砂殼壩，最大壩高41.0m，大壩右壩頭位于1977年大壩擴(kuò)建時(shí)封堵的老溢洪道泄槽位置，封堵時(shí)大壩防滲體部位采用黏土進(jìn)行了回填，壩體與溢洪道漿砌塊石邊墻相鄰，沒有與岸坡直接連接，除險(xiǎn)加固前結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 除險(xiǎn)加固前大壩右壩頭連接部位結(jié)構(gòu)圖

壩體防滲黏土心墻部位，已回填的老溢洪道泄槽為大壩壩體的一部分，由于老溢洪道泄槽邊坡較陡，右壩頭不均勻沉降較大。溢洪道漿砌塊石邊墻兼作拱橋橋墩，墻身單薄、坡度較陡，且未按土石壩防滲體與剛性建筑物接合部位處理的常規(guī)方法設(shè)置刺墻［4］，再加上壩體沉降，右壩頭與溢洪道拱橋接觸處從防浪墻頂至溢流側(cè)堰底腳存在縱向裂縫，除險(xiǎn)加固前，右壩頭與溢洪道擋墻接觸部位滲漏明顯。

2 右壩頭連接部位防滲設(shè)計(jì)

2.1 開挖放坡設(shè)計(jì)

除險(xiǎn)加固過程中對溢洪道進(jìn)行了徹底改造，由原進(jìn)口帶2孔泄洪閘的側(cè)槽溢洪道改造為L型溢流堰側(cè)槽溢洪道［5］，因此，溢洪道漿砌石邊墻全部進(jìn)行了拆除。另外，考慮到老溢洪道泄槽深度大，邊坡過陡，為增強(qiáng)壩基的防滲性能考慮，對心墻部位老溢洪道泄槽也進(jìn)行了全面開挖。壩體分期施工時(shí)，規(guī)范要求先填筑壩段的橫向壩坡要求土料不宜陡于1∶3.00，因此，控制壩體心墻沿壩軸線方向設(shè)計(jì)開挖坡度1∶3.00，上下游兩側(cè)根據(jù)施工期邊坡穩(wěn)定按不陡于1∶1.50的穩(wěn)定邊坡控制開挖，開挖后的右壩頭平面布置見圖2。

圖2 右壩頭連接部位開挖平面布置圖

2.2 壩基防滲設(shè)計(jì)

右壩頭壩基開挖至基巖后，老溢洪道泄槽基礎(chǔ)及兩側(cè)邊坡均采用C15混凝土襯砌［6］，襯砌厚0.5m，邊坡陡于1∶0.50時(shí)按1∶0.50的邊坡放緩襯護(hù)，襯砌與巖石接觸面進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，固結(jié)灌漿孔間距2.0m×2.0m梅花形布置，深度2.0m，灌漿壓力0.3MPa。在壩軸線位置的老溢洪道泄槽部位設(shè)C20混凝土截水墻，截水墻順壩軸線方向布置，頂部與左側(cè)壩基齊平，頂寬0.5m，上下游兩側(cè)坡度1∶0.10。

沿壩軸線方向截水墻底部進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿孔間距2.0m，孔深深入相對隔水層 (q≤5Lu)以下5.0m。帷幕向河床方向延伸到樁號壩0+113.00m位置，右側(cè)與溢洪道左邊墻底部的帷幕灌漿系統(tǒng)相連，通過溢洪道帷幕灌漿系統(tǒng)延伸至右岸岸坡正常蓄水位與相對隔水層線相交處，形成右壩頭帷幕灌漿系統(tǒng)的封閉連接。

2.3 右側(cè)溢洪道邊墻防滲設(shè)計(jì)

右壩頭防滲設(shè)計(jì)結(jié)合溢洪道徹底改造后的混凝土左邊墻進(jìn)行，考慮邊墻與土質(zhì)防滲體連接的邊坡不宜過陡，同時(shí)也為滿足擋墻穩(wěn)定要求，溢洪道邊墻背水坡采用1∶0.50的坡度。溢洪道擋墻基礎(chǔ)座落于弱風(fēng)化基巖上，根據(jù)實(shí)際地形條件，壩軸線處溢洪道擋墻基礎(chǔ)需延伸至老溢洪道泄槽底部。溢洪道左邊墻在原壩軸線位置背水坡設(shè)刺墻，C20鋼筋混凝土刺墻寬度2.5m，頂部高程119.00m，與壩頂黏土套井施工平臺高程齊平，底部至壩基截水墻頂部，刺墻與溢洪道左邊墻同步整體澆筑。溢洪道左邊墻迎水面基礎(chǔ)設(shè)齒槽，寬度1.0m，深入基巖1.0m。邊墻施工完成后，心墻位置采用黏土料分層回填碾壓密實(shí)，刺墻2.0m范圍采用高塑性黏土回填，要求塑性指數(shù)17～19，滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s;水溶鹽含量 (指易溶鹽和中溶鹽，按質(zhì)量計(jì))不大于3%;有機(jī)質(zhì)含量 (按質(zhì)量計(jì))不大于2%;壓實(shí)度不小于96%。壩殼位置填筑材料與壩體其他斷面一致，與心墻防滲體一道同步分層回填碾壓密實(shí)。右壩頭連接部位壩軸線方向壩基及溢洪道邊墻防滲設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布置情況見圖3。

圖3 大壩右壩頭連接部位防滲結(jié)構(gòu)布置縱剖面圖

2.4 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

本工程除按規(guī)范要求進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)外，在以下2方面進(jìn)行了優(yōu)化控制，取得了較好的效果:

(1)截水墻、刺墻的多維防滲設(shè)計(jì)。刺墻除豎向壩體側(cè)進(jìn)行1∶0.50的放坡，上下游及壩體側(cè)2.0m范圍采用高塑性黏土回填外，水平向還進(jìn)行了1∶0.10的斷面收縮;截水墻在上下游兩側(cè)進(jìn)行了1∶0.10的放坡，這些細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)更有利于施工碾壓時(shí)混凝土表面與黏土緊密貼合，提高防滲效果。

(2)土質(zhì)接觸面防滲設(shè)計(jì)。規(guī)范要求龍口段或先期填筑段的橫向邊坡土坡不陡于1∶3.00，其目的是為了加強(qiáng)分期填筑土體的整體性，避免出現(xiàn)層間接縫。實(shí)際施工過程中，車輛沿坡面碾壓，往往造成開挖后的坡面密實(shí)，因此，設(shè)計(jì)要求施工過程中，分層碾壓前，對密實(shí)的表層進(jìn)行了挖除，除此之外，還采用兩排黏土套井進(jìn)行了套打，起到了有效防止形成層間接觸面，避免發(fā)生接觸滲流的效果。

3 結(jié)語

剡源水庫除險(xiǎn)加固工程于2010年完工，根據(jù)近幾年的沉降及滲流監(jiān)測情況，右壩頭沉降穩(wěn)定，監(jiān)測斷面浸潤線分析表明，加固后的壩體浸潤線位置較低，且相對于加固前，壩體浸潤線顯著降低，大壩加固效果較好。

土石壩壩體與剛性的岸坡或樞紐建筑物連接部位結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)需要慎重對待的事情［7］。規(guī)范規(guī)定壩體土質(zhì)防滲體與混凝土面結(jié)合的坡度不宜陡于1∶0.25，連接段的防滲體宜適當(dāng)加大或選用高塑性黏土填筑并充分壓實(shí)。本工程設(shè)計(jì)控制心墻土與溢洪道邊墻結(jié)合邊坡為1∶0.50，并在防滲體部位壩基老溢洪道泄槽內(nèi)增設(shè)了截水墻，溢洪道邊墻增設(shè)了刺墻及齒槽，局部采用了高塑性黏土回填，在延長滲徑的同時(shí)有效保障了接合部位的填筑質(zhì)量。壩體側(cè)防滲體部位開挖邊坡控制1∶3.00的緩坡，并對接觸面進(jìn)行了套井加固，防止接觸面成為滲透薄弱部位。在嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，重視細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，從規(guī)范要求的本質(zhì)原理出發(fā)，有效對壩頭連接部位進(jìn)行了防滲加固。

［1］中華人民共和國水利部.SL 274—2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［2］賈文生.土石壩施工中對接合部位的處理措施 ［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2007(4):323-325.

［3］賴勇.剡源水庫壩基輸水底涵高水頭封堵方案及技術(shù)分析［J］.水利水電技術(shù)，2013(5):71-74.

［4］王先忠，王玉英，王明棟.淺論土石壩防滲體與剛性建筑物結(jié)合部位的處理［J］.內(nèi)蒙古水利，2011(2):37.

［5］賴勇，唐毅，顧錫春，等.L形溢流堰側(cè)槽溢洪道水力設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010(4):80-82.

［6］王家維，徐智桓，趙淑清.淺談土心墻與基礎(chǔ)連接設(shè)計(jì)［J］.東北水利水電，2006，(6):22.

［7］王莉，鄧迎.丹江口大壩加高左右岸土石壩設(shè)計(jì) ［J］.人民長江，2004(11):38-40.