九龍湖段防洪大堤工程防滲標(biāo)準(zhǔn)及墻幕最優(yōu)組合選擇

張黎明（江西省水利水電建設(shè)有限公司　江西　南昌　330025）

九龍湖段防洪大堤工程防滲標(biāo)準(zhǔn)及墻幕最優(yōu)組合選擇

張黎明
（江西省水利水電建設(shè)有限公司江西南昌330025）

本文以實(shí)際工程為例，結(jié)合工程壩基對(duì)防滲的要求以及工程的具體情況，分析了其中壩線與壩基的防滲標(biāo)準(zhǔn)與要求，進(jìn)行了墻幕最優(yōu)組合的選擇與論述，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了滲流計(jì)算，并得出墻幕灌漿深度單管高壓旋噴樁防滲清的厚度是決定墻幕灌漿參數(shù)的主要因素。

防滲標(biāo)準(zhǔn)；墻幕灌漿；最優(yōu)組合；選擇

在壩基滲流控制中，垂直防滲是一種非常有效的控制措施。常見的形式有帷幕灌漿和混凝土防滲墻。其中混凝土防滲墻是可靠性較高的一種防滲措施。但是對(duì)于深度比較大的覆蓋層，想要使用防滲墻將壩基滲流完全截?cái)嚯y度還比較大。如果選用帷幕灌漿的施工方式，會(huì)因?yàn)槭┕ね顿Y比較大、施工時(shí)間長，影響施工效益。為了解決這一難題，通過不斷的研究和實(shí)踐，創(chuàng)造性的提出了墻幕結(jié)合的防滲措施，可以將灌漿和造墻的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，形成聯(lián)合形式的防滲結(jié)構(gòu)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防滲效果。

1　工程概況

本工程項(xiàng)目位于南昌九龍湖段防洪大堤工程Ⅱ標(biāo)范圍內(nèi)，其中斗門電排站位于樁號(hào)2+950，由水渠、消力池、防洪閘、出水箱涵、壓力水箱、進(jìn)水閘、泵房、進(jìn)水渠等組成；自排閘位于樁號(hào)2+936，由進(jìn)水渠、進(jìn)水閘、箱涵、防洪閘及出水渠組成。電排閘箱涵為2孔，每孔孔口尺寸為2.7m×2.7m，自排閘箱涵為1孔，孔口尺寸為2.7m×2.7m；泵房尺寸為16.7m×14.1m×11.3m，內(nèi)設(shè)4臺(tái)14000ZB潛水軸流泵（500kw/臺(tái)），裝機(jī)容量為2000kw，排澇設(shè)計(jì)流量為16.8m3/s；防洪閘內(nèi)空尺寸為2.7m×2.7m。

2　選擇防滲標(biāo)準(zhǔn)及墻幕的最佳組合

2.1防滲標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1中壩線

中壩線河床寬度310m，壩址壩基覆蓋層厚為147.95m，主要為冰磧砂礫石層，冰磧砂礫石層雜亂無分選，滲透系數(shù)為6m/d～20.36m/d，允許水力比降0.1。進(jìn)行滲流分析后，不處理壩基，滲漏流量1.115m3/s，壩基滲透比降0.548，大于卵石所允許的0.1的滲透比降，為了保證壩基滲透的穩(wěn)定性，需要對(duì)滲漏量進(jìn)行控制，并做好壩基的防滲工作。

2.1.2壩基

壩基滲漏控制標(biāo)準(zhǔn)參考其它工程取多年平均流量的1%，即為0.346m3/s?？裳须A段設(shè)計(jì)推薦采用85m深，厚37m的砼防滲墻下接帷幕灌漿的垂直防滲方案，可研審查意見基本同意初選的壩體結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)處理及邊坡加固型式，要求初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步研究防滲墻及灌漿帷幕各自處理深度的最優(yōu)組合。為了對(duì)方案的科學(xué)性進(jìn)行證明，提出對(duì)帷幕灌漿深度和防滲墻進(jìn)行組合，并在施工現(xiàn)對(duì)漿液配合比、墻體材料配合比、防滲墻施工工藝及施工工效、地層可灌性、帷幕灌漿孔排距、漿液材料及配合比、灌漿工藝及工效、防滲墻和帷幕質(zhì)量檢測等。試驗(yàn)為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基本資料和參數(shù)，并為工效分析、工期確定以及防滲墻和帷幕造價(jià)分析提供基本數(shù)據(jù)。2004年1月10日～11日，地方水利樞紐工程建設(shè)管理局和江河水利水電咨詢中心組織專家組，對(duì)本工程壩基垂直防滲進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)技術(shù)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)意見認(rèn)為本工程壩基深厚覆蓋層采用混凝土防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)合的上墻下幕型式可以達(dá)到滲流控制的目的；試驗(yàn)證明，帷幕灌漿和防滲墻組合是可行的，結(jié)構(gòu)型式也比較合理，從左岸地面高程算起，將防滲墻的深度保持在85m，使用灌漿帷幕布置在墻下后即可達(dá)到壩基防滲設(shè)計(jì)要求。

2.2墻幕最優(yōu)組合選擇

壩基防滲試驗(yàn)的成功表明依據(jù)目前國內(nèi)的施工水平，在壩基覆蓋層中采用100m以內(nèi)深度防滲墻下部接帷幕灌漿來實(shí)現(xiàn)全斷面截滲的方案是可行的，本階段擬定了80m、85m、90m、95m、100m五個(gè)深度防滲墻與灌漿帷幕組合型式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)比，來確定防滲墻和灌漿帷幕深度最優(yōu)組合。各種組合方案如表1所示。

對(duì)比分析后，設(shè)計(jì)壩基防滲墻深度為40m。左岸墻段墻頂高程168.40m，右岸墻段墻頂高程165.5m，采用墻厚為37m。使用一排灌漿管布置在防滲墻內(nèi)部，預(yù)埋管離表面的凈距離不應(yīng)小于15m。選擇85m墻深的主要優(yōu)點(diǎn)在于該方案能穿透壩基砂層透鏡體，并避免了砂層灌漿問題。另外85m墻深與90m墻深槽孔施工難度、工效基本相同，而墻深＞90m施工工效明顯降低。

表1　　不同深度墻幕組合方案工程量及投資對(duì)比表

為了合理確定防滲墻體材料，本階段委托西安理工大學(xué)和大連理工大學(xué)采用平面及三維有限元進(jìn)行了壩基防滲墻應(yīng)力分析。根據(jù)本工程土石壩混凝土防滲墻三維靜力計(jì)算和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，確定防滲墻墻體材料采用常規(guī)混凝土，混凝土的物理力學(xué)指標(biāo)為：抗壓強(qiáng)度Ⅱ，抗?jié)B等級(jí)為P6，相應(yīng)的滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s。

表2　　大壩滲流計(jì)算材料參數(shù)表

表3　　瀝青心墻壩不同水位滲流計(jì)算結(jié)果表

參考滲流最終得到的計(jì)算結(jié)果，采用10-4cm/s灌漿帷幕標(biāo)準(zhǔn)，單寬最大滲漏量為0.5m3/dm，但從灌漿試驗(yàn)結(jié)果分析，灌漿效果要達(dá)到10-5cm/s，難度很大，綜合分析滲漏量和施工難度造價(jià)，確定砂礫石灌漿標(biāo)準(zhǔn)為10-4cm/s。針對(duì)壩基防滲帷幕灌漿現(xiàn)場試驗(yàn)三個(gè)檢查孔，每孔選取2段進(jìn)行了耐壓壓水試驗(yàn)，安全系數(shù)K=5幕體的允許水力坡降可達(dá)到Jp≥4.6，6個(gè)耐壓壓水試驗(yàn)段，其中有3段不能升至設(shè)計(jì)壓力值2MPa，其中J1孔和J3孔各有1段升壓至1.5MPa時(shí)即破壞，J2孔升壓至2.0MPa時(shí)才破壞的結(jié)果，中國水利水電科學(xué)研究院根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙蛹?jí)配曲線模擬本工程的現(xiàn)場地層，室內(nèi)模擬試驗(yàn)?zāi)惑w破壞比降可達(dá)到217。結(jié)合規(guī)范要求及試驗(yàn)結(jié)果，據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及規(guī)范和工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)灌漿帷幕85m以下深度允許的滲透坡降小于六。帷幕灌漿共布置3排，孔排距1.3m，墻幕搭接長度為10m，保證帷幕灌漿厚度小于墻下端繞滲的最小滲徑，防滲墻嵌入基巖1.0m，頂部伸入粘土心墻內(nèi)1m～2m。

（一）滲流計(jì)算

在進(jìn)行防滲標(biāo)準(zhǔn)及帷幕最優(yōu)組合分析的基礎(chǔ)上，對(duì)上游水位分別為2964.6m、2960m、2945m、2930m、2915m五種工況下進(jìn)行滲流計(jì)算，滲流計(jì)算采用的壩體與壩基各種材料滲透系數(shù)見表2。

滲流計(jì)算中，假定河床剖面沿壩軸線方向保持不變，假定基巖為不透水層。由于泄洪洞出口水位較低，下游水位取壩址處地下水位2888m，大壩蓄水后可能會(huì)有抬高，但從滲流計(jì)算來講，在假設(shè)地下水位不抬高情況下滲漏量和水力坡降都比抬高后大，所以假設(shè)地下水位不抬高是偏安全的。所有材料的滲透性質(zhì)各向同性，即kx=ky。使用二維滲流計(jì)算程序UNSST2作為計(jì)算程序。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

為了對(duì)防滲體自身缺陷對(duì)壩基滲流穩(wěn)定性和安全性造成的影響程度進(jìn)行分析，結(jié)合壩基防滲現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，委托南京水利科學(xué)研究院進(jìn)行了壩基防滲三維滲流風(fēng)險(xiǎn)性分析，其主要結(jié)論意見為：心墻與砼防滲墻接頭廊道頂接處坡降值最大，砼防滲墻和帷幕灌漿聯(lián)合截?cái)嗪哟采暗[石覆蓋層，起到較好的防滲作用。大壩目前采用垂直防滲設(shè)計(jì)方案即瀝青砼心墻和上墻下幕方案能滿足滲流穩(wěn)定性要求；而下幕上墻的方案更加的科學(xué)，設(shè)計(jì)下灌漿和防滲墻搭接10m也是比較合理的。深覆蓋層上砼防滲墻開裂對(duì)整個(gè)滲控措施效果影響研究結(jié)果表明，砼防滲墻縫在0.5mm下微裂縫時(shí)影響不大。

3　結(jié)語

由于此工程壩基處理的施工量比較大，需要根據(jù)壩址河床地形地質(zhì)條件，防滲墻施工分兩期完成，一期施工左岸河灘部分，二期施工右岸主河床部分。左岸基礎(chǔ)主要是冰漬砂礫石層，右岸河槽基礎(chǔ)因含有軟粘土層及細(xì)砂層，根據(jù)防滲墻現(xiàn)場試驗(yàn)成果，使用鉆抓法進(jìn)行施工是最為合理的一種施工方法，固壁泥漿采用膨潤土制漿，混凝土由攪拌車運(yùn)至施工現(xiàn)場，澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法施工。

根據(jù)工程地質(zhì)條件及工程布置特性，結(jié)合現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)成果，帷幕灌漿選用SM-400跟管鉆機(jī)型或XY-42型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，泥漿固壁。在對(duì)防滲墻進(jìn)行灌漿是，需要使用預(yù)埋管布置在墻體中，并使用Φ76孔徑分段鉆進(jìn)；斜坡段和平洞內(nèi)基巖直接采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔徑Φ76，自上而下分段鉆進(jìn)。河床段砂礫石層灌漿時(shí)先灌邊排孔，再灌中間排孔，每一排分三序作業(yè)，逐漸加密。從上到下對(duì)各個(gè)孔進(jìn)行分段，并封閉好孔口，使用循環(huán)灌漿方法向孔內(nèi)進(jìn)行注漿。向平洞和斜坡段進(jìn)行灌漿時(shí)，使用從上到下分段灌注的方式進(jìn)行施工，孔內(nèi)注漿時(shí)，使用選好法進(jìn)行施工。

［1］林志敏.壩體與壩基垂直連體防滲加固中墻幕結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)［J］.水利建設(shè)與管理. 2012，（11）:65-68.

［2］任習(xí)祥.帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中的應(yīng)用［J］.廣東建材. 2009，（2）:52-54.

（責(zé)任編輯：唐紅云）