揚(yáng)州市小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中大壩防滲處理設(shè)計(jì)探索

索真真，于寬畏，嚴(yán) 峻

(1.揚(yáng)州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225007; 2.儀征市水務(wù)局，江蘇 儀征 211400)

揚(yáng)州市小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中大壩防滲處理設(shè)計(jì)探索

索真真1，于寬畏1，嚴(yán) 峻2

(1.揚(yáng)州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225007; 2.儀征市水務(wù)局，江蘇 儀征 211400)

揚(yáng)州市中小型水庫(kù)均為勻質(zhì)土石壩，其除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)與難點(diǎn)在于壩身的防滲加固。在水庫(kù)除險(xiǎn)除險(xiǎn)加固中要為每一座水庫(kù)大壩的防滲加固采用合適的設(shè)計(jì)方案，使之合理、經(jīng)濟(jì)。

水庫(kù);土石壩;防滲;方案比選

DO I:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.08.040

1 基本情況

揚(yáng)州市境內(nèi)在冊(cè)小型水庫(kù)共61座，其中長(zhǎng)江流域35座，淮河流域26座。在冊(cè)小型水庫(kù)中小(1)型水庫(kù)13座，均分布于儀征市(馬集鎮(zhèn)4座、陳集鎮(zhèn)3座、謝集鎮(zhèn)2座、劉集鎮(zhèn)2座、大儀鎮(zhèn)1座、青山鎮(zhèn)1座);小(2)型水庫(kù)48座，分布在儀征市33座(謝集鎮(zhèn)7座、馬集鎮(zhèn)6座、月塘鎮(zhèn)5座、大儀鎮(zhèn)4座、青山鎮(zhèn)4座、劉集鎮(zhèn)3座、陳集鎮(zhèn)2座、新城鎮(zhèn)1座、真州鎮(zhèn)1座)、邗江區(qū)11座(甘泉鎮(zhèn)7座、楊廟鎮(zhèn)3座、槐泗鎮(zhèn)1座)、維揚(yáng)區(qū)2座(西湖鎮(zhèn))、高郵市2座(青山鎮(zhèn))。單庫(kù)主體建筑物有:均質(zhì)土壩、灌溉引水涵洞、補(bǔ)水涵洞、溢洪道(閘)等。61座小型水庫(kù)總庫(kù)容約6378萬(wàn)m3;總興利庫(kù)容2468萬(wàn) m3;總調(diào)洪庫(kù)容4008萬(wàn) m3;總集水面積 251km2，占揚(yáng)州市丘陵山區(qū)面積1086km2的23.1%;總灌溉面積18.1萬(wàn)畝，占揚(yáng)州市丘陵山區(qū)灌溉面積78萬(wàn)畝的23.2%;總保護(hù)面積93km2;揚(yáng)州市境內(nèi)有中型水庫(kù)一座，為月塘水庫(kù)，位于儀征市西郊丘陵山區(qū)，集水面積35.5km2，總庫(kù)容1549萬(wàn) m3，設(shè)計(jì)灌溉面積3.2萬(wàn)畝。

水庫(kù)在防洪安全、農(nóng)業(yè)灌溉、水生態(tài)環(huán)境改善、水資源供應(yīng)、水景觀提升等方面均發(fā)揮了重要的作用，目前隨著國(guó)家新一輪中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施完成，水庫(kù)的防洪保安能力、蓄水灌溉能力、水庫(kù)整體環(huán)境等均大大改善，外貌煥然一新。

揚(yáng)州市中小型水庫(kù)均為碾壓式土石壩結(jié)構(gòu)，初建于上世紀(jì)五六十年代，多年運(yùn)行后水庫(kù)均存在較多的安全隱患。自2004年以來(lái)，筆者全過(guò)程參與揚(yáng)州市水庫(kù)安全鑒定以及后續(xù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，在省、市各級(jí)專家指導(dǎo)下，結(jié)合水庫(kù)實(shí)際情況，對(duì)不同水庫(kù)采取了不同的大壩防滲處理措施，并進(jìn)行了總結(jié)歸納。

2 水庫(kù)大壩防滲加固要點(diǎn)

水庫(kù)的除險(xiǎn)加固是一項(xiàng)利國(guó)利民的措施，可充分發(fā)揮水庫(kù)的各種功效，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高。因此，實(shí)施水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程是非常必要和迫切的。

提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括加高培厚大壩、翻擴(kuò)建、增建溢洪道、修建灌溉涵洞、對(duì)水庫(kù)采取防滲、導(dǎo)流排水等措施。其中解決好防滲問(wèn)題是提高水庫(kù)工程質(zhì)量的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

揚(yáng)州市水庫(kù)大多建設(shè)年代久遠(yuǎn)，初建時(shí)的工程建設(shè)水平普遍低下，此類土石壩的最大隱患是壩體填筑質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，壩身、壩基存在空隙等。因此提高壩體和壩基密實(shí)度是解決此類水庫(kù)防滲安全問(wèn)題的首要課題。就揚(yáng)州市勻質(zhì)土石壩的防滲而言，主要除險(xiǎn)加固原則如下。

(1)控制土石壩壩體及壩基滲流滲徑、滲流坡降、滲水量等，使其均滿足規(guī)范要求;

(2)根據(jù)水庫(kù)的防滲加固原理，壩體防滲措施主要是“前堵、中截、后排”，而壩基為“前延、中截、后壓排”，防滲加固總體要遵循上述原則，采取的防滲措施一般要建設(shè)在水庫(kù)的上游位置。

(3)地質(zhì)條件差、初建情況施工質(zhì)量差、現(xiàn)狀條件復(fù)雜的水庫(kù)大壩，采用單一的技術(shù)措施往往難以奏效，即使勉強(qiáng)采用安全系數(shù)較高的加固方案也不經(jīng)濟(jì)，應(yīng)應(yīng)地制宜的采用多種防滲方法結(jié)合的措施，結(jié)合起來(lái)使用從而發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì);

(4)根據(jù)水庫(kù)的建設(shè)特點(diǎn)，水庫(kù)的施工一般應(yīng)在一個(gè)枯水期建設(shè)完成，避免對(duì)水庫(kù)的蓄水、灌溉、防洪造成不必要的影響，影響水庫(kù)效益的發(fā)揮。

3 水庫(kù)大壩防滲加固措施方案介紹

土石壩防滲加固措施一般可分為垂直防滲與水平防滲兩大類。就揚(yáng)州地區(qū)平原、小型丘陵地區(qū)水庫(kù)的特點(diǎn)，垂直防滲是較為常見的防滲措施。該措施相對(duì)水平防滲措施，截流效果更顯著，施工更為方便。下面就揚(yáng)州市水庫(kù)加固過(guò)程中常用的幾種垂直防滲措施進(jìn)行詳述。

3.1 劈裂灌漿

劈裂灌漿在揚(yáng)州水庫(kù)除險(xiǎn)加固中有著較為悠久的歷史，也是本地區(qū)使用最為廣泛的防滲處理措施。該方法是利用灌漿壓力的作用，將壩體有控制的劈開，使?jié){液在壩體內(nèi)形成一個(gè)連續(xù)的漿體防滲帷幕，同時(shí)通過(guò)漿液對(duì)水庫(kù)壩體的擠壓、充填、固結(jié)作用，可以調(diào)整水庫(kù)土石壩內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)，提高局部土區(qū)的應(yīng)力，從而做到恢復(fù)壩體的應(yīng)力平衡，滿足防滲功能的同時(shí)也可對(duì)大壩穩(wěn)定起到一定作用。

受限于水庫(kù)初建時(shí)的建設(shè)水平，本地區(qū)水庫(kù)普遍存在壓實(shí)不到位、壩體填筑質(zhì)量較差、滲透系數(shù)較大、壩后滲透管涌嚴(yán)重等問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)劈裂灌漿的基本原理和當(dāng)?shù)囟嗄晁畮?kù)加固的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了灌漿設(shè)計(jì)方案，主要是要解決壩體、壩基的滲流存在問(wèn)題，灌漿一般采用粘土漿。就灌漿孔而言，局部為達(dá)到預(yù)期效果，適當(dāng)增加灌漿孔的密度及深度，對(duì)壩體內(nèi)部的空隙位置、壓實(shí)不足位置需進(jìn)行灌漿封閉，一般要求泥墻施工后厚度達(dá)到5～20cm左右。

漿液的選擇是保證工程加固質(zhì)量、設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理的重要因素，漿液的選擇直接影響著漿液的成墻效果、固結(jié)速率、墻體強(qiáng)度等。應(yīng)根據(jù)粘土實(shí)際情況，進(jìn)行必要的試驗(yàn)確定合適的水泥摻入量，根據(jù)本地區(qū)土質(zhì)特性，一般水泥摻入量在10%～20%之間較為合適，同時(shí)為提高泥漿流動(dòng)性也可摻入少量的水玻璃，最終漿液比重控制在1.4～1.65左右為宜。

3.2 壓密灌漿

壓密灌漿是在水庫(kù)的上部利用較高的壓力向壩體內(nèi)部灌入一定濃度的水泥漿或其他漿液，使壩體內(nèi)部密實(shí)從而起到防滲效果的一種措施。施工時(shí)先采用鉆孔機(jī)械，將注漿管施工到預(yù)定高程，然后用高壓泥漿泵將漿液通過(guò)噴嘴噴射出來(lái)，對(duì)壩體內(nèi)部進(jìn)行沖擊，使土粒在噴射漿液的沖擊力作用下，與漿液形成攪拌融合，并按一定的質(zhì)量大小和漿土比例重新排列。待漿液凝固后，土內(nèi)就形成一定形狀的密實(shí)固結(jié)體。

壓密灌漿開始時(shí)漿液一般直接填充較大的空隙，充填完成后在壓力的作用下滲入較小土體孔隙。壓力作用下土層孔隙水壓力升高并擠壓周圍土體，土體內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)剪切裂縫，漿液隨著裂縫進(jìn)行擴(kuò)散充填，形成漿脈，最終使得土體內(nèi)部形成密實(shí)的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。

本措施漿脈在形成過(guò)程中占據(jù)了土體中一部分空間，加上土層內(nèi)大小孔隙均被漿液所滲透，構(gòu)成了新的土體、漿脈復(fù)合地基，改善了土體的強(qiáng)度和防滲性能，同時(shí)也改變了土體物理力學(xué)性質(zhì)，起到密實(shí)土體的作用。該法尤其適用于壩體局部存在較大孔洞、或因?yàn)榘紫佄：Φ韧饬υ蚱茐男纬傻目锥础?/p>

3.3 深層攪拌連續(xù)墻

深層攪拌法是利用水泥等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)專用的深層攪拌機(jī)械，在壩基、壩身位置就地將不密實(shí)土體和固化劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁霉袒瘎┖蛙浲林g產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，重新組合成具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的土體，從而起到類似防滲帷幕墻的作用。深層攪拌法有濕法、干法兩種方式，根據(jù)多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，干法施工時(shí)攪拌不均勻，在安全要求較高的工程上，干法施工一般不建議采用，一般以濕法工藝為主。

就本地區(qū)水庫(kù)除險(xiǎn)加固而言，深層攪拌工藝一般采用多頭小直徑攪拌或套打攪拌樁，工程建設(shè)完成后可形成一道厚度0.3～0.6m的“帷幕墻”，該法施工簡(jiǎn)便且防滲效果較為直接。

3.4 防滲膜加固方式

近年來(lái)，土工膜越來(lái)越多的被利用于水利工程中，就水庫(kù)大壩而言最常見的是垂直鋪設(shè)防滲土工膜進(jìn)行防滲，其基本原理是:首先用泥漿泵沖、挖掘機(jī)挖等在需要防滲的位置中垂直開出槽孔，并對(duì)其采用泥漿護(hù)壁，然后將與槽深相當(dāng)?shù)耐凉つふR的鋪入槽內(nèi)，土工膜展開鋪設(shè)，相鄰兩幅之間可采用膠接的方式連接，最后進(jìn)行膜兩側(cè)及上部的填土，為保證防滲效果以及保證對(duì)防滲膜的保護(hù)，在膜頂部回填粘土，厚度不小于1m。上述防滲措施完成后接著回填與原筑壩材料相同的土料，待其沉降穩(wěn)定后，往槽內(nèi)繼續(xù)填土壓實(shí);待土工膜出槽后，在建筑物位置將其與建筑物的防滲體系連接，使其防滲交圈。與建筑物連接處，土工膜應(yīng)留有足夠的沉降富余長(zhǎng)度，防止建筑物變形時(shí)拉斷土工膜。土工膜防滲頂?shù)母叱桃话愀哂谧罡吆樗灰陨?，具體根據(jù)水庫(kù)的等級(jí)及水庫(kù)的實(shí)際情況按規(guī)范要求計(jì)算確定。

3.5 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是沿水庫(kù)壩身縱向布置的緊密結(jié)構(gòu)防滲體。施工時(shí)先在水庫(kù)壩身迎水側(cè)連續(xù)造孔，以泥漿固壁，最后往孔內(nèi)灌注混凝土而建成的混凝土墻。該垂直防滲處理方案在松散透水結(jié)構(gòu)中最為直接、有效。

防滲墻一般分段建造，可分多個(gè)圓孔或多個(gè)槽孔澆筑，各段連成一道整墻。墻的兩端與岸邊的防滲設(shè)施連接，底部嵌入相對(duì)不透水地層中一定深度或滿足防滲滲徑要求。

具體設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)水庫(kù)大壩的建設(shè)情況、工程地質(zhì)與水文條件情況，結(jié)合水庫(kù)大壩上建筑物的銜接要求，確定墻軸線位置、選用墻體材料，初步選定墻厚等;然后進(jìn)行壩身滲流及墻體結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算，最終確定墻厚和墻體與防滲體連接等細(xì)部設(shè)計(jì)。

防滲墻混凝土一般具有較高的強(qiáng)度、較高的抗?jié)B性能、較低的彈性模量，其防滲效果徹底，但成本較高。在本地區(qū)實(shí)際使用中，考慮性價(jià)比、材料性能后，使用最多的是塑性混凝土防滲墻。

4 水庫(kù)壩身防滲加固方案的選擇

揚(yáng)州市水庫(kù)數(shù)量眾多，各水庫(kù)的初建情況、現(xiàn)狀實(shí)際存在問(wèn)題、土層地質(zhì)條件、施工作業(yè)條件等復(fù)雜多樣，必須應(yīng)地制宜的選擇合適的防滲加固措施，目前揚(yáng)州市所有在冊(cè)水庫(kù)均已除險(xiǎn)加固完成，壩身主要防滲措施施行情況如下表:

表1 揚(yáng)州市水庫(kù)壩身防滲處理措施方案比選表

5 結(jié)語(yǔ)

小型碾壓式土石壩結(jié)構(gòu)水庫(kù)除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于水庫(kù)的壩身防滲處理，應(yīng)根據(jù)各個(gè)水庫(kù)的具體情況選擇合適的防滲處理方式。揚(yáng)州市小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固竣工基本已超過(guò)五年，在對(duì)大壩加固前后滲透情況進(jìn)行對(duì)比后我們發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)采取的措施效果較為有效，水庫(kù)原先較為普遍的滲水、窨潮現(xiàn)象得到了有效的控制，基本達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

［1］魏宏剛，響河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013(06).

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［9］崔麗娜.塑性混凝土防滲墻在土壩防滲加固中的有效運(yùn)用分析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2015(06) .

TV697

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1672-2469(2016)08-0126-04

2015-12-17

索真真(1982年—)，女，工程師。