崀峨水庫除險(xiǎn)加固大壩防滲設(shè)計(jì)淺析

陳小洪，胡開富，馬華安

（云南省水利水電科學(xué)研究院，650228，昆明）

崀峨水庫除險(xiǎn)加固大壩防滲設(shè)計(jì)淺析

陳小洪，胡開富，馬華安

（云南省水利水電科學(xué)研究院，650228，昆明）

防滲墻；帷幕灌漿；除險(xiǎn)加固；大壩

一、工程概況

崀峨水庫位于云南省麗江市永勝縣城南32 km的程海鎮(zhèn)崀峨村連灣河中段，是一座以灌溉為主、兼顧供水及防洪的中型綜合水利樞紐工程。水庫最大壩高14.5 m，設(shè)計(jì)總庫容1 256萬m3，主要樞紐建筑物由大壩及壩下泄洪輸水涵洞組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程2 134.5 m，壩頂長370 m，壩頂平均寬15.7 m；泄洪輸水涵洞位于右壩段，為石砌拱涵，進(jìn)口底板高程2 120.393 m，洞長80 m，洞寬1.4 m，直墻高1.4 m，拱高0.6 m，進(jìn)口設(shè)有兩道0.8 m×0.8 m平面斜拉鋼閘門，采用手動(dòng)螺桿式啟閉機(jī)啟閉，設(shè)計(jì)輸水流量2.6 m3/s。

二、水庫存在的主要滲漏問題及原因

崀峨水庫大壩自1958年開工建設(shè)，1962年壩高達(dá)到6 m，1965年擴(kuò)建，1968年壩高達(dá)到11 m，蓄水后大壩發(fā)生滲漏，在夯實(shí)補(bǔ)漏的同時(shí)將大壩加高至現(xiàn)狀規(guī)模14.5 m。因大壩滲漏嚴(yán)重，1994年在前壩坡死水位 （高程2 121.4 m）以上至壩頂鋪設(shè)土工膜進(jìn)行了防滲處理，壩體上部滲漏有所減弱，但下部滲漏依然嚴(yán)重。2003年4月大壩巡視檢查時(shí)，庫水位2 131.2 m，多處常年漏水點(diǎn)已干枯，但仍發(fā)現(xiàn)7處較大漏水點(diǎn)，主要分布在以下部位：①壩基及其與壩體接觸部位，因清基不徹底和碾壓不密實(shí)，且未對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行防滲處理，使壩基及接合部滲漏嚴(yán)重，除整個(gè)壩腳均以散浸形式滲漏外，大壩下游農(nóng)田中有4處較大漏水點(diǎn)，單點(diǎn)滲流量約0.005～0.01 m3/s，總滲流量約0.02～0.03 m3/s；②壩體中碾壓不密實(shí)和填土質(zhì)量低劣的部位有3處較大漏水點(diǎn)，其中兩處在壩體中下部，一處位于涵洞出口頂部，總滲漏潮濕面積達(dá)1 320 m2。

根據(jù)鉆孔和坑探揭露，壩土主要由粉質(zhì)黏土及黏土組成，局部含少量粉土、碎石、礫砂和腐殖質(zhì)土，填土的成分和質(zhì)量差異較大，壩體中部及近右壩肩填土質(zhì)量相對(duì)較好，而左壩肩和涵洞周圍的填土質(zhì)量較差。從當(dāng)時(shí)的施工碾壓機(jī)具及鋪土層厚度分析，壩體碾壓極不均勻，加上鋪土層過厚和含水量偏高，使壩體土密實(shí)度不夠，根據(jù)原狀和擾動(dòng)樣試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，壩體壓實(shí)度僅達(dá)到88%～90%。從勘察鉆孔鉆進(jìn)難易程度、原位測(cè)試及注水試驗(yàn)結(jié)果來看，壩體為弱～強(qiáng)透水等級(jí)。經(jīng)計(jì)算，壩體下游坡浸潤線逸出點(diǎn)存在滲透變形，大壩滲流性態(tài)不安全。

由于壩體、壩體與壩基接觸部位及壩基滲漏嚴(yán)重，不但影響了水庫蓄水功能，同時(shí)還使壩基、壩體產(chǎn)生滲透破壞，并導(dǎo)致壩土軟化范圍不斷加大，直接影響到壩體的穩(wěn)定性，因此對(duì)大壩進(jìn)行防滲加固處理迫在眉睫。

三、防滲除險(xiǎn)設(shè)計(jì)

按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—94）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2000）確定，崀峨水庫工程等級(jí)為Ⅲ等，其主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇，消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。

1.防滲方案比選

根據(jù)崀峨水庫的病害情況、地質(zhì)條件和水庫處于程海斷裂高震區(qū)附近的特點(diǎn)，其防滲方案的選擇應(yīng)基于抗震能力強(qiáng)、耐久性好、運(yùn)行安全可靠的原則，經(jīng)認(rèn)真分析各種防滲技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合崀峨水庫的具體情況，對(duì)壩體、壩基、基巖防滲篩選出3種方案。①壩體、沖洪積層及殘坡積層壩基采用混凝土防滲墻防滲，基巖采用帷幕灌漿防滲；②壩體、沖洪積層及殘坡積層壩基采用高壓旋噴防滲墻防滲，基巖采用帷幕灌漿防滲；③壩體、沖洪積層及殘坡積層壩基采用振動(dòng)沉模防滲板墻防滲，基巖采用帷幕灌漿防滲。

經(jīng)對(duì)上述3種防滲方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較后，選擇方案①，即壩體、沖洪積層及殘坡積層壩基采用混凝土防滲墻防滲，基巖采用帷幕灌漿防滲。

2.混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

（1）墻體軸線擬定

防滲墻軸線靠近壩軸線上游有利于應(yīng)力分布，但應(yīng)考慮施工平臺(tái)的寬度要求，經(jīng)分析，防滲墻軸線定于原壩軸線上游2.57 m處。

（2）墻頂、墻底高程的確定

壩頂0+000～0+240段寬度為18 m，0+240～0+380段寬度為13.5 m，滿足施工平臺(tái)寬度要求，可直接在壩頂進(jìn)行施工，無須降低壩頂。防滲墻的頂部高程與正常蓄水位相同，為2 133.4 m。由于壩基中等透水層不深，若采用帷幕灌漿對(duì)壩基進(jìn)行防滲處理，灌漿段長度不大，而非灌漿段較長，不經(jīng)濟(jì)，因此對(duì)大部分壩體及壩基采用混凝土防滲墻處理，即防滲墻底界進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化基巖5 m，底部最低高程為2 103.77 m，最大墻高29.63 m。防滲墻以下基巖雖然不全是弱透水層，但因大壩不高，可不進(jìn)行處理。

（3）墻體槽段布置

根據(jù)壩體滲漏情況，沿防滲墻軸線對(duì)壩體0+066～0+320段及壩基土進(jìn)行防滲處理，防滲墻全長253.4 m，共分42個(gè)槽段進(jìn)行施工，除＃42槽段長7.4 m外，其他槽段長6 m，為便于施工，同一槽段墻底高程相同。0+066至右岸壩體及壩基、0+320至左岸壩體及壩基采用帷幕灌漿防滲處理。

（4）混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①確定墻體混凝土強(qiáng)度指標(biāo)

課堂教學(xué)中，“放”與“收”是密切聯(lián)系，不可分割的。而聯(lián)系“放”與“收”的紐帶就是“扶”。“扶”是輔助，是教師在班級(jí)管理中發(fā)揮引導(dǎo)作用的一種方式；“扶”是友愛，是教師與學(xué)生相互支持、攜手合作的一種和諧狀態(tài)；“扶”是效率，是教師在保證學(xué)生體驗(yàn)過程的同時(shí)，提倡學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)加以引導(dǎo)和幫助，讓學(xué)生少走彎路，提高學(xué)習(xí)效率；“扶”還是尊重學(xué)生主體和倡導(dǎo)教師主導(dǎo)的具體形式，是“放”到“收”的自然過渡，是“放”的壓軸戲，也是“收”的開場(chǎng)鑼鼓，實(shí)現(xiàn)知行合一。

混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮墻體允許水力坡降、強(qiáng)度指標(biāo)、耐久性要求等問題，以滿足防滲設(shè)計(jì)要求?？紤]到該地區(qū)地震設(shè)防烈度為8°，壩身內(nèi)防滲墻應(yīng)有較小的模強(qiáng)比（彈性模量與抗壓強(qiáng)度的比值）、較大的極限應(yīng)變值，故采用黏土混凝土防滲墻。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有混凝土防滲墻設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，采用強(qiáng)度指標(biāo)為：設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度R28=7～12 MPa，彈性模量E≤24 GPa，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C10。

②確定抗?jié)B指標(biāo)

防滲墻抗?jié)B性由允許水力坡降和滲透系數(shù)確定，黏土混凝土允許水力坡降為80～150，滲透系數(shù)K≤7.8× 10－11m/s，抗?jié)B等級(jí)為W6。

③確定墻體厚度

初擬混凝土防滲墻厚0.4 m、0.6 m兩種方案。按大壩設(shè)置混凝土防滲墻后對(duì)大壩進(jìn)行滲透計(jì)算，大壩在最不利工況校核洪水位形成穩(wěn)定滲流時(shí)，即上游水位2 133.69 m，下游水位2 120 m，墻厚0.4 m時(shí)，最大水力坡降J=（2 133.69－2 120）/0.4=34(墻厚0.6 m時(shí)，J=23)，小于允許水力坡降80，因此墻厚0.4 m和0.6 m均可滿足滲流穩(wěn)定要求。

在崀峨水庫初步設(shè)計(jì)時(shí)，國內(nèi)薄墻的施工方法主要采用抓斗式成槽，其費(fèi)用較高，且無法進(jìn)入基巖。考慮到該工程防滲墻底部需進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化基巖5 m，因此必須采用沖擊式造孔成槽。

從防滲墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防滲要求看，0.4 m厚墻體即滿足條件，但造孔時(shí)不可避免會(huì)發(fā)生垮孔現(xiàn)象，中下部墻體厚度不易保證，且一旦孔斜偏大，槽段間的接頭發(fā)生錯(cuò)位也會(huì)使墻體產(chǎn)生滲漏。

經(jīng)對(duì)兩種墻厚的施工機(jī)械設(shè)備情況、防滲可靠性和安全性及投資比較，確定混凝土防滲墻厚度為0.6 m，該墻體厚度、槽段接頭容易保證，且運(yùn)行更為安全可靠。

3.帷幕灌漿設(shè)計(jì)

帷幕灌漿布置在混凝土防滲墻軸線上游0.5 m，與壩軸線和防滲墻軸線平行。帷幕灌漿布置為單排孔，經(jīng)灌漿試驗(yàn)后，最終孔距確定為：左岸除試驗(yàn)孔外，孔距為1.6 m；右岸帷幕線轉(zhuǎn)彎前 （里程0＋000.838～0＋066）孔距1.2 m，帷幕線轉(zhuǎn)彎后考慮到滲徑較長，除試驗(yàn)孔外，確定孔距為1.6 m。

根據(jù) 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274—2001）規(guī)定：對(duì)三級(jí)以下的中低壩，相對(duì)不透水層的標(biāo)準(zhǔn)可按基巖透水率q≤5～10 Lu確定。根據(jù)崀峨水庫鉆探巖芯和壓水試驗(yàn)可看出，壩基強(qiáng)風(fēng)化上部巖體比較破碎，透水率大于20 Lu，而強(qiáng)風(fēng)化下部巖體裂隙較少，且多呈閉合狀，透水率突然減小到小于5 Lu，未能找到透水率20 Lu與10 Lu的分界，考慮到壩高不大，防滲帷幕底界確定為2 110 m高程。兩岸邊界因找不到正常蓄水位與水庫蓄水前兩岸地下水水位的交點(diǎn)，也找不到正常蓄水位與兩岸相對(duì)不透水層的交點(diǎn)，因此，根據(jù)防滲要求，以不產(chǎn)生滲流破壞為原則確定帷幕線的延伸長度，左岸從0+337.2處向上游偏轉(zhuǎn)27.38°后延伸51.28 m；右岸從ZK7向上游折轉(zhuǎn)49.8°后延伸25.6 m。帷幕線總長159.24 m，其中左岸壩體及壩肩長68.48 m，右岸壩體及壩肩長90.76 m，總進(jìn)尺3 825.29 m，灌漿段總長3 717.94m。帷幕與防滲墻的搭接長度為5 m。

灌漿材料為壩體和殘坡積層采用水泥∶黏土=1∶3混合漿，壩體與壩基或殘坡積層與基巖接合部位采用水泥∶黏土=1∶1混合漿，基巖采用純水泥漿。

四、結(jié) 語

監(jiān)測(cè)成果顯示,崀峨水庫除險(xiǎn)加固后，壩體浸潤線較之前顯著降低，大壩滲漏問題明顯改善，說明大壩防滲體系發(fā)揮有效作用。壩體、沖洪積層及殘坡積層壩基采用混凝土防滲墻防滲，基巖采用帷幕灌漿防滲，這種“墻—幕”組合防滲方式結(jié)合了防滲墻與帷幕灌漿防滲的優(yōu)點(diǎn)，在水庫除險(xiǎn)加固中應(yīng)用前景廣闊。

[1]水利部.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].1994.

[2]水利部.水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范[S].1996.

[3]水利部.土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范[S]. 1988.

[4]張景秀.壩基防滲墻與灌漿技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

責(zé)任編輯 鄭 爽

TV698.23

：B

：1000-1123（2017）10-0022-02

2017-01-19

陳小洪，工程師。