杭斗克水庫加固防滲方案比選分析

趙倩 常志朋

【摘要】本文通過現(xiàn)狀大壩存在防滲問題的分析，確定了可能壩基防滲處理方案的布置及其適應(yīng)性。在此基礎(chǔ)上，選擇了2種主要壩基防滲方案進(jìn)行比較討論。從技術(shù)可行性、防滲效果、施工難易程度和施工工期等角度分析，多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻方案最合理。本文對類似小型水庫工程除險(xiǎn)加固具有一定參考價值。

【關(guān)鍵詞】杭斗克水庫；除險(xiǎn)加固；防滲；方案選擇

1、工程概況

杭斗克水庫位于新疆和田地區(qū)皮山縣木吉鄉(xiāng)境內(nèi)，屬平原灌入式水庫，主要引蓄桑株河河水及上游泉水。水庫原設(shè)計(jì)庫容100萬m3，現(xiàn)狀實(shí)測庫容為80萬m3，對應(yīng)設(shè)計(jì)水位1345.88m，水庫淹沒面積47萬m2。杭斗克水庫年調(diào)蓄水量345萬m3。杭斗克水庫工程主要由擋水工程、放水工程等建筑物組成。

水庫大壩為均質(zhì)土壩，以西壩壩端為起始樁號，原壩線全長500m，水庫最大壩高5.0m，一般壩高4～5 m，壩體上下游護(hù)坡均為土護(hù)坡。水庫壩頂寬3.5～4.5m，壩體上游坡坡比為1：2，下游坡坡比為1：2，現(xiàn)狀壩頂高程1346.7～1347.74m。

放水涵閘設(shè)計(jì)放水流量0.15m3/s，涵閘進(jìn)水口高程1344.00m，閘后無消力池，下游直接接水庫放水渠，放水渠為土渠。

2、工程防滲存在的問題

①壩體填筑質(zhì)量較差，由于填筑土料為粉土，限于當(dāng)時技術(shù)條件無碾壓機(jī)械，采取土方每加高1m泡水沉實(shí)的方法；

②上游土護(hù)坡破壞嚴(yán)重，上游為土護(hù)坡，未采取其他防滲措施；

③壩體滲漏嚴(yán)重、滲透不穩(wěn)定，斷面的壩體滲透比降均大于壩體土允許水力比降，壩體滲透變形為管涌型，故壩體滲透是不穩(wěn)定的；

④壩基滲漏嚴(yán)重、滲透不穩(wěn)定。由于建設(shè)時未進(jìn)行壩肩和壩基的清基處理，計(jì)算斷面壩基滲透比降均大于壩基允許水力比降，壩基將會產(chǎn)生滲透破壞，滲透變形為管涌型。

3、加固防滲方案選擇

3.1 大壩壩體

壩體采用壩后加高培厚方式，增加大壩壩體防滲體厚度，并結(jié)合采用壩前護(hù)坡鋪設(shè)土工膜方式保證大壩壩體滲流穩(wěn)定安全及控制滲漏量。

3.2 壩基防滲方案選擇

本次壩基防滲處理方案優(yōu)選主要根據(jù)0-050～0+500段壩基地質(zhì)情況以及當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧蠗l件，在壩基防滲處理選擇中主要考慮采用多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻和土工膜水平防滲兩種壩基防滲型式。通過壩基滲流穩(wěn)定分析及壩體、壩基設(shè)計(jì)優(yōu)化，在滿足壩體、壩基穩(wěn)定、安全與應(yīng)力條件要求的情況下各壩基防滲處理方案成果如下：

方案一：多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，用水泥土墻作為防滲墻達(dá)到截滲的目的。該方法是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌后，水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)改性。該項(xiàng)技術(shù)是在普通深層攪拌樁技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它保留了普通深層攪拌樁技術(shù)取材方便、施工無噪音、無污染、工程效果好等優(yōu)點(diǎn)外，主要在一機(jī)多頭（一般為3個鉆頭）和小直徑（200～300mm）成墻兩個方面有所突破，并可連續(xù)成墻。

因壩基粉土厚度較大（揭露厚度16～17m），而水庫壩體較低，所以防滲墻深度確定主要從壩基滲透穩(wěn)定角度考慮， 兼顧減少壩基滲漏量。經(jīng)采用不同防滲深度比較，防滲墻深度6m時，即滿足保證壩基滲透穩(wěn)定，又可以使壩基滲漏量減少42.4%，比較經(jīng)濟(jì)合理，故確定防滲墻底高程1338.00m，深度6m，混凝土強(qiáng)度等級C20，抗?jié)B等級W6，抗凍等級F200。

方案二：土工膜水平防滲

土工膜鋪蓋設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)透水地基的厚度、地層土滲透系數(shù)、壩前水深和地層土容許的滲透坡降等指標(biāo)，通過水力學(xué)計(jì)算來確定垂直于堤壩軸線的合理長度。

根據(jù)規(guī)范，土工膜所需厚度應(yīng)按作用水頭，地層中可能存在裂隙的形狀與大小，以及土工膜的抗拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變等，借薄膜理論來估算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對于低水頭堤壩，要求厚度一般為0.5～0.6mm，本工程取0.5mm。土工膜鋪蓋長度也應(yīng)按計(jì)算確定，一般鋪蓋長度取3～5倍上下游水頭差，即L=（3～5）×H。本工程最大水頭差約為4.0m，因此本工程適宜的水平鋪蓋長度應(yīng)在12～20m之間，借鑒已建工程經(jīng)驗(yàn)，本工程擬定選擇20m長水平鋪蓋塑膜。設(shè)計(jì)時應(yīng)注意：①土工膜下應(yīng)該設(shè)反濾層，以防止鋪蓋萬一穿孔時造成地層土流失，采用非織造土織物的復(fù)合土工膜可以同時滿足運(yùn)行需要。②大面積鋪蓋下很可能會積水、積氣，應(yīng)根據(jù)具體情況采取工程措施，將它們排除。③注意鋪蓋和堤壩防滲體、與其連接的結(jié)構(gòu)物以及岸坡的有效連接，以形成完整的封閉防滲體系。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選認(rèn)為：多頭小直徑層攪拌混凝土防滲墻成墻質(zhì)量可靠，具有砼墻和高噴截滲墻的截滲效果和使用壽命；施工干擾較少，操作廣便，工效較高，一個臺班成墻100～160㎡，施工進(jìn)度較快，施工工期均較短；成墻質(zhì)量可靠，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低。本次選擇方案一作為推薦方案。

4、結(jié)論

本文主要選擇了2種壩基防滲方案進(jìn)行比較討論。圍繞這些方案均能滿足壩基滲流穩(wěn)定及應(yīng)力要求的實(shí)際情況，在確定各種方案的設(shè)計(jì)基本參數(shù)，施工組織設(shè)計(jì)之后，初步進(jìn)行壩基防滲處理優(yōu)化設(shè)計(jì)。從技術(shù)可行性、防滲效果、施工難易程度和施工工期等角度分析，多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻方案最合理。

本工程已經(jīng)于2011年通過了驗(yàn)收，從初期的蓄水效果來看，除險(xiǎn)加固前的壩后滲水出溢已經(jīng)完全解決，說明防滲效果還是比較理想，對類似小型水庫工程除險(xiǎn)加固具有一定參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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