雙塔水庫防滲體系建設(shè)研究及實(shí)踐

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 736100)

1 工程概況

雙塔水庫位于疏勒河中游河段，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，洪水流量551m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)2000年一遇，洪水流量1020m3/s；消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，洪水流量為449m3/s。雙塔水庫主要由主壩、1號和2號副壩、輸水洞、1號溢洪道(原稱正常溢洪道)、2號溢洪道(原稱非常溢洪道)、泄洪渠、輸水渠等建筑物組成，設(shè)計(jì)庫容2.40億m3。雙塔水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖的大(2)型水庫工程。1958年7月雙塔水庫開始建設(shè)，1960年3月建成投入運(yùn)行。

2 水庫存在的主要問題

雙塔水庫建成運(yùn)行后，主壩壩后滲水嚴(yán)重，最大滲流570L/s，出現(xiàn)兩處集中管涌區(qū)，60多個(gè)翻沙點(diǎn)，一直處于病險(xiǎn)運(yùn)行狀態(tài)。

從1978年開始，水庫先后進(jìn)行了3次除險(xiǎn)加固，主壩壩后管涌消失，壩體滲流減少到1.92L/s，但仍然存在壩體填筑質(zhì)量差，防滲體系存在缺陷；浸潤線較高，滲透比降大，壩體滲流不穩(wěn)定，下游壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求等問題。

3 水庫防滲體系總體設(shè)計(jì)

3.1 防滲方案對比選擇

根據(jù)雙塔水庫實(shí)際存在的問題和地質(zhì)條件，水庫防滲體系總體設(shè)計(jì)方案遵循抗震能力強(qiáng)、耐久性好、運(yùn)行安全可靠的原則，通過認(rèn)真分析各種防滲技術(shù)措施的優(yōu)缺點(diǎn)，對壩體、壩基和基巖防滲方案有兩種：?壩體和壩基風(fēng)化層采用高壓旋噴灌漿防滲方案，基巖采用帷幕灌漿防滲；?壩體和壩基風(fēng)化層采用防滲墻防滲方案，基巖采用帷幕灌漿防滲。

由于水庫運(yùn)行多年，且無法放空施工，壩基弱風(fēng)化層及基巖只能采用帷幕灌漿防滲，水庫壩體多由黏土和砂礫石組成，采用具有防滲徹底、穩(wěn)定可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的混凝土防滲墻方案。

3.2 主副壩防滲體系設(shè)計(jì)

3.2.1 上游壩坡混凝土面板防滲設(shè)計(jì)

a.主壩上游壩坡混凝土防滲設(shè)計(jì)。主壩壩頂總長度1040m，上游壩坡現(xiàn)狀為漿砌石護(hù)坡結(jié)構(gòu)，坡比1∶2.75，由于多年運(yùn)行，凍融破壞、水位變化和波浪淘刷導(dǎo)致壩坡破損滑脫，已嚴(yán)重影響大壩安全和美觀。1327.00m高程以上設(shè)計(jì)為拆除漿砌石，采用厚度20cm C25F250現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌。

b.副壩上游壩坡混凝土防滲設(shè)計(jì)。1號副壩壩頂總長度662m，上游壩坡現(xiàn)狀為雙層護(hù)坡結(jié)構(gòu)，表層為15cm厚C15混凝土面板，下層為30cm厚漿砌石，坡比1∶2.5，1327.00m高程以上設(shè)計(jì)為拆除混凝土面板和漿砌石，采用厚度25cm C25F250現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌。

2號副壩壩頂總長度825m，上游壩坡現(xiàn)狀為雙層護(hù)坡結(jié)構(gòu)，表層為15cm厚C15混凝土面板，下層為30cm厚漿砌石，坡比1∶2.0，1327.00m高程以上設(shè)計(jì)為拆除混凝土面板和漿砌石，采用厚度25cm C25F250現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌。

3.2.2 壩體防滲墻防滲設(shè)計(jì)

a.防滲墻總體布置。主壩0+000～0+568和0+895～1+040兩段在壩軸線下游設(shè)置混凝土防滲墻，0+568～0+895段原防滲墻加高至1330.00m高程；1號、2號副壩在壩軸線上沿壩體全長設(shè)置混凝土防滲墻，距上游防浪墻1.50m。

b.防滲墻軸線選擇?，F(xiàn)狀主壩0+568～0+895段混凝土防滲墻在壩軸線上游2m處，位于上游壩坡上，主壩0+000～0+568和0+895～1+040兩段新建防滲墻布置在壩軸線下游0.65m處，與舊防滲墻折線連接。1號副壩和2號副壩防滲墻軸線均選擇與壩軸線重合設(shè)計(jì)。

c.防滲墻墻頂和墻底線確定。水庫校核洪水位是1331.80m，防滲墻墻頂高程確定為1332.00m；依據(jù)規(guī)范要求，防滲墻基礎(chǔ)深入壩基基巖以下0.50～1.00m，主壩新建防滲墻最低底部高程為1300.90m，最大墻高32m；1號副壩最大墻高20.80m；2號副壩防滲墻基礎(chǔ)按穿透表層1～2m極強(qiáng)透水層深入巖體透水率1Lu

d.防滲墻厚度確定。防滲墻厚度按允許滲透比降法確定，同時(shí)考慮埋設(shè)壩基帷幕灌漿管(φ110)，選定主壩防滲墻厚度80cm，1號副壩和2號副壩防滲墻厚度60cm。經(jīng)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1331.80m、下游水位1307.50m、墻厚80cm時(shí)，最大水力坡降為30.40，小于允許水力坡降80，滿足滲流穩(wěn)定要求。

e.防滲墻使用年限分析。土石壩混凝土防滲墻能適應(yīng)較大滲透比降，耐久性主要受滲流溶蝕作用控制。根據(jù)B.M.莫斯克文試驗(yàn)資料，氧化鈣溶出量達(dá)到總量的25%以上時(shí)，混凝土強(qiáng)度將急劇下降50%以上，當(dāng)墻厚為0.80m(L=0.60m)時(shí)，經(jīng)計(jì)算混凝土因氫氧化鈣被滲透淋濕而喪失強(qiáng)度的使用年限主壩為267年、副壩為150年，均滿足于100年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的要求。

f.防滲墻技術(shù)參數(shù)確定。一般混凝土防滲墻墻體材料根據(jù)其抗壓強(qiáng)度及彈性模量分為剛性材料和柔性材料，柔性材料墻體的彈性模量和周圍土體的變形模量相近，適應(yīng)地基及周圍土體的變形性好，墻體的應(yīng)力減小了，且造價(jià)低廉，在國內(nèi)許多工程中都取得了成功，因此，優(yōu)先選用柔性材料進(jìn)行防滲?；炷练罎B墻設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)選為：彈性模量小于1000MPa，抗壓強(qiáng)度小于5MPa，抗?jié)B等級為W8，滲透系數(shù)不大于1.0×10-7cm/s，允許滲透比降小于80。

g.防滲墻混凝土原材料要求。水泥采用普通硅酸鹽32.5級水泥；黏土黏粒含量不小于50%，含砂量小于3%；膨潤土采用國標(biāo)一級以上標(biāo)準(zhǔn)；細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.4～2.8，砂率為35%～45%，粗骨料最大粒徑不超過40mm。

h.防滲墻混凝土物理性能要求?；炷翑U(kuò)散度為34～40cm，坍落度為18～22cm，和易性較好，2h內(nèi)泌水率小于4%，并能保持1h左右，初凝時(shí)間大于6h，終凝時(shí)間小于24h，密度大于2.10g/cm3，水灰比為0.50～0.55，施工混凝土強(qiáng)度比設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度高30%～40%，水泥用量大于200kg/m3。

3.2.3 壩基帷幕灌漿防滲設(shè)計(jì)

根據(jù)水庫地質(zhì)勘察資料和以前建設(shè)與加固資料，按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)規(guī)定，確定帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率小于5Lu，帷幕灌漿均布置在混凝土防滲墻軸線上，采用墻下灌漿，設(shè)置一排灌漿孔，孔距1.50m，按分序加密要求分三序施工。在防滲墻內(nèi)埋設(shè)內(nèi)徑為110mm的鋼管，鉆孔孔徑為76mm，深度按深入相對不透水層、基巖透水率5Lu層以下5m控制，每20m設(shè)置一個(gè)先導(dǎo)孔，深入帷幕底線5m。主壩灌漿材料選用普通硅酸鹽水泥漿液，水泥強(qiáng)度等級為42.5級，1號副壩和2號副壩灌漿材料選用抗硫酸鹽水泥漿液，水泥強(qiáng)度等級為32.5級，水灰比分五個(gè)比級：3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1，由稀至濃逐級變換，采用自上而下分段阻塞法灌漿，灌漿壓力為壩前水頭的1.50倍。

3.2.4 背水壩坡培厚及混凝土預(yù)制板防滲設(shè)計(jì)

a.主壩背水壩坡培厚及混凝土預(yù)制板防滲設(shè)計(jì)。原主壩壩體填筑質(zhì)量較差，實(shí)際填筑相對密度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，下游壩坡抗滑穩(wěn)定達(dá)不到規(guī)范要求，現(xiàn)狀壩頂寬8m，加寬至10m，對下游壩體以夯填砂礫石培厚，坡面用混凝土預(yù)制板護(hù)砌，坡比1∶2.5，壩腳設(shè)置貼壩式排水棱體及漿砌石排水溝。

b.副壩背水壩坡培厚及混凝土預(yù)制板防滲設(shè)計(jì)。1號副壩原壩頂寬度5m，通過壩體培厚加寬至8m，坡面用混凝土預(yù)制板護(hù)砌，坡比1∶2.2，壩腳采用與主壩相同的方式進(jìn)行處理。

2號副壩原壩頂寬度3m，通過壩體培厚加寬至5m，坡面用混凝土預(yù)制板護(hù)砌，坡比1∶2.2，沿下游壩坡坡腳設(shè)一道漿砌石排水溝，排水到下游低洼處。

3.3 新舊防滲墻連接設(shè)計(jì)及防滲墻與建筑物連接設(shè)計(jì)

主壩樁號0+574～0+887為1984年澆筑的防滲墻，與新建防滲墻之間容易形成夾縫，產(chǎn)生滲水通道，各建筑物與新建防滲墻之間也會形成夾縫，產(chǎn)生滲水通道。設(shè)計(jì)新舊混凝土防滲墻結(jié)合部位處理方式為“平接”處理，在接頭處兩側(cè)各布置3個(gè)高噴孔，孔距0.40m，孔中心距防滲墻邊線0.20m，進(jìn)行高壓旋噴灌漿，在接縫中心處布置一外接縫灌漿孔進(jìn)行接縫灌漿。施工完成后，下游無滲點(diǎn)出現(xiàn)，防滲效果非常好，證明已成功將新舊防滲墻連接在一起。隨后將這種方法用于各建筑物與新建防滲墻之間的連接，效果很好。

3.4 建筑物防滲設(shè)計(jì)

1號溢洪道在2002年除險(xiǎn)加固時(shí)，以堰頂軸線上游0.50m處為軸線，向溢洪道兩側(cè)各延伸15m進(jìn)行了帷幕灌漿；2號溢洪道是新建溢洪道,地基為花崗巖,無規(guī)模較大的構(gòu)造破碎帶通過,表層強(qiáng)風(fēng)化層厚5m，弱風(fēng)化層厚5～7m，采用打錨桿與固結(jié)灌漿結(jié)合方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，錨桿長度5m，間排距3m，灌漿孔間排距2.50m，入巖深度3m。

4 結(jié) 語

水庫除險(xiǎn)加固后，水庫大壩形成了非常完整的縱橫立體防滲體系，有效解決了水庫滲漏和安全問題。通過工程建設(shè)期和試運(yùn)行期的觀測，滲流量由原來的2.39L/s減少到0.22L/s，隨庫水位變化不明顯，無突變現(xiàn)象，水庫大壩浸潤線低于設(shè)計(jì)浸潤線，水位達(dá)到正常蓄水位1330.30m，庫容增加1342萬m3，調(diào)蓄能力增加，供水狀況得到明顯改善。水庫立體防滲體系建設(shè)，為今后同類工程提供了重要借鑒。