某水庫(kù)大壩防滲加固設(shè)計(jì)方案研究

彭慧榮

（新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

0 引言

隨著水庫(kù)使用時(shí)間的增加，一級(jí)水庫(kù)建筑自然老化以及人類工程對(duì)水源需求加劇，對(duì)水庫(kù)的改造和加固需求逐漸提升。目前，對(duì)于大壩除險(xiǎn)加固的主要措施包括帷幕灌漿[1～3]、防滲墻[4～7]、土工膜[8～10]等，不同的加固措施適用于不同特征的水庫(kù)大壩加固，合理地選用防滲措施，才能取得較好的防滲加固效果。

新疆某水庫(kù)大壩是一座年調(diào)節(jié)水庫(kù)。分一期和二期工程建設(shè)。該水庫(kù)的主要任務(wù)是:解決下游缺水的需要，滿足農(nóng)業(yè)灌溉及生態(tài)用水，同時(shí)兼顧下游防洪的需要。水庫(kù)一期工程總庫(kù)容500多萬(wàn)m3，最大壩高38.00 m，壩長(zhǎng)386 m，攔河壩為澆筑式瀝青混凝土心墻壩，一期工程總投資6000多萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用壩頂損毀嚴(yán)重，凹凸不平，最大高差可達(dá)0.5 m，難以滿足蓄水防浪要求，因此需要對(duì)壩體進(jìn)行加高，由于壩體長(zhǎng)期遭受水流侵蝕，主壩破壞及滲流現(xiàn)象較為嚴(yán)重，壩體穩(wěn)定性較差，因此，急需對(duì)大壩進(jìn)行防滲加固、加高處理。

1 主壩風(fēng)險(xiǎn)隱患分析

1.1 心墻壩段風(fēng)險(xiǎn)隱患分析

壩體心墻壓實(shí)度合格率較低，滲透系數(shù)偏大，心墻出逸點(diǎn)比降大于允許比降；部分壩段齒墻底部壩基砂未清除，存在滲漏問(wèn)題；部分壩段齒墻底部與灰?guī)r直接接觸，存在接觸沖刷的可能。且0+195、0+300、0+400斷面均存在發(fā)生滲透破壞的可能。

1.2 均質(zhì)壩段風(fēng)險(xiǎn)隱患分析

壩體粘粒含量、塑性指數(shù)偏高，滲透系數(shù)偏大；階地段壩基含泥粗砂未清除，存在壩基滲漏問(wèn)題；階地后臺(tái)地壩基存在接觸沖刷的可能性；下游壩腳存在滲漏變形的可能。且0+780、1+100、1+450斷面均存在發(fā)生滲透破壞的可能。

由于主壩存在心墻壓實(shí)度低、均質(zhì)壩體滲透系數(shù)偏大，存在滲透破壞的可能等問(wèn)題，因此，主壩壩體進(jìn)行防滲加固處理是非常必要的。

2 主壩防滲加固方案設(shè)計(jì)

2.1 主壩壩體加高方案比選

由于大壩的長(zhǎng)期使用，壩體頂部目前平整程度較差，局部高程低于蓄水設(shè)計(jì)高程，因此，需要對(duì)主壩進(jìn)行加高處理。根據(jù)安全設(shè)計(jì)要求，壩體加高至高程181.3 m可以滿足防洪防浪要求。針對(duì)工程特點(diǎn)，提出三種方案進(jìn)行對(duì)比:

（1）方案一:高程180 m以上挖除回填方案。心墻壩段180.0 m高程（原二次填筑部分）以上至壩頂全部挖除，重新填筑。心墻填筑至181.30 m高程，采用瀝青混凝土澆筑，心墻上游填筑邊坡1∶1.5，下游填筑邊坡1∶0.6，心墻頂寬不小于3 m。

（2）方案二:高程180 m以上開槽寬3 m。在主壩上游距壩軸線4.0 m處開槽，開槽寬度3.0 m，槽底高程180.0 m，與現(xiàn)狀心墻對(duì)接，槽中重新采用瀝青混凝土澆筑，填筑頂高程181.3 m，與上部防浪墻對(duì)接。

（3）方案三:連接防滲墻與防浪墻方案。結(jié)合主壩防滲體加固設(shè)計(jì)，將主壩（0+000～1+665）塑混凝土防滲墻頂高程與上游防浪墻底連接，塑混凝土防滲墻頂采用壤土包頭，防止沖刷形成漏水通道，防滲墻厚度仍采用0.4 m。該方案維持壩頂現(xiàn)狀，只對(duì)壩頂進(jìn)行補(bǔ)虧整平，重修防浪墻，翻修壩頂路面。

表1 主壩防滲加高方案比選

三種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況見表1。通過(guò)比選，選擇方案三（連接防滲墻與防浪墻方案）作為壩體防滲加高處理方案。

2.2 防滲軸線選取

由于對(duì)大壩進(jìn)行加高，高度約為1.3 m，根據(jù)下游壩體坡比為1∶3可知，新壩體軸線與原壩體相比向下游移動(dòng)約3.9 m。因此，為了減小壩體下游滲透壓力，充分發(fā)揮防滲墻作用，軸線可設(shè)計(jì)于心墻底部，即壩體偏上游的位置。針對(duì)該水庫(kù)大壩的特征，防滲軸線選取兩個(gè)方案進(jìn)行比較。

（1）方案一:防滲軸線設(shè)置于主壩軸線上游4.0 m處。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）要求，垂直防滲措施應(yīng)設(shè)在壩的防滲體底部。現(xiàn)狀主壩心墻偏主壩上游側(cè)，主要形成原因:1978年水庫(kù)完成了大壩加高，大壩平均加高約1.3 m，下游背水坡培厚至坡比1∶3，原壩軸線向下游移動(dòng)3.9 m。因此，為了充分發(fā)揮防滲墻的作用，減輕下游滲透穩(wěn)定壓力，防滲軸線選定在心墻底部位置，位于壩體偏上游。

（2）方案二:防滲軸線設(shè)置于原主壩軸線的位置。防滲墻布置于主壩軸向位置上，墻體局部游離出原心墻外側(cè)，在截滲功能上也是可行的。

通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，防滲軸線位于上游壩肩具有便于施工、可充分發(fā)揮防滲作用、費(fèi)用低、壩體整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，本階段防滲墻軸線選用方案一，兩個(gè)方案比選見表2。

表2 防滲軸線選取比選

2.3 主壩防滲加固方案比選

提出兩種方案進(jìn)行防滲加固效果對(duì)比，使用數(shù)值模擬對(duì)加固效果進(jìn)行分析，對(duì)比不同方案下大壩的滲流穩(wěn)定性，選擇較優(yōu)的方案作為防滲加固方案。兩種方案對(duì)比如下。

（1）方案一:壩體、壩基砂礫層采用混凝土防滲墻。沿壩軸線上游4.0 m布置混凝土防滲墻軸線，根據(jù)滲透穩(wěn)定計(jì)算情況，結(jié)合現(xiàn)狀壩體壩基存在的問(wèn)題，防滲墻長(zhǎng)度范圍設(shè)計(jì)樁號(hào)0+000～1+665（包括心墻壩和均質(zhì)壩）。防滲墻的底部需要穿過(guò)礫石層，嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖層的深度不應(yīng)小于1.0 m，根據(jù)防洪設(shè)計(jì)，防滲墻頂部高程設(shè)計(jì)為180.8 m，設(shè)計(jì)厚度為0.4 m。使用C10混凝土進(jìn)行澆筑，沿防滲軸線對(duì)基巖裂隙進(jìn)行灌漿，灌漿高程為基巖頂面，深度在14 m～26 m范圍內(nèi)。使用數(shù)值模擬進(jìn)行防滲計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3、表4。工況一為正常蓄水位172.46 m，工況二為洪水位174.71 m，工況三為校核洪水位176.67 m。

表3 心墻部位滲流穩(wěn)定性計(jì)算

（2）方案二:壩基砂礫層采用高壓噴射灌漿防滲墻。壩基礫石層巖石破碎帶防滲采用高壓噴射灌漿，灌漿軸線沿主壩壩頂軸線向上游4.0 m布置，灌漿采用旋噴樁，鉆孔孔距0.6 m，鉆孔深入強(qiáng)風(fēng)化基巖1.0 m，上部至心墻高程180.8 m。高噴灌漿成墻最小厚度不小于0.4 m，高噴材料為水泥漿。沿高噴灌漿軸線位置，使用C10混凝土進(jìn)行澆筑，沿防滲軸線對(duì)基巖裂隙進(jìn)行灌漿，灌漿高程為基巖頂面，深度在14 m～26 m范圍內(nèi)。該方案主壩滲流穩(wěn)定計(jì)算成果見表5、表6。

表4 均質(zhì)壩段滲流穩(wěn)定性計(jì)算

表5 心墻部位滲流穩(wěn)定性計(jì)算

表6 均質(zhì)壩段滲流穩(wěn)定性計(jì)算

由于高噴灌漿防滲墻成墻，土體巖性對(duì)防滲效果影響大，投資相對(duì)較大。混凝土防滲墻方案防滲效果好，應(yīng)用廣泛，設(shè)備及工藝比較成熟，相比高噴灌漿防滲墻方案更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)采用方案一進(jìn)行防滲處理時(shí)，各種工況下壩體和壩基滲流量均較方案二小，因此，主壩防滲加固采用方案一混凝土防滲墻方案。

3 結(jié)論

從防滲軸線、主壩防滲加固方案、主壩壩體加高方案三方面對(duì)該水庫(kù)大壩防滲加固優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。得出防滲軸線設(shè)置于上游壩肩部位可以滿足經(jīng)濟(jì)和防滲要求；混凝土防滲墻沿壩軸線上游4.0 m布置混凝土防滲墻可以較好的滿足大壩主體防滲加固要求；防滲墻與防浪墻連接方案作為防滲加高工程設(shè)計(jì)方案有較好的使用效果。工程設(shè)計(jì)方案可為類似水庫(kù)大壩防滲加固提供參考。