某土石壩防滲處理方案比選

陳潔茹 陳 猛 單陸丹 齊春舫

（淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 淮安 223005）

1 工程概況

某水庫(kù)集雨面積2.46km2，總庫(kù)容103.5萬(wàn)m3，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫(kù)?，F(xiàn)狀壩軸線長(zhǎng)450m，頂寬6m，壩頂高程62.3m，最大壩高15.9m。溢洪道位于水庫(kù)大壩的東北角、樁號(hào)0+007，堰頂高程57.00m，凈寬為3×2.0m，閘門高2.5m，配8t手搖啟閉機(jī)3臺(tái)。放水涵洞位于樁號(hào)0+400處，進(jìn)口底高程47.0m，出口底高程44.8m，洞身全長(zhǎng)82m，斷面尺寸0.6m×0.8m。

水庫(kù)大壩長(zhǎng)450m，最大壩高15.9m，壩體填土為素填土。從現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)來(lái)看，局部地方由于密實(shí)度較差，透水性相對(duì)較強(qiáng)，壩體滲透系數(shù)不符合規(guī)范要求。由于加高部分填土直接取自左岸山體，含較多砂礫石，且未經(jīng)篩選直接上壩填筑，加高過(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)壩體滑坡；當(dāng)前大壩及右壩肩滲漏嚴(yán)重，主要與后期加高時(shí)壩體碾壓不密實(shí)、壩體與右岸接觸防滲處理不到位有關(guān)。

2 防滲處理方案擬訂

根據(jù)水庫(kù)大壩現(xiàn)狀情況及存在的滲流安全隱患，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提出了以下三種垂直防滲方案進(jìn)行比選：

2.1 方案一：高壓旋噴樁防滲墻

高壓旋噴樁防滲墻技術(shù)是利用鉆機(jī)鉆孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)定位置，以高壓噴射水泥漿形成墻體。在高壓噴射灌漿時(shí)，一邊提升灌漿噴頭，一邊旋轉(zhuǎn)一周，則形成圓柱狀體，一排圓柱體互相搭接連成一片墻。高壓旋噴樁防滲墻適應(yīng)于各類土層、砂卵石層，對(duì)全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖也能夠起到防滲加固作用。

高壓旋噴樁防滲墻具有樁體強(qiáng)度大，成墻整體性較好，防滲性能好，施工噪聲低、振動(dòng)小，施工簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)水庫(kù)的具體情況，防滲墻采用單排旋噴樁柱列式套接，沿壩頂軸線布設(shè)。

防滲墻厚度按下列公式計(jì)算：

T=ΔH/[J]

式中：T—最小防滲墻厚度（m）；

ΔH—最大上、下游水頭差（m），上游校核洪水位60.15m、下游水位考慮無(wú)水采用46.5m，則即上、下游最大水位差ΔH=13.65m；

[J]—允許水力坡降。參考有關(guān)資料和工程經(jīng)驗(yàn)，高壓旋噴樁防滲墻的允許水力坡降一般為[J]=50～80，這里取[J]=50。

要求防滲墻厚度0.28m?？紤]大壩滲漏嚴(yán)重，施工成樁的不均勻性，設(shè)計(jì)高壓旋噴樁防滲墻孔徑1.0m，孔距0.8m，最小厚度0.60m。防滲墻頂部高程61.00m，底部進(jìn)入②層粉質(zhì)粘土層≥2m。要求防滲墻滲透系數(shù)k≤5×10-6cm/s。

2.2 方案二：塑性混凝土防滲墻

該方法是利用沖擊鉆或挖斗鉆等機(jī)械造孔，然后向孔內(nèi)灌注混凝土，使之形成一道封閉連續(xù)的防滲墻以阻止壩基滲漏。其優(yōu)點(diǎn)是耐久性好，墻體厚度可以有效控制，墻段之間可以緊密連接，防滲效果好；缺點(diǎn)是需要較大的施工場(chǎng)地條件，造價(jià)相對(duì)較高。

該工程防滲墻墻體材料選用塑性混凝土，配合比初步選取水泥∶砂∶碎石∶粘土=1∶1.5∶2.9∶0.2，水灰比為0.5～0.6，施工前需通過(guò)配合比試驗(yàn)調(diào)整，28d彈性模量1GPa，抗壓強(qiáng)度2.0～5.0MPa。

參考有關(guān)資料，塑性混凝土防滲墻的允許水力坡降[J]=80～100，這里取[J]=80。經(jīng)計(jì)算，要求防滲墻厚度0.17m，設(shè)計(jì)塑性混凝土防滲墻厚度為0.3m。防滲墻頂部高程61.00m，底部進(jìn)入②層粉質(zhì)黏土層≥2m，要求滲透系數(shù)k≤1×10-6cm/s。

2.3 方案三：多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)邊鉆進(jìn)邊把水泥漿液噴入土體，同時(shí)在地基深處鉆頭以一定速度旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的固化劑與原土充分拌和混合凝固，從而固結(jié)形成具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性、較高抗壓強(qiáng)度的水泥土防滲墻，具有成墻效果好、適用范圍廣、施工效率高、節(jié)省材料、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

表1 大壩防滲加固方案比較表

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻允許水力坡降一般為[J]=50。經(jīng)計(jì)算，要求防滲墻厚度0.28m?？紤]到施工可能帶來(lái)的垂直偏差，設(shè)計(jì)選用樁徑500mm，樁中心距為320mm，搭接處理論最小成墻厚度384mm，可滿足防滲墻厚度的要求。防滲墻頂高程61.00m，底部進(jìn)入②層粉質(zhì)黏土層≥2m，要求滲透系數(shù)k≤1×10-5cm/s。

3 方案比選

上述三種方案中，高壓旋噴樁防滲墻、塑性混凝土防滲墻、多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻方案在施工上都有許多成功的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)上都是可行的，均能夠達(dá)到改善壩體土體結(jié)構(gòu)密實(shí)性、強(qiáng)度和抗?jié)B性，從而起到堤壩防滲的目的。只是在應(yīng)用于該工程時(shí)，在施工條件、工序、周期、難度、成本等方面存在差別。各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

方案一：高壓旋噴樁防滲墻方案施工簡(jiǎn)單，防滲性能好，施工機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、輕便，施工占地少，施工速度快，機(jī)械化程度高，并且施工振動(dòng)小，噪音較低，對(duì)周圍建筑物影響較??；它可用于空間較小處，但施工中有泥漿排出，容易污染環(huán)境，成本較高。

方案二：塑性混凝土防滲墻，具有成墻效果好、適用范圍廣、施工效率高、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是造價(jià)高，施工機(jī)械設(shè)備要求壩頂寬度約10m，施工時(shí)需搭設(shè)施工平臺(tái)，施工場(chǎng)地要求較大，工程綜合造價(jià)高。

方案三：多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻具有投資較低、適用范圍廣、施工效率高、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是成墻效果略差，成墻深度一般不超過(guò)15m。

上述三個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。其中方案二塑性混凝土防滲墻方案未計(jì)入施工平臺(tái)費(fèi)用。

由表1可知，盡管多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻造價(jià)最低，但該法成墻深度一般不超過(guò)15m，含障礙物較多、硬塑及堅(jiān)硬的粘性土、密實(shí)的砂類土，不宜采用。根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)，壩體素填土及壩基粉質(zhì)粘土，液性指數(shù)IL=0.41～0.53，處于硬可塑～可塑狀態(tài)，基本適用于該工程?？紤]到右壩肩滲漏嚴(yán)重，方案一施工中還存在遇到礫石等障礙物不能成墻的不確定因素，工程量適當(dāng)放大。

4 結(jié)論

因此，根據(jù)該水庫(kù)滲漏情況，從防滲墻效果、施工及工程造價(jià)等方面綜合考慮，此次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)推薦采用方案一，即高壓旋噴樁防滲墻方案，該法具有防滲效果好、安全可靠、造價(jià)適中、施工技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，滿足該土石壩防滲處理要求■