兩種防滲措施在瓦山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

二十世紀(jì)五六十年代我國(guó)掀起水庫(kù)建設(shè)熱潮，由于處于特定的歷史條件，無(wú)施工要求，未清基或清基不徹底，未分層填筑碾壓，后期加高培厚也未按碾壓式土壩技術(shù)要求施工，致使壩體土質(zhì)雜亂，不密實(shí)，大壩滲漏比較嚴(yán)重。

一、工程概況

瓦山水庫(kù)地處滁州市全椒縣馬廠鎮(zhèn)，馬廠河的支流的上游，屬長(zhǎng)江流域滁河水系。其正常蓄水位80.5m，設(shè)計(jì)洪水位82.01m，校核洪水位82.67m，集水面積5.3km2，總庫(kù)容383萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合利用功能的小（1）型水庫(kù)。大壩壩頂高程83.0m，最大壩高15.3m，壩頂長(zhǎng)度230m，水庫(kù)下游有援朝壩、馬廠鎮(zhèn)、合寧高速公路、寧西鐵路及312 國(guó)道，地理位置十分重要。

二、工程地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，在加固范圍0+000～0+230整個(gè)壩段內(nèi)從壩頂至壩基為：0 層壩身人工填土，以重粉質(zhì)壤土夾碎石為主，壩身填土厚度為9.1～14.6m，相應(yīng)高程為68.65～74.50m?，F(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)時(shí)漏水嚴(yán)重，鉆孔中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)較大漏水通道。鉆孔注水試驗(yàn)成果表明，試驗(yàn)深度0～4.0m時(shí)，壩身滲透性較小，為1.0×10-5cm/s，試驗(yàn)深度4.0～8.0m，滲透系數(shù)較大，為1.0×10-3cm/s，屬中等透水性。壩身填土平均滲透系數(shù)為5.0×10-3cm/s，不滿足《設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中對(duì)均質(zhì)土壩防滲體壓實(shí)后的滲透系數(shù)不大于1.0×10-4cm/s的要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，壩基（樁號(hào)0+060-0+110、0+140-0+180）長(zhǎng)期滲漏，導(dǎo)濾砂溝淤堵失效，二級(jí)平臺(tái)上樁號(hào)0+050-0+090、0+170-0+190 兩段長(zhǎng)年呈沼澤狀，1991年和2003年兩次大洪水期間，局部壩段滲流出逸點(diǎn)高達(dá)79.8m，僅比正常蓄水位80.5m 低0.7m。以上情況說(shuō)明，壩身土質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散，抗?jié)B能力較差，給大壩安全運(yùn)行帶來(lái)一定隱患。

勘察范圍內(nèi)主要揭露壩基地層為絹云石英千枚巖強(qiáng)風(fēng)化、絹云石英千枚巖中等風(fēng)化及絹云石英千枚巖微風(fēng)化。現(xiàn)自上而下分述如下：①1絹云石英千枚巖強(qiáng)風(fēng)化：灰白色，中粗砂狀，濕，含石英、云母等礦物質(zhì)，呈稍密～中密狀，層厚0.4～1.6m，層底高程在67.05～73.50m。①2絹云石英千枚巖中等風(fēng)化：灰白、青灰色，較破碎，裂面粗糙，含云母、石英，呈硬～堅(jiān)，層厚1.1～2.0m，層底高程65.35～72.40m。①3絹云石英千枚巖微風(fēng)化：青灰，破碎，裂面粗糙，呈堅(jiān)，該層未揭穿。已揭露最大厚度3.7m，最深層底高程61.65m。

三、大壩防滲加固

1.防滲加固范圍

從壩身質(zhì)量檢查資料表明，筑壩填土無(wú)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。故在運(yùn)行期間，壩身普遍存在滲漏，壩基壩身結(jié)合部處理較差或未做處理，通過(guò)滲流計(jì)算分析并結(jié)合大壩運(yùn)行情況，瓦山水庫(kù)大壩的壩體浸潤(rùn)線甚高，下游壩坡出逸點(diǎn)高程基本在76.0～77.4m左右，最高高出地面6.8m，且無(wú)任何防護(hù)措施，對(duì)下游壩坡的滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定均有嚴(yán)重威脅，危及大壩安全運(yùn)行。因此需對(duì)大壩全壩段進(jìn)行防滲加固處理，即從樁號(hào)0+000～0+230，全長(zhǎng)230m。

2.壩體、壩基防滲加固措施

由于該壩壩體存在嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，根據(jù)瓦山水庫(kù)的工程現(xiàn)狀，結(jié)合目前土石壩防滲加固技術(shù)，以及已建工程經(jīng)驗(yàn)，防滲處理采用垂直防滲技術(shù)，本次防滲加固方案經(jīng)過(guò)多種方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終選定多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻?？紤]到右壩肩繞滲的問(wèn)題，采用帷幕灌漿處理。

（1）多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術(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，同時(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土粒充分拌和在一起，形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高得多，滲透系數(shù)較小，并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接連成一列，形成連續(xù)墻體起到截滲作用。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻，該技術(shù)成墻價(jià)低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墻耐久性好，且不受庫(kù)水位的影響。該技術(shù)在長(zhǎng)江大堤和淮河大堤上得到廣泛應(yīng)用，有較成熟的經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

①方案布置

截滲墻布置于壩頂中軸線上，由于墻體強(qiáng)度較大，考慮到壩頂要修建路面，為防止不均勻沉陷，截滲墻頂高程定為82.7m。墻體穿過(guò)壩身重粉質(zhì)壤土，伸入壩基不透水或弱透水層2.0m，形成一道完整的防滲體系，以控制壩體滲流，降低壩體浸潤(rùn)線，防止壩體產(chǎn)生滲透破壞，墻底高程在66.5～73.5m，最大成墻深度約16.2m。

②施工機(jī)械的選用

選用轉(zhuǎn)盤式ZCJ-25型多頭深層攪拌樁機(jī)。該機(jī)有3～5個(gè)頭，根據(jù)已完工程經(jīng)驗(yàn)，選用5個(gè)鉆頭，一個(gè)工藝流程可形成一個(gè)單元防滲墻。鉆桿間距為320 mm，鉆桿之間帶有連鎖裝置。

③截滲墻厚度及孔徑

截滲墻厚度按公式T=ΔH/[J]計(jì)算。

式中：

T—最小防滲墻厚度（m）；

ΔH—最大上、下游水頭差（m）；

[J]—截滲墻允許水力坡降，參考相關(guān)資料取60。

上、下游最大水位差取14.17m，經(jīng)計(jì)算得T =0.24m，考慮到施工可能帶來(lái)的垂直偏差，選用樁徑為400mm，搭接處理論最小成墻厚度142mm，樁間最大搭接30mm，若施工造成的樁體傾斜度控制在0.4%以內(nèi)，單元間樁最大搭接30mm+0.4%H（H—防滲墻深度）可滿足截滲墻厚度的要求。

④造孔方法及施工參數(shù)

根據(jù)所選機(jī)型特點(diǎn)，施工時(shí)先完成1 單元5 孔造墻，然后再進(jìn)行下一單元5 孔造墻，以此類推實(shí)現(xiàn)全壩段防滲造墻，單元與單元之間搭接厚度要滿足施工造成的樁體傾斜度要求。根據(jù)工程實(shí)際情況初步選定施工參數(shù)見表1。具體實(shí)施時(shí)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)證參數(shù)的合理性，質(zhì)量檢查時(shí)通過(guò)開挖檢查、取芯試驗(yàn)、注水實(shí)驗(yàn)、超聲波檢測(cè)等方法來(lái)檢驗(yàn)防滲墻的防滲效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，采用多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻，選用轉(zhuǎn)盤式ZCJ-25型多頭深層攪拌樁機(jī)。截滲墻底部深入壩基絹云石英千枚巖強(qiáng)風(fēng)化2m，頂高程82.7m，最大成墻深度16.2m，成墻最小厚度24cm。

（2）帷幕灌漿

①防滲標(biāo)準(zhǔn)

a.深度：根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，基巖相對(duì)不透層透水率宜為5Lu?；鶐r防滲帷幕灌漿的目的是封堵基巖裂隙滲漏通道，降低壩后承壓水頭，防止產(chǎn)生滲透破壞，防滲灌漿帷幕下限依照勘探孔資料深入透水率q ≤5.0Lu以下5m弱透水層。

b.孔排距：設(shè)計(jì)帷幕為單排孔，孔距2.0m，分三序施工。鉆孔為鉛直孔，鉆孔直徑不小于56mm。

c.灌漿壓力：工程設(shè)計(jì)灌漿壓力為0.6MPa，閘基和基巖接觸段可適當(dāng)降低灌漿壓力。

d.灌漿方式和方法：灌漿方式為循環(huán)式。灌漿方法為自下而上灌漿法和綜合灌漿法。

e.灌漿材料：結(jié)合工程的實(shí)際情況，灌漿采用P.0.32.5 普通硅酸鹽水泥。

f.漿液變換：按自稀變濃原則，漿液配比采用重量法配制，即：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。

g.封孔：全孔灌漿結(jié)束，采用“置換和壓力灌漿封孔法”或“壓力灌漿封孔法”，排除孔內(nèi)稀漿，將全孔封填密實(shí)。

②防滲帷幕灌漿線路布置

防滲帷幕灌漿線路布置以滿足防滲要求、線路短、施工難度小、工程量小為原則，同時(shí)考慮與壩體防滲的可靠銜接。壩基防滲主要結(jié)合壩體防滲，防滲墻最大埋深22.5m，故采用沿多頭小直徑防滲墻軸線上游側(cè)鉆孔布置防滲灌漿帷幕方案，樁號(hào)范圍0+000～0+040。

表1 多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻施工參數(shù)表

③帷幕灌漿與多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻的連接

帷幕灌漿主要處理壩基與壩身結(jié)合部位，與多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻重疊1.0m，保證防滲的連貫性。大壩防滲縱剖面圖見圖1。

四、結(jié)語(yǔ)

圖1 大壩防滲縱剖面圖

（1）本次大壩防滲加固后，經(jīng)過(guò)采用河海大學(xué)工程力學(xué)·南京水準(zhǔn)科技有限公司開發(fā)的AutoBANK有限元計(jì)算軟件程序進(jìn)行計(jì)算分析，防滲墻后壩體浸潤(rùn)線降低很多，有利于壩體穩(wěn)定，出逸滲透比降也較加固前有明顯下降。根據(jù)實(shí)地勘察，瓦山水庫(kù)正常蓄水位時(shí)大壩滲流出逸點(diǎn)高程71.2m，較防滲加固前出逸點(diǎn)高程76.0m 下降了4.8m，防滲效果明顯。

（2）多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻防滲技術(shù)是一門新的截滲技術(shù)，具有工效高、成本低、施工安全等特點(diǎn)，可以保證水庫(kù)正常蓄水的情況下施工，即使在汛期也不影響施工。

（3）多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻深度有所限制，且難以進(jìn)入基巖，因此采用帷幕灌漿與之配合使用能起到更好防滲效果，確保了工程效益的正常發(fā)揮■