漿砌石重力壩防滲案例分析

羅雪文 葉必偉 石泉縣水利局

水利工程建設(shè)圍繞脫貧攻堅(jiān)核心工作，著重解決安全飲水和灌溉增收，在這些方面，水源建設(shè)成為了其中一個(gè)重要內(nèi)容，因此，需要修建很多取水樞紐，一方面通過攔蓄河道來水形成興利庫(kù)容，調(diào)節(jié)供水時(shí)段，一方面，可以抬高水頭，增加供水量。在部分山區(qū)，由于施工條件限制、建筑材料方便程度、投資等因素，選擇采用漿砌石重力壩作為取水樞紐成為了山區(qū)小型水利工程的主流。但漿砌石壩蓄水后，常常出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，原因多為壩體裂縫、斷裂、無防滲墻、施工質(zhì)量差、壩基清理不徹底、壩體與基巖結(jié)合不好、壩址基巖破碎或者其他溶洞等地質(zhì)原因。為避免蓄水后發(fā)生漏水現(xiàn)象，可在施工階段進(jìn)一步做好防滲處理，從而杜絕資源和二次除險(xiǎn)加固時(shí)資金的浪費(fèi)。本文通過對(duì)石泉縣池河鎮(zhèn)明星、大陽(yáng)片區(qū)灌溉工程取水樞紐實(shí)際遇到問題進(jìn)行分析，介紹分析了漿砌石重力壩施工階段常用的防滲處理方法。

1.工程概況

石泉縣池河鎮(zhèn)明星、大陽(yáng)片區(qū)灌溉工程是石泉縣脫貧攻堅(jiān)財(cái)政整合基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，主要用于260畝桑田灌溉，受益對(duì)象170戶，共計(jì)520人，農(nóng)村安全飲水日供水量300m3/d。該工程為區(qū)域性水資源優(yōu)化配置工程，為解決當(dāng)?shù)厣Ｌ锏目购当Ｊ蘸晚?xiàng)目區(qū)灌溉水資源短缺問題，通過水量平衡分析，需要在水源修建1.3×104m3的小二型水庫(kù)一座，用于存蓄調(diào)節(jié)用水。水庫(kù)位于池河一級(jí)支流小溝上游，流域面積為0.3km2。取水樞紐工程采用漿砌石重力壩形式，壩軸線長(zhǎng)51m，溢流壩段布置于河道主河槽，長(zhǎng)6.0m，溢流壩段頂部安裝1.5×6.0m鋼筋混凝土面板自動(dòng)翻板閘門。最大壩高12.8m，壩頂頂寬3.0m。

2.壩址及庫(kù)區(qū)地質(zhì)情況

壩址及庫(kù)區(qū)為云母石英片巖，巖體片理發(fā)育，上部風(fēng)化破碎嚴(yán)重，岸坡表面覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖體易產(chǎn)生滑塌。壩基坐落于弱風(fēng)化巖體之上，經(jīng)類比分析，弱風(fēng)化巖體主要力學(xué)指標(biāo)：天然密度2.3g/cm3，變形模量0.3GPa，飽和抗壓強(qiáng)度10MPa，砌石與巖體摩擦系數(shù)0.45，承載力280KPa。該區(qū)云母石英片巖特性：裂隙發(fā)育程度為發(fā)育，表層外露后，遇水易破碎，暴曬易風(fēng)化。左壩肩樁號(hào)縱0+003m，距離壩頂高程以下2m處，存在一道長(zhǎng)3m高1m的破碎帶。

3.漿砌石重力壩防滲方案

漿砌石重力壩要求“上攔下排”的防滲處理方式，“上攔”要求防滲止水均偏向于壩體上游側(cè)，若設(shè)置到壩體下游，將增加漿砌石的揚(yáng)壓力，這對(duì)壩體穩(wěn)定安全是不利的。因此，除處理不良地質(zhì)外，防滲措施均設(shè)置于壩體上游側(cè)。

漿砌石重力壩壩體防滲設(shè)施根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、建筑材料、施工工藝和建壩經(jīng)驗(yàn)等因素確定，常見有幾種形式：（1）在壩體上游面設(shè)置混凝土（鋼筋混凝土）防滲面板；（2）在靠近迎水面砌石體內(nèi)設(shè)置混凝土防滲心墻；（3）壩體自身防滲（包括壩體灌漿、高強(qiáng)度水泥砂漿勾深縫和施工縫、伸縮縫止水等形式）；（4）在壩體上游面河床及岸坡設(shè)置防水鋪蓋，可用混凝土鋪蓋，也可用做粘土鋪蓋，但鋪蓋與壩體間要有可靠的連接，以保證防滲效果。

在地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，地基處理后應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度和防滲、耐久的要求。因本工程壩高＜30m，屬于低壩，按照《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 25—2006 ）下文簡(jiǎn)稱“規(guī)范”），壩高＜50m時(shí)，壩可建在弱風(fēng)化中～上部基巖上，但軟弱破碎帶，可采取挖除、混凝土置換、混凝土深齒墻、或者水泥灌漿等形式處理。

表1 651橡膠止水帶特性參數(shù)

4.處理方案設(shè)計(jì)及分析

4.1 防滲面板設(shè)計(jì)

防滲面板采用C25鋼筋混凝土防滲面板，防滲等級(jí)為W4，厚度為50cm，深入壩基巖體壩4.5m，深入肩巖體2m，采挖線以內(nèi)采用C20混凝土填充，為達(dá)到很好的防滲效果，在施工時(shí)防滲面板與漿砌石壩體下部混凝土墊層采用一體式施工。每15m設(shè)置一道伸縮縫，與漿砌石壩體伸縮縫位置一致，伸縮縫縫寬3cm，由于是低壩，澆筑混凝土是在伸縮縫處預(yù)埋651橡膠止水帶一道，止水帶特性參數(shù)如表1。防滲面板與漿砌石接觸面采用鋼筋錨固的形式銜接，采用HRB400熱軋帶肋鋼筋，錨固深度1m，錨固縱橫間距1m，呈“品”字形分部。

4.2 帷幕灌漿設(shè)計(jì)分析

一般情況下，為進(jìn)一步降低壩踵處的滲透系數(shù)，可在壩踵處進(jìn)行灌漿，形成防滲帷幕。但根據(jù)該壩地質(zhì)情況、施工條件，加之水頭不大，通過專家討論，帷幕灌漿防滲方案被取消，同時(shí)將防滲面板深入壩基巖由2m調(diào)整為4.5m作為壩踵處防滲帷幕。影響該方案因素有以下幾點(diǎn)：①按照規(guī)范要求，防滲面板宜深入基巖1～2m；② 基礎(chǔ)巖石為云母石英片巖，巖體片理發(fā)育情況為防滲不利因素，在壩踵處需要做防滲處理，但云母石英片巖裂隙發(fā)育多，裂隙細(xì)微，灌漿難度大；③施工條件因素影響，因該處為陜南山區(qū)，溝道狹窄，灌漿機(jī)械需從外地調(diào)入，費(fèi)用較高；④巖層走向與壩縱軸線方向同向，傾向指向壩體上游，在抗?jié)B和壩體穩(wěn)定方面均為有利因素。

4.3 壩肩防滲處理

根據(jù)巖層走向和傾向，壩肩防滲處理按照規(guī)范要求，防滲面板宜深入基巖2m。左壩肩存在一道破碎帶軟弱夾層，長(zhǎng)3.5m，高1.2m，因其尺寸不大，采取挖除后用混凝土置換的方式處理，實(shí)施過程中，如果壩肩或壩基存在破碎帶，且尺寸較大，全部置換混凝土不夠經(jīng)濟(jì)時(shí)，通?？刹捎脤鄬雍推扑閹П韺拥钠扑閹r石與填充物挖掉一部分，然后回填混凝土或漿砌石，置換后形成混凝土或漿砌石塞、拱，使得作用于破碎帶上的壩體重量通過拱、塞傳遞到兩側(cè)堅(jiān)硬的巖石上去，一般混凝土塞或拱的厚度等于破碎帶厚度的1～2倍，且不小于0.5m。另外，漿砌石與巖體基礎(chǔ)面均澆筑C15混凝土厚度為20cm封閉層。

4.4 金屬管件接觸面及其他細(xì)部防滲處理

該漿砌石重力壩在溢流段左側(cè)設(shè)置一道直徑為800mm沖砂管道，管道外包鋼筋混凝土，在管道外壁設(shè)置了兩道鋼片止水，位于防滲墻內(nèi)，一道位于漿砌石壩體內(nèi)，距離上游面1m。鋼片寬度20cm，厚度10mm。沖砂管道采用法蘭連接，通過平面密封片止水。

取水設(shè)置取水及排泥管道各一道，均采用直徑為110mm，壁厚4mm的鋼管，為方便檢修外設(shè)直徑為150mm鋼套管一根。在鋼套管外壁在管道外壁設(shè)置一道鋼片止水，位于防滲墻內(nèi)，鋼片寬度20cm，厚度4mm。套管與取水及排泥管道之間的間隙用石棉填充，管道穿壩體后用法蘭盤連接止水。

施工方案工藝方面也因滿足防滲要求，一是漿砌石砌筑，必須嚴(yán)格按照規(guī)范砌筑，砌筑砂漿務(wù)必飽滿；二是防滲面板施工縱縫，當(dāng)水頭較大時(shí)，需埋設(shè)鋼片止水，水頭較小時(shí)，防滲面板澆筑面必須鑿毛并沖洗清理干凈；三是在澆筑后12～18h后及時(shí)、按時(shí)養(yǎng)護(hù)，并滿足混凝土養(yǎng)護(hù)周期為21～28d，避免溫度裂縫的產(chǎn)生；四是根據(jù)該地基基巖特性，巖體易風(fēng)化，在基礎(chǔ)開挖施工時(shí)，預(yù)留20cm抗氧化層，施工放樣后，采用人工鑿除，沖洗清理后立即澆筑混凝土墊層予以封閉。

5.結(jié)束語

通過對(duì)石泉縣池河鎮(zhèn)明星、大陽(yáng)片區(qū)灌溉工程漿砌石重力壩的防滲處理方案分析可知，在防滲處理時(shí)要求從以下三方面著手：（1）對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行處理，避免出現(xiàn)基巖滲水通道；（2）施工質(zhì)量必須達(dá)到防滲要求，避免壩體裂縫、斷裂的情況發(fā)生；（3）通過設(shè)置防滲墻及止水等措施進(jìn)行防滲。