某中型水庫下游壩坡面滲漏處理措施探究

郭 龍

（甘肅大禹節(jié)水工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

某中型水庫總庫容3878 萬m3,是一座以灌溉為主、兼顧防洪的Ⅲ等中型工程。水庫于1958 年動(dòng)工興建,經(jīng)過四期壩高加固后于1996 年完成現(xiàn)有規(guī)模,2003 年對(duì)水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固并通過驗(yàn)收,至今運(yùn)行狀況良好,2018 年完成安全評(píng)價(jià),水庫為一類壩[1]。水庫于2020 年2 月23 日16 時(shí)30 分在庫水位1569.86 m（低于正常蓄水位0.03 m）下大壩后壩坡出現(xiàn)滲水,滲水位置分別位于壩軸線樁號(hào)壩橫0+153 m,高程1568.19 m和壩橫0+153 m,高程1568.86 m處,滲濕影響范圍順坡長(zhǎng)1.0 m,寬0.5 m,經(jīng)量測(cè)1#滲水點(diǎn)（壩軸線0+153 m,高程1568.19 m）位置為最大滲水點(diǎn),最大滲出量為 8.73 L/s。針對(duì)本次滲水險(xiǎn)情,國(guó)家水利部、省水利廳高度重視,省水利廳當(dāng)即派出專家組現(xiàn)場(chǎng)查看研判險(xiǎn)情,做出降低水位等應(yīng)急措施,25 日開始,水庫因滲漏問題開始降水位運(yùn)行,水位降至1569.50 m以下運(yùn)行,壩后滲流量為7.48 L/s~6.19 L/s。根據(jù)水利部、省水利廳領(lǐng)導(dǎo)做出的批示,要求汛前必須將險(xiǎn)情排除,完成應(yīng)急處理。本文主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及資料收集等,提出水庫的防滲應(yīng)急措施。

2 大壩險(xiǎn)情工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

大壩后壩坡出現(xiàn)滲水險(xiǎn)情后,在壩頂中部布置3 個(gè)探坑（見圖1、圖2）,根據(jù)探坑揭示[2],表層10 cm為壩頂路面混凝土,中部填筑砂碎石厚約175 cm,下部上游側(cè)為混凝土或漿砌石（防浪墻基礎(chǔ)）,下游側(cè)為粉質(zhì)壤土（壤土斜墻）,坑身及坑底未見裂縫,壤土斜墻頂部與防浪墻基礎(chǔ)頂面基本持平,防浪墻基礎(chǔ)寬約140 cm,為混凝土、漿砌石,防浪墻為混凝土結(jié)構(gòu),頂部寬約63 cm,墻底寬約80 cm,與基礎(chǔ)銜接部位局部殘留有約10 cm厚的砂碎石,透水性強(qiáng),防浪墻里側(cè)局部澆有混凝土,水平厚度約40 cm,澆筑質(zhì)量較差,錘敲易剝落。

圖2 防浪墻基礎(chǔ)探查情況

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量壤土斜墻頂面與防浪墻基礎(chǔ)頂面高程為1569.6 m~1569.7 m,1994 年水庫擴(kuò)建后,壤土斜墻頂面設(shè)計(jì)高程為1569.9 m,根據(jù)大壩變形監(jiān)測(cè)資料,1995 年~2017 年累計(jì)沉降在2 cm~23.5 cm之間,其中壩頂中部最大沉降23.5 cm,基本與本次探坑揭示的壤土斜墻頂面高程相吻合。2020 年2 月23 日水庫在正常蓄水位1569.89 m運(yùn)行時(shí),庫水位高于壤土斜墻頂面約20 cm~30 cm,庫水沿防浪墻底部約10 cm厚的砂碎石發(fā)生滲流,溢水點(diǎn)位于大壩中部壩后坡1566.66 m~1568.15 m高程附近,樁號(hào)0+153 處存在貫通滲漏通道。

3 方案比選

3.1 方案布置

根據(jù)壩頂細(xì)部結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)和現(xiàn)狀情況,應(yīng)急處理布置擬定兩個(gè)方案[3]：方案一 是拆除壩頂原防浪墻、壩頂?shù)缆返?加高壤土斜墻、新建防浪墻、壩頂?shù)缆泛碗?纜溝等,典型橫斷面設(shè)計(jì)見圖3；方案二不拆防浪墻,只拆除壩頂?shù)缆返?加高壤土斜墻、新建壩頂?shù)缆泛碗娎|溝等。

圖3 壩頂拆除典型橫剖面圖

圖4 壩頂新建典型橫斷面圖

3.2 方案比選

本文分別從工程地質(zhì)、總體布置、施工和工程投資等方面進(jìn)行方案比選。

（1）工程地質(zhì)方面

兩方案壤土斜墻填筑高程相同,方案一拆除原漿砌石防浪墻并新建C25 鋼筋砼“L”型防浪墻,徹底解決了原防浪墻局部砂碎石透水通道問題,防浪墻底部與基礎(chǔ)可較好銜接；方案二不拆除原漿砌石防浪墻,原防浪墻局部砂碎石透水通道問題未得到根本解決,并且原漿砌石防浪墻與防滲體壤土斜墻未可靠銜接。從工程地質(zhì)角度分析,方案一優(yōu)于方案二。

（2）工程布置方面

兩方案防滲體頂高程相同。方案一新建C25鋼筋砼“L”型防浪墻,且與壤土斜墻緊密結(jié)合；方案二原漿砌石防浪墻基礎(chǔ)存在透水夾層,且澆筑質(zhì)量較差,不滿足上述規(guī)范要求。從工程布置方面分析,方案一優(yōu)于方案二。

（3）施工方面

兩方案施工條件基本相同,主體工程施工以及施工總體布置相差不大。方案一需要新建C25鋼筋砼“L”型防浪墻和上游拆除的漿砌石護(hù)坡；方案二不拆除防浪墻,但施工時(shí)需對(duì)防滲體與防浪墻接觸面做特殊處理（具有一定施工難度）,保證其與原防浪墻的緊密接觸。從工程施工方面分析,方案一略優(yōu)于方案二。

（4）工程投資方面

根據(jù)兩方案主體建筑工程投資可知,方案一投資291.20 萬元,方案二投資131.36 萬元,方案二比方案一節(jié)省一次性投資159.84 萬元。由于原漿砌石防浪墻基礎(chǔ)存在透水夾層,且澆筑質(zhì)量較差,并且建成后已運(yùn)行二十幾年,方案二不拆除原漿砌石防浪墻,會(huì)埋下安全隱患,會(huì)造成二次修復(fù)或處理問題。綜上所述,從工程地質(zhì)和工程布置方面考慮,方案一優(yōu)于方案二,從施工角度看,兩方案大體相同,工程投資方案二優(yōu)于方案一,但存在安全隱患,造成多次處理,投資疊加等問題,因此推薦方案一：拆除原漿砌石防浪墻方案。

3.3 應(yīng)急處理設(shè)計(jì)

本次水庫大壩應(yīng)急處理主要是對(duì)壩頂部分拆除重建。壩頂開挖至建基面,拆除防浪墻、壩頂?shù)缆返?加高粘土斜墻,新建C25 鋼筋砼“L”型防浪墻、壩頂?shù)缆泛碗娎|溝等。

3.3.1 應(yīng)急處理特征高程確定

（1）開挖面高程確定

開挖面高程的確定主要考慮兩個(gè)因素：一是現(xiàn)狀防浪墻底高程；二是現(xiàn)狀壤土斜墻頂高程。

本次處理要挖除防浪墻,至少要挖至現(xiàn)狀防浪墻底部。測(cè)得現(xiàn)狀防浪墻底高程為1569.30 m,考慮到探槽開挖的僅是局部位置,應(yīng)按原設(shè)計(jì)開挖到1569.10 m 高程。

壤土斜墻頂部,至少要從現(xiàn)狀高程下挖一層,使新舊材料能更好結(jié)合。現(xiàn)狀壤土斜墻頂高程為1569.59 m,下挖一層的厚度可定義為30 cm或50 cm,則開挖面高程為1569.30 m或是1569.10 m?？紤]施工因素,開挖面齊平比較合理,故開挖面高程確定為1569.10 m。

（2）壤土斜墻頂高程確定

防滲體頂高程的規(guī)范要求是不得低于正常運(yùn)用的靜水位,應(yīng)預(yù)留竣工后的沉降超高。

正常運(yùn)用的靜水位在本工程中是指正常蓄水位,即1569.89 m,本次設(shè)計(jì)斜 墻頂部高出正常蓄水位的值取20 cm。

根據(jù)該水庫安全評(píng)價(jià)關(guān)于沉降變形的分析結(jié)論：“1995 年至今沉降呈現(xiàn)逐步收斂趨勢(shì),目前沉降速率已小于1.0 mm/年”,原壩體的沉降很小,新填部分的厚度僅約1.0 m,竣工后沉降量不大,竣工后的沉降超高值取6 cm,壤土斜墻頂高程確定為1570.15 m。

（3）其他特征高程確定

本次應(yīng)急處理水庫特征水位不變,對(duì)應(yīng)壩頂高程、防浪墻頂高程等均維持原設(shè)計(jì)高程,壩頂高程1571.55 m,防浪墻頂高程1572.80 m。

3.3.2 壩頂構(gòu)造設(shè)計(jì)

（1）壩頂寬度

壩頂寬度根據(jù)構(gòu)造、施工、運(yùn)行和抗震等因素確定為5 m,滿足交通、觀測(cè)等方面的要求。

（2）壩頂?shù)缆吩O(shè)計(jì)

壩頂?shù)缆凡捎矛F(xiàn)澆C20 砼,混凝土抗凍等級(jí)為F250,厚度0.25 m,每5 m 設(shè)置一道伸縮縫,縫寬2 cm,由高密度閉孔泡沫板填塞；壩頂排水設(shè)計(jì)壩頂?shù)缆废蛏嫌蝹?cè)排水,設(shè)計(jì)縱坡1%,新建防浪墻在壩頂處預(yù)埋排水管,排水管為DN100 鋼管壁厚=5 mm,設(shè)計(jì)縱坡3%。

（3）防浪墻設(shè)計(jì)

新建防浪墻總高3.75 m, 墻底設(shè)計(jì)高程1569.10 m,墻頂設(shè)計(jì)高程1572.80 m,高出壩頂1.25 m,防浪墻為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼“L”型結(jié)構(gòu),頂寬0.50 m,基礎(chǔ)底寬1.95 m,混凝土抗凍等級(jí)為F250 ,抗?jié)B等級(jí)W4,該水庫屬“4 A”級(jí)景區(qū),壩頂以上部分采用仿石磚外墻面裝飾；防浪墻每10m設(shè)置一道伸縮縫,縫寬2 cm,伸縮縫止水采用652 型橡膠止水帶,伸縮縫由高密度閉孔泡沫板填塞,迎水面采用3 cm厚聚氯乙烯膠泥填充,止水帶向下伸至壤土斜墻0.5 m。

（4）電纜溝設(shè)計(jì)

為滿足大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)需要,壩頂下游側(cè)新建0.6 m×0.6 m的現(xiàn)澆C 25 鋼筋砼電纜溝,混凝土抗凍等級(jí)為F250 ,底板和邊墻厚度為0.3 m,電纜溝蓋板為預(yù)制C25 鋼筋砼,板厚0.08 m,電纜溝每10 m設(shè)置一道伸縮縫,縫寬2 cm,伸縮縫由高密度閉孔泡沫板填塞,壩頂下游側(cè)設(shè)1.2 m高的不銹鋼欄桿。

（5）上下游壩坡恢復(fù)設(shè)計(jì)

根據(jù)壩頂拆除具體情況,需恢復(fù)上游M10 漿砌石護(hù)坡（高程1570.20 m以上）,厚度0.40 m,施工時(shí)應(yīng)注意漿砌石護(hù)坡新舊結(jié)合面的處理,恢復(fù)下游干砌石護(hù)坡（高程1569.10 m以上）,厚度0.30 m。

（6）壩頂其他細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)

應(yīng)急處理壩頂開挖時(shí),拆除上下游壩坡的8 個(gè)觀測(cè)墩,拆除時(shí)需對(duì)測(cè)壓管進(jìn)行必要保護(hù),并新建8 座現(xiàn)澆C20 砼觀測(cè)墩。為方便防浪墻頂檢修,壩頂設(shè)三處壩頂至防浪墻頂現(xiàn)澆C20 砼踏步,踏步尺寸長(zhǎng)×高0.3 m×0.2 m,踏步寬0.8 m。

為保證大壩滲流監(jiān)測(cè)的正常運(yùn)行,清除壩后4 處測(cè)壓管的淤堵。

3.3.3 防滲體設(shè)計(jì)

本次應(yīng)急處理防滲體采用壤土斜墻型式,頂高程確定為1570.15 m。防滲材料為壤土,防滲性能指標(biāo)要求滲透系數(shù)不大于10-5cm/s,水溶鹽含量不大于3%（按質(zhì)量計(jì)的）,有機(jī)質(zhì)含量不大于2%,黏粒含量按15%~30%控制。塑性指標(biāo)：塑性指數(shù)Ip=10~20,含水率按照最優(yōu)含水率-2%~+3%范圍。本工程設(shè)計(jì)地震烈度為8 度,壤土填筑要求壓實(shí)度不低于98%。

3.3.4 反濾料和壩殼料設(shè)計(jì)

本次處理拆除了原防浪墻,擬填筑高程1569.10 m~1570.1 m的壤土斜墻,故涉及到原拆除上游壩坡反濾層的恢復(fù)和新填筑壤土斜墻下游側(cè)反濾層的設(shè)計(jì)。

兩處反濾層的厚度和設(shè)計(jì)坡比與原設(shè)計(jì)相同,上游側(cè)漿砌石護(hù)坡下設(shè)兩層反濾層,厚度分別為0.7 m（粒徑d=20 mm~150 mm）和0.73 m（粒徑d≤20 mm）,新填筑壤土斜墻下游側(cè)反濾層設(shè)計(jì)坡比1∶1.0,厚度為0.7 m（粒徑d≤20 mm）,反濾料中粒徑小于 0.075 mm的顆粒含量應(yīng)不超過5 %。

本次應(yīng)急處理壩殼料采用砂礫石填筑,要求砂礫石相對(duì)密度不低于0.75。

3.3.5 壩體與岸坡及其他建筑物的連接設(shè)計(jì)

開挖兩岸岸坡應(yīng)清除表面松動(dòng)石塊、凹處積土和突出的巖石,新建壤土斜墻和反濾層與兩岸開挖新鮮基巖面可靠連接,土質(zhì)防滲體與兩岸巖石邊坡接觸處,在鄰近接觸面1.0 m范圍內(nèi),防滲體采用粘土,并且粘土應(yīng)控制在略高于最優(yōu)含水率情況下填筑,在填筑前用粘土漿抹面。

岸坡應(yīng)大致平順,不應(yīng)成臺(tái)階狀、反坡或突然變坡,岸坡上緩下陡時(shí),變坡角應(yīng)小于20°,巖石邊坡不宜陡于1∶0.5,岸坡應(yīng)保持施工期穩(wěn)定。

4 結(jié)論及建議

通過大壩險(xiǎn)情勘察、觀測(cè)資料分析,采取拆除壩頂?shù)缆?、防浪?挖除現(xiàn)狀防滲體頂面以上的填筑砂碎石,開挖面以上填筑壤土斜墻、砂碎石,壤土斜墻頂 面高于正常蓄水位,并預(yù)留竣工后的沉降超高,同時(shí)新建防浪墻擴(kuò)大基礎(chǔ),并做 好防浪墻底部與基礎(chǔ)的銜接等措施,有效解決了水庫下游壩坡滲漏險(xiǎn)情甚至由此可能造成的不可估量的損失,挽救了下游人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全。