混凝土防滲墻在水庫(kù)大壩防滲設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

曾小波

(鷹潭市河湖管理保護(hù)綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，江西 鷹潭 335000)

1 工程概況

塘灣水庫(kù)位于江西省貴溪市塘灣鎮(zhèn)賽前村，距市區(qū)約30 公里，距塘灣鎮(zhèn)約5km，坐落于信江水系羅塘河支流塘灣水上。壩址以上控制流域面積22.6km2，水庫(kù)總庫(kù)容1345×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖、發(fā)電等綜合利用的中型水庫(kù)。樞紐工程主要建筑物包括：大壩、溢洪道、壩下涵管、電站及水庫(kù)灌區(qū)渠系建筑物。

大壩為黏土心墻壩，壩頂高程124.7-124.8m，最大壩高38.8m，壩頂長(zhǎng)度162m，壩頂寬度7.3-7.4m，心墻為黏土心墻，心墻頂高程124.3m，底高程88.1m，頂寬1.8m，心墻基槽深入壩基2.5m，底寬13.4m；2001 年水庫(kù)除險(xiǎn)加固，在原黏土心墻中增設(shè)了懸掛式?jīng)_抓黏土防滲墻，在大壩中部117m 布置雙排孔，沖抓深度從壩頂124.3m 至106.92m 高程，左、右壩肩布置單排孔，沖抓孔伸入基巖強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)1.0m，沖抓孔孔徑為1.1m，單排孔孔距0.78m，雙排孔孔距0.86m。壩頂設(shè)有漿砌塊石防浪墻，墻頂高程125.1-125.2 m，墻厚0.5m，壩上游坡坡比為1∶2.26-1∶2.89，采用塊石護(hù)坡，壩下游坡設(shè)置二級(jí)馬道，一級(jí)馬道高程111.9-112.0m，寬1.4-1.8m；二級(jí)馬道高程為101.7m，寬1.7-1.9m；坡比從上至下依次為1∶2.32-1∶2.35、1∶2.47-1∶2.51、1∶2.5m-1∶2.68，采用草皮護(hù)坡。壩腳排水棱體頂高程94.3-94.36m，頂寬1.9-2.4m，外邊坡為1∶1.83-1∶2.56，內(nèi)邊坡為1∶1.0，壩腳設(shè)有排水溝。

2 大壩存在主要問(wèn)題

2.1 安全鑒定結(jié)論

1)據(jù)大壩滲流流網(wǎng)理論分析,各工況下大壩穩(wěn)定滲流期浸潤(rùn)線均從壩腳排水棱體出逸，滲透坡降也在允許值范圍內(nèi)，未見(jiàn)異常，因此壩體整體滲透無(wú)異常。

大壩左右壩肩均為全風(fēng)化花崗巖，兩壩肩存在滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。壩基清基徹底，壩基坐落于全風(fēng)化花崗巖上，壩基全風(fēng)化花崗巖透水性較強(qiáng)，具中等透水性，壩基上部基巖存在滲漏問(wèn)題。

2)大壩體上、下游壩坡均滿足抗滑穩(wěn)定要求。

2.2 地勘情況

據(jù)前期勘察資料及本次勘察資料，大壩上、下游兩側(cè)壩體填土(rQ1)為含砂低液限粉土，具中等壓縮性，中等透水性，呈松散-稍密狀，填土質(zhì)量和填筑質(zhì)量一般；黏土心墻土(rQ2)以含砂低液限粉土為主，部分為低液限黏土，現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K 為2.56×10-4-6.85×10-4cm/s，該土體局部含水量高，干密度偏小，孔隙比偏大，具中等壓縮性，局部具中等偏高壓縮性，中等透水性，防滲性不滿足現(xiàn)行規(guī)范強(qiáng)制性條文對(duì)黏土心墻壩土料的要求(≤1×10-5cm/s)，故壩身黏土心墻存在滲漏問(wèn)題；沖抓黏土心墻土(rQ3)以含砂低液限粉土為主，部分為低液限黏土，該土體局部含水量偏高及孔隙比偏大，具中等壓縮性，弱等透水性，防滲性不滿足現(xiàn)行規(guī)范強(qiáng)制性條文對(duì)黏土心墻壩土料的要求(≤1×10-5cm/s)。

根據(jù)安全鑒定及地質(zhì)勘探資料分析：壩址左、右兩岸壩肩分布全風(fēng)化花崗巖，具中等透水性，防滲性較差，存在壩基滲漏和滲透穩(wěn)定問(wèn)題；河谷處黏土心墻座落于弱風(fēng)化花崗巖及變質(zhì)巖上，具中等-弱透水性，防滲性較差，作為壩基持力層兩岸巖體均存在壩基滲漏問(wèn)題，但不存在滲透穩(wěn)定問(wèn)題。左壩頭上部為全風(fēng)化花崗巖，具中等透水性，防滲性較差，：右壩頭上部為全風(fēng)化花崗巖，具中等透水性，防滲性較差，右壩肩地下水位高程約116.5m，低于水庫(kù)正常蓄水位120.75m。故左、右兩岸壩肩均存在繞壩滲漏問(wèn)題，建議進(jìn)行防滲處理。

3 大壩防滲加固設(shè)計(jì)

3.1 防滲方案擬定

大壩防滲加固處理擬定以下2個(gè)方案進(jìn)行比較：

方案一：混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是利用專用的造孔機(jī)械設(shè)備連續(xù)造孔，以泥漿固壁，用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中灌注混凝土而筑成的防滲墻體。

壩頂沿壩軸線連續(xù)造孔，灌注混凝土防滲墻，防滲墻在大壩兩岸壩肩及壩中部位須伸至不透水層與壩基防滲帷幕緊密銜接?，F(xiàn)狀壩頂寬度不足8m，不滿足混凝土防滲墻最小施工場(chǎng)地寬度要求，可將壩頂開(kāi)挖至122.60m，相應(yīng)壩頂寬可達(dá)10m，滿足施工要求。故混凝土防滲墻高度定為122.60m，防滲墻施工完畢后，壩頂采用黏土填筑至設(shè)計(jì)壩頂高程，并恢復(fù)上下游護(hù)坡和壩頂?shù)缆罚罎B墻厚度60cm，最大深度37.7m。

方案二：高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿法為將裝有特質(zhì)合金噴嘴的注漿管沿鉆孔下到預(yù)定位置，利用高壓將噴射的漿液或水體與土體顆粒攪拌混合，漿液凝固后形成垂直的防滲體。

壩頂沿壩軸線方向布置高壓噴射灌漿孔，共布置1排，孔距1.0m，分序施工。噴射漿液采用水泥黏土漿，要求墻體厚度≥60cm，滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s，28d 抗壓強(qiáng)度≥6MPa，抗折強(qiáng)度≥0.6MPa。

兩方案比較見(jiàn)表1。

表1 大壩壩身防滲加固處理方案比較表

上述兩種加固處理方案在技術(shù)上均可滿足壩體防滲要求，投資混凝土防滲墻較大，但高壓噴射灌漿對(duì)施工技術(shù)要求較高，施工質(zhì)量不易控制，混凝土防滲墻目前應(yīng)用廣泛，施工質(zhì)量較易把控，綜合考慮，確定方案一為推薦方案(混凝土防滲墻)。工程擬定壩體及淺層壩基采用混凝土防滲墻、壩基基巖采用帷幕灌漿防滲方案。由于本工程大壩屬于低壩，防滲相對(duì)不透水層以透水率q≤10Lu 控制，防滲帷幕伸入相對(duì)不透水層5m[1]。

3.2 大壩防滲設(shè)計(jì)

根據(jù)防滲方案擬定，壩體防滲選用混凝土防滲墻方案，按規(guī)范要求，防滲墻頂高程取122.60m，底高程伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖不少于0.5m，最大墻深約37.7m，結(jié)合壩身防滲處理，左壩肩及右壩肩選用帷幕灌漿防滲方案。

1)防滲范圍

對(duì)大壩壩體、右岸壩肩23.75m范圍及左岸壩肩28m 范圍進(jìn)行防滲處理。

2)墻體材料及防滲墻厚度

混凝土防滲墻體要求K≤1×10-6cm/s，允許滲透坡降>60，設(shè)計(jì)墻厚采用60cm。根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果，混凝土防滲墻最大滲透坡降Jmax =48.5<[J]=60，墻厚滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 大壩防滲縱剖面圖

圖2 大壩防滲橫斷面圖

4 滲流設(shè)計(jì)

根據(jù)滲流計(jì)算成果及地勘資料并經(jīng)方案比較，本工程防滲體系由混凝土防滲墻和帷幕灌漿組成。

4.1 混凝土防滲墻

液壓抓斗混凝土防滲墻頂高程122.60m，成墻厚度為60cm，墻體允許滲透坡降[J]>60，墻底伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖≥0.5m。

4.2 帷幕灌漿

大壩河床壩基基巖為中等透水性，存在滲漏問(wèn)題。大壩右壩肩巖體具中等透水性，存在滲漏問(wèn)題，本工程大壩為3 級(jí)建筑物，最大壩高38.0m，根據(jù)規(guī)范，本工程以q<10Lu 作為基巖相對(duì)不透水層，帷幕灌漿深入相對(duì)不透水層5m，帷幕灌漿采用單排孔，孔距為2m，遇斷層破碎帶適當(dāng)加強(qiáng)。

灌漿用水泥標(biāo)號(hào)≥42.5，灌漿施工應(yīng)滿足《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62-2014)的要求。

根據(jù)大壩加固處理設(shè)計(jì)，按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行大壩滲流及壩坡穩(wěn)定計(jì)算[2]。

1)大壩滲流計(jì)算

混凝土防滲墻滲透系數(shù)取1×10-6cm/s，大壩滲流計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 大壩滲流計(jì)算成果表

加固后的大壩0+100 設(shè)計(jì)斷面壩體浸潤(rùn)線在下游排水體中出逸，位置較低。相比現(xiàn)狀斷面，設(shè)計(jì)斷面各土層滲透坡降明顯降低，最大滲透坡降值均小于其允許值。經(jīng)防滲處理后設(shè)計(jì)斷面計(jì)算滲流量Q=0.07m3/d·m，滲流量降低，同時(shí)浸潤(rùn)線降低，對(duì)壩坡穩(wěn)定有利。

2)大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算

塘灣水庫(kù)大壩本次加固采取上、下游坡基本維持現(xiàn)狀，計(jì)算工況、計(jì)算方法、土層力學(xué)參數(shù)同大壩現(xiàn)狀壩坡穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算[3]。

計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 大壩設(shè)計(jì)斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

從以上計(jì)算成果可知，大壩設(shè)計(jì)斷面上、下游邊坡均能滿足抗滑穩(wěn)定要求，設(shè)計(jì)壩坡滿足穩(wěn)定要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

文章針對(duì)塘灣水庫(kù)存在的壩肩及壩基滲漏問(wèn)題，結(jié)合大壩壩肩及壩基的地質(zhì)情況，經(jīng)過(guò)方案比選最終確定了大壩防滲設(shè)計(jì)方案，大壩加固后的滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，證明塘灣水庫(kù)采用混凝土防滲墻結(jié)合防滲帷幕灌漿的防滲設(shè)計(jì)方案合理。