某大壩存在問題及處理方案比選

翟義亭

（河南省寧陵縣水利局工程隊，河南 寧陵 476700）

1 工程現(xiàn)狀

某水庫建成于1978 年。根據(jù)安全評價調(diào)洪成果：30 年一遇設(shè)計水位145.55 m，相應庫容17.30萬m3；300年一遇校核水位145.66 m，相應庫容17.60 萬m3；水庫起調(diào)水位144.20 m，相應庫容14.10 萬m3；原設(shè)計興利水位143.40 m，興利庫容11.50萬m3；死水位135.80 m，死庫容0.70萬m3。主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水洞等。

大壩為黏土心墻壩，壩長83.00 m，壩頂寬3.40～4.00 m，壩頂高程145.30～145.50 m，最大壩高14.80 m，心墻頂部高程139.80 m。壩頂路面為土路面，無防浪墻。上游坡坡比1：3，未護坡。下游坡坡比1.00：2.20，無排水溝，壩腳設(shè)有棱體排水，排水體塊石松動、脫落。

2 存在問題

2.1 防洪能力不滿足規(guī)范要求

現(xiàn)狀壩頂高程復核成果見表1。

表1 現(xiàn)狀大壩壩頂高程核算表

現(xiàn)狀壩頂高程為145.30～145.50 m。計算結(jié)果表明，現(xiàn)狀壩頂高程低于計算壩頂高程，壩頂高程不滿足規(guī)范要求。心墻頂部高程為139.80 m，低于設(shè)計及校核洪水位，不滿足規(guī)范要求。大壩實際抗洪能力不能抵御30年一遇和300年一遇洪水。水庫大壩除險加固設(shè)計需將大壩防洪能力提高到安全標準。

2.2 壩體填筑質(zhì)量問題

某水庫大壩為黏土心墻壩，心墻外壩體填土由殘積土與風化砂組成，其密實度根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》主要按孔隙比和標準貫入試驗兩個標準進行劃分。根據(jù)取樣分析結(jié)果，除個別樣外，e值一般大于0.74，填土的密實度應劃分為稍密。而標準貫入試驗N 值顯示均在6～8 擊，填土的密實度劃分為稍密。結(jié)合現(xiàn)場觀察，壩體填土密實度劃分為松散～稍密。

黏土心墻填筑土的質(zhì)量：采取10組原狀填土樣室內(nèi)分析，干密度最小值為1.46 g/cm3，最大值為1.59 g/cm3，平均值為1.53 g/cm3。由壩體填土取樣擊實試驗，最大干密度為1.65 g/cm3，（由規(guī)范小水庫干密度設(shè)計值為1.65 g/cm3×0.96＝1.58 g/cm3）與規(guī)范要求1.58 g/cm3比較，合格率為20%，壓實度為0.91，說明黏土心墻填筑質(zhì)量不滿足規(guī)范要求。

2.3 壩體及壩基滲漏問題

2.3.1 壩基滲漏

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》，大壩壩基為強風化花崗巖，透水率q為2.15～3.50 Lu，平均值為2.83 Lu，屬弱透水。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》第6.3.9 條，3 級及其以下的大壩壩基透水率5～10 Lu，基巖可視為相對不透水層。據(jù)此認定壩基滲透穩(wěn)定性滿足要求。

2.3.2 壩體滲漏

計算工況：工況1為正常蓄水位144.20 m，下游無水；工況2 為設(shè)計洪水位145.55 m，下游無水；工況3 為校核洪水位145.66 m，下游無水。①根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》第6.4.5條，防滲體頂部高程應高出正常運用的靜水位0.30 m以上，非常運用情況應不低于非常運用的靜水位。現(xiàn)狀大壩心墻頂部高程為139.80 m，以上3種工況水位均高于心墻頂部高程，不滿足規(guī)范要求，可不進行滲流安全復核。②壩體心墻滲透系數(shù)為1.80×10-4～8.40×10-4cm/s，呈中等透水性，不滿足規(guī)范“心墻滲透系數(shù)不大于1.00×10-5cm/s”的防滲要求。

3 防滲加固處理方案比選

3.1 方案①土壩劈裂灌漿

方案①土壩劈裂灌漿是運用壩體應力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時灌注合適的泥漿，形成鉛直連續(xù)的防滲帷幕，堵塞與劈裂縫連通的洞穴、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力；同時，通過漿壩互壓和濕陷使壩體內(nèi)部應力得到調(diào)整，提高壩體變形穩(wěn)定性。劈裂灌漿具有機理明確、工藝合理、防滲效果好、施工工期短、經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點（折算130元/m2）。劈裂灌漿技術(shù)主要適合于處理存在壓實質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結(jié)構(gòu)性較強的粉細砂及土砂夾層透水地基。但它也有一定的局限性：①對于粗砂及卵礫石壩基，因其土層結(jié)構(gòu)性差，形不成連續(xù)劈裂，巖基無法劈裂。②在高水頭情況下進行灌漿，效果較差。

3.2 方案②深層攪拌水泥土防滲墻

技術(shù)特點：①施工工效高，施工工效平均可達13.20 m2/臺時。②成墻造價稍高，約118元/m2。③施工工藝較簡單，不需開槽，無塌孔、護壁、回填、夯實等問題。④成墻效果好，墻體厚度均勻連續(xù)，墻體厚度滿足防滲要求（樁機機頭直徑為400～500 mm），墻體深度可達30 m。常用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土、亞黏土等土層中。

3.3 方案③澆筑塑性混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是水工建設(shè)中較普遍采用的一種地下連續(xù)墻，是透水體防滲處理的一種有效措施，混凝土防滲墻是利用專用的造槽機械設(shè)備營造槽孔，并在槽內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導管在注滿泥漿的槽孔中澆筑混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。塑性混凝土是用膨潤土取代普通混凝土中的部分水泥而形成的一種柔性墻體材料，它比普通混凝土的彈性模量小得多，與周圍的土體變形模量相近，有較好的變形適應性，大大減少了墻體內(nèi)的應力，避免了開裂。適宜于各種地質(zhì)條件，且能在基巖上成墻。這種方案，處理壩體及壩基接觸滲漏徹底，防滲效果好，但造價較高（約410元/m2）。

3.4 3種方案優(yōu)缺點比較

根據(jù)工程大壩存在問題，經(jīng)以上綜合比較分析，方案①黏土心墻頂部高程過低，心墻外壩體填土密實性差，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)較疏松，采用劈裂灌漿處理無法形成連續(xù)劈裂，難以成墻，且防滲效果不如方案②及方案③；方案③防滲效果好，但投資大，施工速度慢；方案②可處理壩體滲漏及接高黏土心墻，且在對土壩滲漏處理中應用較多，有成熟的理論作指導，又有熟練的施工經(jīng)驗，質(zhì)量容易控制，施工工期短，處理效果好，且工程造價較低，能將工程險情處理徹底。經(jīng)以上綜合比較分析，故設(shè)計采用深層攪拌樁方案。3種方案優(yōu)缺點比較見表2。

表2 3種方案優(yōu)缺點比較表

4 結(jié)語

大壩防滲加固根據(jù)計算結(jié)果，除險加固后，壩體滲漏量較小，浸潤線溢出點較低，滲透坡降小于允許滲透坡降，說明處理效果明顯，大壩滲流性態(tài)趨于安全。