云浮市大洞水庫(kù)大壩防滲加固技術(shù)研究

郭海龍

（廣東宣源工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東 江門(mén) 529000）

1 引言

水庫(kù)大壩防滲是水庫(kù)工程的重要安全措施,早期修建的水庫(kù)工程在長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)了一定程度的破損現(xiàn)象,對(duì)下游居民安全和水庫(kù)工程效益產(chǎn)生了不利影響,因此,為了提升水庫(kù)安全,采取防滲加固措施是十分必要的。不同的土石壩實(shí)際情況各不相同,因此,需要結(jié)合壩體的實(shí)際情況選取適宜的防滲加固措施,以提升大壩的治理效果,降低工程投資,提高耐久性。

2 大壩現(xiàn)狀

大洞水庫(kù)正常蓄水位64.00 m（珠基,以下同）,相應(yīng)庫(kù)容320 萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位67.33 m （p=3.33%）,相應(yīng)庫(kù)容415.29 萬(wàn)m3；校核洪水位68.82 m（p=0.2%）,相應(yīng)庫(kù)容為472.3 萬(wàn)m3；死水位46.60 m,相應(yīng)庫(kù)容37 萬(wàn)m3。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積0.46 萬(wàn)畝, 防洪保護(hù)人口0.77 萬(wàn)、耕地面積0.72萬(wàn)畝,建有75 kW 的裝機(jī)發(fā)電站,是一座以灌溉為主,兼顧防洪、發(fā)電等綜合效益的?。?）型水庫(kù)。大壩為均質(zhì)土壩,大壩壩頂高程為71.0 m,最大壩高為37.6 m,壩頂長(zhǎng)度為177.3 m,壩頂寬度為5 m。前壩坡坡比為1∶2.5,1∶3,1∶4,后坡在壩頂有一道高2 m 直立漿砌石擋土墻,在高程63.04m 處設(shè)一戧臺(tái),戧臺(tái)以上坡比為1∶2.36,戧臺(tái)以下為1∶2.243,在高程為53.08 m處設(shè)一戧臺(tái),戧臺(tái)以上坡比為1∶2.243,戧臺(tái)以下為1∶2.978,壩腳靠近溢洪道位置山坡處現(xiàn)狀無(wú)壩體排水設(shè)施,壩腳平地處有排水棱體排水。

大壩主要由花崗巖殘積土壓實(shí)、回填而成,由于建壩時(shí)的施工機(jī)械和工藝落后的原因,填筑土的壓實(shí)度為0.85～0.889,填土質(zhì)量較差,壩體填筑土的滲透系數(shù)偏大,根據(jù)地質(zhì)資料,填筑土滲透系數(shù)平均值為7.08×10-4cm/s,透水性等級(jí)屬中等。

結(jié)合工程時(shí)間情況,對(duì)大壩壩頂?shù)缆酚不?鋪設(shè)瀝青砼路面,拆除重建防浪墻；對(duì)上游砼護(hù)坡有裂縫板塊拆除,將壩坡沖洗干凈后,按原壩坡坡比鋪設(shè)摻5%水泥石粉墊層找平,新澆砼護(hù)坡,大壩右壩頭塌陷位置回填石渣,澆筑砼護(hù)坡；下游壩坡拆除漿砌石擋土墻,拆除壩坡步級(jí)、排水溝,壩坡培厚,新建壩坡排水溝、步級(jí),對(duì)壩坡進(jìn)行草皮護(hù)坡；壩腳新建排水棱體,現(xiàn)狀排水棱體保留,并新建褥墊排水將新舊排水棱體聯(lián)通。

3 壩體防滲設(shè)計(jì)

3.1 防滲加固方案比選

壩體處理擬定2 種處理方案,各方案如下：

（1）充填灌漿方案

對(duì)各壩壩體進(jìn)行充填灌漿,沿壩軸線布置兩排灌漿孔,灌漿孔孔距2 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌漿孔進(jìn)入壩基1.5 m。

（2）劈裂灌漿方案

壩體河槽段采用劈裂灌漿,兩壩頭采用充填灌漿,劈裂灌漿沿壩軸線布置一排孔,孔距5 m,兩壩頭充填灌漿沿壩軸線布置兩排,孔距2.5 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌漿孔進(jìn)入壩基1.5 m。

壩體處理各方案比較見(jiàn)表1。由表1 可以看出充填灌漿方案采用兩排孔密布,投資最大,但由于其能有效解決壩體壓實(shí)度不足及滲漏問(wèn)題,施工容易,效果較好,故本次設(shè)計(jì)推薦采用充填灌漿方案[1]。

表1 壩體處理方案比較表

經(jīng)比較,設(shè)計(jì)大壩防滲設(shè)計(jì)采用充填灌漿方案。

3.2 壩體處理設(shè)計(jì)

壩體充填灌漿沿壩軸線附近布置兩排,充填灌漿孔距2.0 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,孔深達(dá)壩基強(qiáng)風(fēng)化巖頂面。主壩充填灌漿孔251 個(gè),一副壩充填灌漿孔71 個(gè),二副壩充填灌漿孔201 個(gè),三副壩充填灌漿孔74 個(gè)。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,本工程大壩填土的干密度離散性較大,壓實(shí)不均勻,壓實(shí)度約為0.85～0.889,不滿足規(guī)范要求；壩體滲透系數(shù)為7.04×10-4cm/s,大于規(guī)范充許值；根據(jù)《云浮市云安區(qū)大洞水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》,建議對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理,本次結(jié)合地勘以及大壩安全評(píng)價(jià)結(jié)果,對(duì)大壩壩體進(jìn)行充填灌漿：

①漿孔布置

灌漿在現(xiàn)有壩體進(jìn)行,對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿,雙排,孔距2 m,第一排位于現(xiàn)狀壩軸線上游1.5 m,第二排充填灌漿孔位于現(xiàn)狀壩軸線上,與第一排灌漿孔成梅花型布置,在灌漿孔底部深入壩基1.5 m。本方案工程量：大壩充填灌漿總計(jì)175孔,灌漿總進(jìn)尺為3258.05 m。

②充填灌漿材料

充填灌漿土料各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足表2 要求。

表2 灌漿土料各項(xiàng)指標(biāo)含量表 單位：%

為加速漿液凝固和提高后期強(qiáng)度,充填灌漿允許摻入適量水泥,水泥摻量為干料量的10%,水泥采用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。灌漿漿液物理性能如容重、粘度、穩(wěn)定性等,應(yīng)滿足《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》（SD 266-88）要求。

4 大壩滲流計(jì)算

按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）的相關(guān)規(guī)定,滲流計(jì)算采用公式法進(jìn)行,相關(guān)滲流理論和公式參考《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-98）、《滲流計(jì)算分析與控制》（第二版,毛昶熙主編,中國(guó)水利水電出版社）等規(guī)范、專著。

4.1 滲流計(jì)算工況

擬定下列五種工況進(jìn)行滲流分析：

工況一：水庫(kù)水位為正常蓄水位64.00 m,下游無(wú)水的情況；

工況二：水庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位67.33 m（P=3.33%）,下游無(wú)水的情況；

工況三：水庫(kù)水位為1/3 壩高水位,本工況計(jì)算大壩（1/3壩高水位50.3 m）,下游無(wú)水的情況；

工況四：水庫(kù)水位為校核洪水位68.82 m（P=0.2%）,下游無(wú)水的情況；

工況五：水庫(kù)水位從校核洪水位68.82 m 降至正常水位64.00 m 的庫(kù)水位降落期,下游無(wú)水的情況。計(jì)算時(shí)庫(kù)水位下降所需時(shí)間由庫(kù)容曲線及溢洪道泄洪能力推算,t=12 h。

4.2 計(jì)算斷面

本次計(jì)算取K0+052、K0+103 斷面進(jìn)行計(jì)算。大壩典型計(jì)算斷面見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 K0+052 斷面

圖2 K0+103 斷面

4.3 滲流計(jì)算參數(shù)

大壩壩體及壩基各巖土層物理力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表3。

表3 大壩各土層的滲透比降建議值表

表4 大壩壩體滲流計(jì)算滲透系數(shù)采用表

4.4 滲流計(jì)算方法

土壩滲流分析采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研發(fā)的“水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)AutoBANK v7”軟件,計(jì)算方法采用有限元法。

4.5 滲流計(jì)算成果及分析

按上述滲流理論相關(guān)公式、擬定的邊界條件進(jìn)行大壩穩(wěn)定滲流分析,大壩在各工況下的滲流計(jì)算成果如下。

表5 大壩滲流浸潤(rùn)線

經(jīng)計(jì)算,大壩加固后,各工況出逸點(diǎn)均位于下游反濾排水棱體范圍內(nèi),浸潤(rùn)線正常。

5 結(jié)論

云浮市大洞水庫(kù)工程大壩由于建壩時(shí)的施工機(jī)械和工藝落后,填土質(zhì)量較差,壩體填筑土的滲透系數(shù)偏大。結(jié)合云浮市大洞水庫(kù)工程的實(shí)際情況,對(duì)水庫(kù)大壩防滲加固方案進(jìn)行分析。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn),選取充填灌漿、劈裂灌漿2 種方案進(jìn)行比選分析,采用充填灌漿方案工程投資低、防滲加固效果好。對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿,灌漿孔成梅花型布置,在灌漿孔底部深入壩基1.5m。采用“AutoBANK v7”軟件對(duì)大洞水庫(kù)防滲加固效果進(jìn)行分析,經(jīng)計(jì)算,大壩加固后,各工況出逸點(diǎn)均位于下游反濾排水棱體范圍內(nèi),浸潤(rùn)線正常,灌漿加固效果較好。