西溪水庫主壩防滲設計

李雙英

（常德市水利水電勘測設計院 常德市 415000）

1 水庫工況及主壩現狀

西溪水庫攔截沅水流域夷望溪水系的支流西溪，水庫集雨面積20.5km2，干流長度10.8km，干流平均坡降29.3‰。壩址位于桃源縣南部茶庵鋪境內的古溶溪村，距茶庵鋪鎮7km，距桃源縣城61km，庫區防汛公路直通319國道，交通方便。

水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水隧洞、壩后電站組成。水庫按100年一遇洪水標準設計，1000年一遇校核，正常蓄水位185.5m，相應庫容1039萬m3，死水位152m，死庫容36萬m3，設計洪水位187.61m，校核洪水位188.09m，總庫容1182.4萬m3。

主壩為粘土心墻壩，壩頂高程188.92m，最大壩高50.92m，壩頂軸長150m，面寬5m。壩頂設1.5m高防浪墻，主壩上下游壩坡各設4級平臺，每級平臺寬均為2m，平臺高程上下游壩坡相同，從上至下依次為182.00m、174.00m、166.00m、152.00m。上游壩坡從壩頂至壩腳坡比依次為1∶1.8、1∶2.5、1∶2.5、1∶3.0、1∶4.0。下游壩坡從壩頂至壩腳坡比依次為1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0、1∶3.0、1∶1.75，下游坡腳布置排水棱體。

2 工程存在的主要滲漏問題

主壩基巖為元古界板溪群梵凈山組板巖,風化強烈，節理裂隙較發育，透水性強，巖層走向及節理走向與壩線走向成較大角度相交，強透水巖體貫通大壩上下游，故大壩存在沿結構面形成壩基及壩肩滲漏的地質條件。大壩右側高程157m處存在一沿板巖裂隙的壩基滲漏點，滲漏量隨庫水位的升降而增減，每次降雨后滲流量增大，最大滲漏量1.2L/s，最小0.45L/s。

主壩雖作了斜心墻防滲，但由于沉陷作用，斜心墻的防滲作用失效，這是造成壩體滲漏的根本原因。目前主壩左端上游壩坡185.0m高程處有明顯漏水的現象，出水口不明。

水庫自建成運行以來，主壩壩體出現過較為嚴重的不均勻沉陷，而且沉陷幅度較大，目前大壩壩體呈現兩頭高、中間低的狀況。大壩防浪墻左端出現較明顯的裂縫。

3 主壩防滲設計

3.1 總體布置

經過初設時方案比選，主壩防滲方案為：壩基、壩肩帷幕灌漿+壩體混凝土防滲墻。

在壩體內設置混凝土防滲墻。在壩頂（高程188.92m長150m）軸線上游側布置一排槽形孔，每段槽孔長8m，成墻厚度0.6m，槽孔搭接長度0.6m，分兩序施工。槽孔深至基巖面下1m，鉆孔最大深度50.24m，最小深度12m，成墻材料為塑性混凝土。

對壩基和壩肩接觸面進行帷幕灌漿。帷幕灌漿鉆孔深至相對不透水層邊界線q=10Lu處作為帷幕深度設計值（根據鉆孔壓水試驗資料，q=10Lu值在建基面以下5m左右，本次設計鉆孔深入基巖5m，施工時應先打先導孔作壓水試驗，根據壓水試驗值對帷幕深度進行調整），灌漿帷幕伸入兩岸的長度由水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸相交處確定。

3.2 防滲墻厚度確定

防滲墻的厚度應滿足墻體抗滲性、耐久性、滿足墻體應力和變形的要求，同時還應考慮到地質情況及施工設備等因素。

由于國內防滲墻設計無規范，本次設計根據防滲墻破壞時的水力坡降確定墻體厚度，計算公式如下：

式中 ΔHmax——作用在防滲墻上的最大水頭差（m）；

K——抗滲坡降安全系數，一般取3～5。

Jmax——防滲墻滲透破壞坡降，取300；

根據已建成的混凝土防滲墻統計，防滲墻允許承受的水力坡降Jp=Jmax/K，假定防滲墻承受的最大水頭差與壩前水深相同，為46.18m，計算得δ=（0.46～0.77）m可滿足要求。為節約材料，降低成本，大壩混凝土防滲墻可以做得薄一些，參考國內工程經驗，本次設計混凝土防滲墻墻體厚度確定為0.60m。

3.3 防滲墻物理指標確定

采用塑性混凝土作為墻體材料。這種材料有抗滲性能好，變形模量低，極限應變值大，適應變形能力強等特點。

參考國內相似工程資料，塑性混凝土防滲墻的設計指標為：28d彈性模量 （800～1000）MPa，抗壓強度≥2.5 MPa，滲透系數＜（1～9）×10-8cm/s。配合比見附表。

附表 塑性混凝土配合比 kg

3.4 帷幕灌漿設計

壩基及壩肩采用帷幕灌漿防滲，單排孔，孔距2m，帷幕底線控制為巖石透水率＜10Lu。防滲軸線長度150m。帷幕灌漿采用防滲槽內下置定位器預埋灌漿管法。

3.5 各防滲體之間的銜接處理

防滲墻下部及兩側為防滲帷幕，對防滲墻與帷幕接觸面的處理，要防止接頭處出現裂縫，產生滲漏，影響壩體安全。為了保證防滲墻與帷幕連接成整體，灌漿時在壩基部位應將帷幕套進墻體內1m以上，在兩側不應小于2m。

為提高可施工期的施工效率，在壩體30m以內采用兩鉆一抓法施工，并在槽孔接頭部位使用鉆鑿法完成，下部用沖擊式鉆機造孔至壩底，沖至壩底，并深入基巖1m。

4 施 工

設計把主壩劃分19槽段，每段8m，每段又10等分為0.8m為一井孔位，采用兩鉆一抓施工方法。用沖擊鉆或回轉鉆鉆主孔，用機械式抓斗成槽，形成槽段，然后采用泥漿固壁，采用直升管法澆筑混凝土防滲墻。

4.1 施工工藝

（1）平整場地，建造施工平臺。對作業面地基進行平整壓實，確保施工機械運行安全、穩定。采取分層填筑，分層碾壓，每層經監理驗收合格后，才允許回填上一層風化砂。在回填過程中，應嚴格控制回填風化砂中的最大粒徑，特別是在防滲軸線上下游各5m范圍內，控制填料粒徑不得大于15cm。

（2）建造導槽。施工平臺形成后，按設計要求澆筑導向槽，并及時對防滲軸線和槽口板高程及控制樁號等進行抽查校測，對不符合精度要求的應返工。根據設計防滲墻軸線進行測量放線，導槽軸線與防滲墻軸線應重合。

（3）鋪設枕木、鋼軌。在平整堅實的施工地基上鋪設枕木和鋼軌，軌道與防滲墻軸線平行，軌道間距2.66m，枕木間距（0.5～0.8）m，以保證拉槽機行走平穩。在鋪設好的鋼軌上安裝拉槽機和澆筑臺車。

（4）泥漿制備。泥漿具有穩定孔壁、懸浮棄渣、冷卻刀具等作用，施工中，向槽孔兩側滲透的泥漿還能有助于防滲。施工中所用泥漿性能指標為：比重1.05～1.2，粘度（22～30）s。為減少環境污染、降低工程造價，對泥漿采用除砂器進行凈化循環使用。

（5）先導孔及單孔基巖鑒定。為準確掌握防滲墻底部高程，沿防滲墻中心線布置先導孔，設計要求先導孔鉆孔深入弱風化巖層頂板以下1m。單元槽段的主孔造孔深度嵌入弱風化層頂板以下1.0m，特殊副孔需作巖樣鑒定。根據先導孔確定的弱風化頂板線，要求在進入弱風化頂板線以上開始取樣，并提出具體取樣要求，由設計、地質、監理和承建單位質檢人員共同確定槽孔終孔深度。

先導孔孔位應在防滲墻設計軸線上，在防滲墻深度變化處應設置先導孔。

（6）安裝刀具。利用拉槽機的卷揚吊裝刀具，在先導孔內進行安裝。

（7）拉槽。開始拉槽時應緩慢進行，待泥漿循環正常后，即可按正常速度拉槽。施工過程中，必須注意槽孔內泥漿液面的升降變化，及時補充漿液，發現漏漿時，必須采取有效的止漏措施，確保槽孔孔壁穩定，防止塌孔。主孔未經檢查驗收合格不得鉆劈副孔，只有副孔劈孔完成，經監理同意后才可劈打小墻，使防滲墻造孔始終有條不紊地進行，保證了防滲墻槽形一次檢查驗收合格。

（8）槽段隔離。在槽段隔離部位用鉆機在槽中心擴孔，孔徑為槽寬的1.4（1.5）倍，然后下入管式隔離體。

（9）清槽驗收和換漿。槽孔隔離后，用反循環進行清槽，達到規定要求，經驗收合格后進行清孔換漿。清孔結束后，應檢查孔底，孔底淤積應小于10cm，孔內泥漿比重、含砂量、粘度均應滿足設計技術要求，方可進行下道工序的施工。

二期槽孔清孔結束前，用刷子鉆頭清除混凝土孔壁上的泥皮，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標準；否則，必須返工，直至滿足設計要求。

（10）混凝土澆筑。混凝土按照設計配合比準確計量拌制，并按水下混凝土導管法澆筑。槽內混凝土面應均勻上升，各處高差應控制在0.5m以內，且上升速度不小于2m/h。墻體混凝土澆筑應連續進行，若因故中斷，間斷時間不宜超過40min。

入槽骨料級配必須良好，最大骨料粒徑不應大于40 mm。嚴禁不合格料入槽。

（11）起拔隔離體。待初凝后用起拔油缸松動隔離體，達到墻體自立強度后，起拔隔離體。

4.2 防滲墻施工中應注意的問題

（1）防滲墻施工過程中，造孔質量是保證防滲墻質量的首要環節。同時，在防滲墻施工過程中，造孔時間占總工期的2/3以上，是制約工期的關鍵環節。施工中應采取預防偏孔措施，有效地防止或減少偏孔，使孔斜控制在允許范圍內。

（2）保證混凝土防滲墻施工質量和速度的關鍵在于開槽的連續性，澆筑的及時性。并且要把泥漿固壁作為一個重要的施工環節去對待。否則，一旦出現塌孔，將導致施工中斷，而斷開段的處理相當困難。因此，各工序必須嚴格按規程進行操作，控制進度和質量。同時加強機械設備的維修養護，保證完好率，確保混凝土防滲墻“連續作業”，達到保證混凝土防滲墻施工質量的目的。

（3）配制混凝土的骨料宜選用天然卵石、礫石和中粗砂，骨料最大粒徑應不大于40mm。

（4）在槽孔接頭處混凝土澆筑時，一期槽孔兩端的導管距端面的距離不宜大于（1～1.5）m，二期槽孔兩端的導管距端面的距離宜為1m，開澆時導管口距孔底 （15～25）cm。

（5）施工中若遇到陡坡、塊球體及弱風化基巖，要采用高強耐沖擊合金刃焊在重鑿（5～10t）或沖擊鉆頭（1.5～3.0t）上進行沖擊破碎，并輔之以爆破以提高工效。爆破方法根據實際情況可以采用傳統的聚能爆破，也可使用鉆孔預爆和槽內定位鉆孔爆破。特別是槽內定位鉆孔爆破對在陡坡上鉆鑿成槽起到了決定性的作用。

（6）由于混凝土防滲墻下要進行帷幕灌漿，故應在澆筑混凝土防滲墻之前預埋灌漿管，采用適合深槽的定位架預埋鋼管法，以確保墻下帷幕灌漿的進度和質量。

5 質量檢測

防滲墻體檢測主要檢測混凝土28天彈性模量，采用攪拌機口取樣并用三軸儀試驗的方法；混凝土抗滲性按照檢查滲透系數和允許滲透坡降進行試驗檢查，檢查時宜用較低的試驗壓力。

6 實施效果

西溪水庫主壩防滲于2009年3月實施，從現場情況來看，加固后主壩滲漏現象基本消失。在主壩防滲時大膽采用了新材料、新工藝，并總結出具有代表性的成功經驗，為塑性混凝土防滲墻在湖南的推廣奠定了基礎。