法斯河水庫大壩防滲工程設計

劉艷利，吳海濤，郭建梅

（1.湯原縣水利技術推廣咨詢服務中心，黑龍江湯原 154700;2.肇東市水務局，黑龍江肇東 151100;3.黑龍江農墾勘測設計研究院，哈爾濱 150090）

1 前言

法斯河水庫位于湯原縣永發鄉西北，松花江二級支流法斯河中下游，是以農田灌溉為主的?。?）型水庫。水庫總庫容189萬m3，校核洪水位142.77 m，灌溉面積333 hm2，工程等級Ⅳ等。水庫土壩長961 m，壩頂高程143.85 m，最大壩高6.01 m，頂寬4 m。壩基樁號0+000～0+883之間第四系覆蓋層厚約7～17.8 m，上層低液限黏土厚僅0.2 m，下層6.8～18.5 m左右的級配良好細礫，滲透系數20 m/d，滲漏量大。該水庫除險加固工程設計中，壩體及壩基防滲采用了高壓定噴防滲墻。這種防滲工程設計型式投資相對較小，防滲效果好，因此法斯河水庫防滲工程具有相對的優越性和合理性。

2 設計基本資料

1）水庫總庫容為189萬m3;水庫校核洪水位100 a一遇為142.77 m;水庫興利水位為141.06 m。

2）《湯原縣法斯河水庫土壩工程地質勘察報告》和《湯原縣法斯河水庫大壩安全鑒定報告》。

3 設計依據

1）《湯原縣法斯河水庫大壩安全鑒定報告》。

2）《碾壓式土石壩設計規范》SL274-2001。

3）《堤防工程設計規范》GB 50286-98。

4）《碾壓式土石壩施工規范》DL/T5129-2001。

4 壩體及壩基防滲設計

4.1 設計方案比較

通過壩基滲透穩定分析計算，壩基不進行處理，壩體不出溢，設計和興利水位下地基及壩體滲透比降小于允許滲透比降，壩體及壩基基本滿足滲透穩定要求。根據工程地質勘察報告提供的資料，設計采用表1的滲透系數進行滲流計算。

表1 法斯河水庫土壩及壩基各部位滲透系數表

經初步計算，樁號0+000～0+883段壩體及壩基年滲透總量366.7萬m3～420萬m3，約為年徑流的10.7%，而水庫總庫容189萬m3，滲透量相對較大。通過水文調節計算，水庫不進行壩體及壩基防滲，僅能保證下游灌溉166 hm2。因此，壩基應進行防滲處理設計。

壩基防滲設計擬定了水平和垂直兩種防滲形式共3個設計方案進行了比較。

4.1.1 水平防滲方案

壩基水平防滲是在大壩上游設置黏土鋪蓋。壩前天然黏土鋪蓋厚度較小，多在0.5～1.0 m，且不連續，防滲效果差，需補做人工鋪蓋。人工鋪蓋長為水頭的7倍，即25 m，平均厚1.50 m，首端（近壩端）2.0m，末端后1.0m。壩基做水平防滲后，其滲漏流量按鋪蓋斜墻壩計算。設計黏土鋪蓋工程量3.78萬m3，工程需投資86.37萬元。

4.1.2 垂直防滲方案

壩基垂直防滲型式采用混凝土防滲墻、高壓定噴防滲墻方案兩種設計型式進行了比較。

4.1.2.1 混凝土防滲墻設計方案

混凝土防滲墻范圍為樁號0+000～0+883，防滲總長度883 m，防滲墻鉆孔軸線位于既有土壩中心，平行壩軸線布設，成墻孔的方向穿過基巖的主要節理。經計算，設計防滲墻厚度取0.8 m，設計孔距為1.6 m;防滲墻平均深16.8 m;采取防滲墻措施后，壩基滲漏量30萬m3/a。設計混凝土防滲墻工程量1.52萬m2，工程投資1 720.0萬元。

4.1.2.2 高壓定噴防滲墻設計方案

高壓定噴防滲墻范圍為樁號0+000～0+883，防滲總長度883 m，防滲墻鉆孔軸線位于既有土壩壩上游距壩肩2.0 m，平行壩軸線布設，成墻孔的方向穿過基巖的主要節理。設計孔徑為0.15 m，設計孔距為1.2 m，防滲墻頂部高程為141.56 m。底部進入全風化巖層50 cm。防滲墻厚度為0.3 m，防滲墻平均深13.61 m，最大深度22.1 m。采取措施后壩基滲漏量為30萬m3/a。設計工程量高壓定噴防滲墻8 570 m，工程投資386萬元。

經綜合方案比較，水平黏土鋪蓋方案防滲效果不明顯，工程量大，占用一定庫容。混凝土防滲墻垂直防滲方案防滲效果好，但工程造價較高。高壓定噴垂直防滲墻設計方案防滲效果好，工程造價相對較低。因此，本次水庫防滲采用高壓定噴防滲墻方案做為設計方案。防滲方案比較見表2。

表2 法斯河水庫壩基防滲比較表

法斯河水庫壩體及壩基采用高壓定噴防滲墻后，能夠徹底解決水庫滲漏問題，從根本上達到水庫除險加固的目的。通過水文調節計算，水庫防滲后下游灌溉水田面積333 hm2，增加水田灌溉面積166 hm2。

4.2 高壓定噴防滲墻設計指標

法斯河水庫壩體及壩基防滲設計為水泥漿高壓定噴防滲墻，工程設計為樁號0+000～0+883，設計長度883 m，設計頂高程141.56 m，為興利水位線以上0.5 m，底部設計鉆孔深度進入全風化巖0.5 m，鉆孔有效深度應超過設計深度0.2～0.5 m。設計鉆孔735個孔，灌漿孔間距1.2 m，鉆孔位與設計位置偏差≤50 mm，孔斜率≤1%。防滲墻設計軸線與壩體軸線平行，總鉆孔深度11 699.23 m，高壓灌漿長度10 812.97 m。高壓定噴水泥漿防滲墻設計厚度為0.3 m，水泥漿密度1.4～1.5 g/cm3，回漿密度＞1.3 g/cm3，墻體抗壓強度2.0～5.0 MPa，滲透系數k＜1×10-6cm/s;工程灌漿設計噴射型式為直線定噴對接，高壓噴灌施工設計采用鉆噴一體設備，設計采用泥漿或水泥漿護壁自行成孔，鉆進至設計深度后，送入氣及高壓水泥漿進行噴射提升，設計漿壓≥36 MPa，氣壓 0.6～0.8 MPa，高壓水泥漿噴射提速15 cm/min。

高噴灌漿設計要求全孔必須連續作業，每當拆卸噴管后須進行復噴，其長度≥0.2 m。噴射灌漿完成后，利用冒漿或水泥漿進行回灌，至孔內液面不再下降為止。高噴灌漿結束后，根據《水利水電工程水電工程質量檢驗與評定規程》SL176-2007要求，對高噴灌漿進行圍井質量檢測，滲透系數要達到設計及規范要求。

[1]吳中如，顧沖時.大壩安全綜合評價專家系統 [M].北京：北京科學技術出版社，1997.

[2]催宗培，徐乾清，吳以鰲.中國水利百科全書（第四卷）[M].北京：水利電力出版社，1900.

[3]江蘇省水利勘測設計院.SD133-84水閘設計規范[S].北京：水利電力出版社，1985.

[4]水利部水利水電設計總院GB50286-98堤防工程規范[S].北京：中國計劃出版社，1998.

[5]佳木斯市水利勘測設計研究院.黑龍江省湯原縣法斯河水庫大壩安全鑒定報告[R].佳木斯：佳木斯市水利勘測設計研究院，2003.