高壓定噴防滲墻在小型水庫除險加固中的應用

魏家慧，莊淑英

(海林市水務局，黑龍江 海林 157100)

1 工程概況

石頭溝水庫位于海林市海南鄉石頭溝村北1 km處的海浪河左岸支流石頭溝上，集水面積20 km2。水庫始于1958年施工，1977才年竣工的小(1)型水庫。

水庫以灌溉、防洪為主，兼顧養魚綜合利用效益的年調節水庫。通過引水渠道灌溉沿途80 hm2水田，設計保證率為75%。該水庫經牡丹江市水利勘測設計研究院鑒定為病險水庫，需要進行除險加固。2009年該水庫被列為我省病險水庫除險加固工程。

2 土壩現狀及滲流穩定分析

石頭溝水庫大壩為多種材料土石混合壩，壩頂寬3.5～4 m，壩長307 m，現壩頂高程為316.17～316.70 m，平均壩頂高程316.49 m，最大壩高10.3 m。上游為干砌石護坡，邊坡坡比1∶3，下游為天然草皮護破，邊坡坡比1∶2.5。

根據地質資料分析，石頭溝水庫壩基上部為第四系松散堆積層，巖性為級配不良細礫，下部為白崗花崗巖。目前壩基有一處滲水點位于大壩0+260處。據抽水試驗成果，滲透系數為5.3×10-3～1.11×10-3cm/s，壩體滲透性比較強，壩后有庫水滲出，漏水原因壩體不同部位、不同深度的滲透性存在較大的差異，局部防滲斷面不夠。由于未進行大壩安全評價，所以水庫長期處于低水位運行狀態。根據大壩安全鑒定報告書中所述:壩體滲流計算出逸點滲透坡降J=0.4＜[J允]=0.61，滲流穩定。壩基滲透比降J=0.15＞允許臨界坡降0.13，滲流不穩定，滲漏量較大。大壩滲流性態評價為C級。

3 土壩防滲方案選擇

由于石頭溝水庫是已建工程，且經計算滲流出逸坡降均大于允許坡降，滲流不穩定，故需進行壩體防滲處理。

3.1 防滲墻頂高程的確定

對于Ⅳ級壩的石頭溝水庫，取防滲墻頂高程為校核洪水位加安全超高0.3 m即315.77 m。

3.2 防滲墻底高程的確定

土壩為多種材料土石混合壩，根據地質資料分析，石頭溝水庫壩基上部為第四系松散堆積層，巖性為級配不良細礫，下部為白崗花崗巖。滲流按透水地基上有截水墻的土壩滲流計算。截水墻未到不透水層，非完整截水墻。計算公式及計算結果(校核工況)為:式中:x為基礎各段阻力系數;S為壩基防滲墻深度，m;T為壩基透水層深度，m。

截水墻的等效水平長度:

式中:σ為透水截水墻對不透水截水墻的阻力系數比值;δ為截水墻厚度，m。

式中:K為截水墻的滲透系數，1×10-7cm/s;K0為壩基的滲透系數，1.6 ×10-4cm/s。

式中:les為地下輪廓線總計算長度，m。

總滲流量可按下式計算:

式中:h2為墻后水位，m;H1為壩前水深，m;H2為壩后水深，m;K1為壩體防滲墻滲流系數，1×10-7cm/s;K2為壩殼滲流系數，1.67×10-3cm/s;Δh為通過截水墻的水頭損失，m。

截滲墻底高程按比現狀壩底高程低4 m設計，最后確定302.05 m為防滲墻底高程。

3.3 方案比選

根據土壩筑壩材料和壩基地質情況，壩體防滲選5種型式進行方案比選，第一方案為黏土斜墻，前面加水平鋪蓋;第二方案為高壓旋噴心墻防滲;第三方案為高壓擺噴心墻防滲，第四方案為多頭小直徑防滲墻防滲，第五種為高壓定噴防滲心墻防滲。

從以上5個方案比選看，方案四造價較低，施工方法簡單，但其施工工藝在本處實施難度較大，不適用于本地區，其他4個方案中第五方案造價最低，也適用于本處，所以采用高壓定噴防滲墻防滲。設計要求抗壓強度＞1.0 MPa，滲透系數K＜5×10-6cm/s，根據實際情況，防滲墻頂高程為315.77 m，截滲墻底高程達到現狀壩底線下4 m，即在302.05 m為防滲墻底高程。

表1 石頭溝水庫截水墻滲流計算成果匯總表

4 結語

通過對石頭溝水庫大壩防滲方案的選擇，已成功應用于工程實踐中，為小型水庫除險加固土壩防滲提出了一個可供借鑒的辦法。

[1] 劉保平，宋淑平.深層攪拌法設計施工與應用[M].濟南:濟南出版社，2003.