大壩防滲加固設計

周維海

(唐山市水利規劃設計研究院，河北唐山063000)

1 工程概況

某水庫壩址以上集雨面積為26.5 km2，主河長為14.8 km，流域呈不對稱的扇形，左岸偏陡，右岸地勢稍微平坦，河窄坡陡，水流較湍急，河道的加權平均坡降是1.95%，流域內的森林及草木覆蓋率達90%以上，屬山區河流，洪水大部分是由暴雨形成，流域內水災頻繁，災情較為嚴重。

2 滲漏情況及原因分析

2.1 壩體填筑質量差

大壩為黏土均質壩，填筑土是坡積層黏土，大部分采用的是低液限黏土，局部采用的是高液限黏土，土質不是很均勻，這就容易造成孔隙比、液性指數偏大，干容重較低，填土密實性效果較差;通過滲透檢測發現，壩體的滲透系數1.3×10－4～3.6×10－4cm，大于標準壩體防滲土料所要求的最大滲透系數1×10－4cm/s，造成了大壩的大面積散浸。

2.2 排水棱體失效

排水棱體是由白云巖塊石堆積而成，過濾層是由碎石和砂組成，排水棱體較小，經多年的運行就逐漸形成了棱體排水不暢，浸潤線較高，從而就導致壩坡濕潤、散浸，散浸匯集總量約50 mL/s。

2.3 壩基、壩肩問題

1)壩基處巖石抗風化能力較弱:壩址區經地質勘探發現有6個較大規模洞穴，其主要位于壩軸線下游，露頭的基巖上有較多蜂窩狀空洞;壩基性為淺灰色厚、巨厚層狀的粗晶、中晶的白云巖，巖層風化破碎，強中風化層的下限約5～10 m，經壓水試驗結果分析，基巖頂部為5～10 m，壩段透水率為23.5～72.1 Lu，基巖頂面10 m以下透水率為9.8～11.6 Lu，這就說明壩基、基巖表層巖石風化破碎且透水性強，其下部巖石基本完整，為弱透水巖層。

2)泥巖夾層處呈薄餅狀:長石砂巖中夾薄層泥巖，主要是沿地層層面出，且在兩岸處均有發現，這就形成了巖體中的軟弱夾層帶。

3)壩肩鈣化黃土狀壤土與半膠結細砂存在滲漏破壞的可能，不宜直接用作壩肩基礎。

2.4 壩體填土

大壩填筑土主要有含砂、低液限黏土、含砂、低液限粉土以及粉土質砂，各類土質混雜式的填筑，就導致土質均一性較差。含砂、低液限粉土的滲透系數平均值為2.33×10－4cm/s，粉 土 質 砂 的 滲 透 系 數 平 均 值 為7.67×10－4cm/s，其滲透系數偏大，沒有滿足規范的要求。

3 工程除險加固的必要性

某水庫是一座以灌溉為主，兼防洪、發電以及養殖等具有綜合效益的中型水庫。自水庫蓄水運行后，就不間斷的發生一些質量問題，如大壩壩基、壩體、壩肩滲漏問題，水庫一直處于帶病狀態。為了確保水庫安全性，水庫一直被迫限制水位運行，故必須對其除險加固，以確保水庫安全運行;確保下游灌溉需要;也為水庫今后的發展創造條件。

4 防滲加固設計

4.1 防滲方案選定

在防滲設計時，壩體防滲加固處理設計選擇2種方案進行比較。

4.1.1 方案1:在大壩上游側設黏土斜墻式的方案

方案概況:在大壩的下游坡292.5 m處高程采取削坡放緩至1∶2.5，在大壩的上游側設黏土斜墻，頂寬為6 m(壩頂寬)，斜墻底寬為24.5 m，底部厚度為7 m，砂卵石壩基采取截水槽來減少壩基覆蓋層的滲漏。

4.1.2 方案2:沿壩軸線設混凝土防滲心墻方案

方案概況:同上方案將下游壩坡培坡放緩至1∶2.5，在高程的295 m高程處設一馬道，寬為1.5 m，為上游壩坡整平、護坡。自大壩壩頂順壩軸線的方向設置混凝土防滲墻，防滲墻要貫穿壩基砂卵石層且要深入基巖1m，以截斷壩基覆蓋層的滲漏的途徑。

考慮到庫區已蓄水多年，若采用黏土斜墻式的方案不僅僅要放空水庫，且其施工難度非常大，工程造價較高，故本次對大壩壩體防滲加固處理采取混凝土防滲墻方案，因為該方案目前應用非常廣泛，其施工干涉少，直觀、安全、可靠。

4.2 防滲加固設計

4.2.1 墻體材料及防滲墻厚度

防滲墻體的材料為混凝土，基本要求是:k≤1×10－6cm/s;J允許＜60。

根據水源頭、水庫地質條件以及已建的工程情況，設計墻厚為50 cm，其防滲墻的最大滲透坡降J=53.476＜［J］=60，滿足其設計基本要求。

規范要求，防滲墻墻頂高程應當不低于校核的洪水位，故設計的墻頂高程取為309.5 m，使防滲墻伸入基巖到1 m，且最大墻高要保持在39 m左右。

4.2.2 防滲墻施工工藝的選擇

防滲墻施工工藝的選擇要綜合考慮成墻技術的原理、適用條件、質量以及經濟等各方面的因素。大壩混凝土墻最大墻深為39 m，墻體厚度為50 cm，根據目前我國的成墻工藝和我省類似工程的實踐經驗，擬定了3種可行的混凝土防滲墻的施工工藝進行了經濟和技術性的比較，3種方案的主要技術參數和經濟指標的比較見表1。

表1 大壩防滲處理方案比較表

從表1可以看出，液壓抓斗方案的造混凝土防滲墻造價較為適中，成墻質量也可靠，檢測也方便，易于對工程進行控制。因此，從安全、可靠以及經濟的角度出發，再根據本工程的地質狀況，借鑒我省的一些類似工程實踐經驗，本階段的設計較適宜采用液壓抓斗造混凝土防滲墻方案。

4.2.3 防滲墻施工注意的問題

1)頂部塑性黏土區內要，在防滲墻頂部填筑1 m厚高塑性黏土，底寬為3.2 m，頂部至護坡要設反濾層。且高塑性黏土要滿足以下要求:滲透系數 ＜1×10－7cm/s;壓實度 ＞0.97;干容重＞16.5 kN/m3;最優含水量要控制在+2%范圍內。

2)防滲墻在施工時，為保證質量，還要隨時對其進行施工觀測。其主要是進行應力應變觀測，首先選擇兩個斷面安裝應力應變觀測設備。在0+150、1+200斷面各設置10支應變計，埋設3支無應力計。觀測房可以位于水庫管理所內，觀測電纜應順壩坡埋設。埋設后，用觀測房內的觀測設備進行觀測，并要對觀測資料進行統計分析，以確定混凝土防滲墻的工作狀態運行效果。

4.2.4 壩基及壩肩防滲加固

據勘探結果表明:壩基部位留有厚約2 m的強透水松散砂卵石層;地基淺層基巖為強、弱風化變質砂巖，左、右壩肩鉆孔壓水試驗透水率10.1～25.9 Lu，具中等透水性，存在壩基、壩肩及繞壩滲漏問題。

壩體混凝土防滲墻貫穿壩基砂卵石層，深入基巖1 m，截斷了壩基覆蓋層的滲漏途徑，壩基基巖的鉆孔壓水試驗透水率5.6～7.5 Lu，基本截斷了壩基滲漏。通過滲流計算可知:大壩上游在校核洪水位時的最大單寬滲漏量為3.489 m3/dm，按上游常年在校核洪水位計算，經計算滲漏量為16.81萬m3/a，水庫總庫容為1 076萬m3，滲漏量占總庫容的1.56%，不影響大壩的蓄水，故對壩基不做帷幕灌漿處理。

根據測試的滲透剖面圖確定基巖以透水率q≤10 Lu作為相對不透水層，左右壩肩在正常蓄水位下，基巖鉆孔壓水試驗透水率大部分都＜10 Lu，只有較少部分＞10 Lu，壩肩滲露的問題不大，故兩壩肩也可不做帷幕灌漿處理。

［1］韓振華.大西山水庫大壩防滲加固工程設計與施工［J］.工程建設與設計，2002(3).

［2］黃福貴.永順縣松柏水庫大壩防滲加固設計［J］.湖南水利水電，2007(1).

［3］戴金洲.馬家沖水庫大壩滲漏原因分析及防滲處理［J］.防滲技術，2000(12).