防滲技術在桃園水庫除險加固中的應用

汪春林 張大雷 趙曉輝

一、工程概況

桃園水庫位于山東省煙臺市牟平區(qū)觀水鎮(zhèn)韓家中村東500m外夾河支流中村河上，控制流域面積64km2，興利水位為79.82m，設計洪水位為83.72m，校核洪水位為85.24m，總庫容1307萬 m3，興利庫容 503萬m3，是一座兼有防洪、灌溉、水產養(yǎng)殖等綜合利用的多年調節(jié)中型水庫。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和放水洞組成。大壩為壤土均質壩，壩長400m，壩頂高程為86.07m，最大壩高24.42m，壩頂寬度5.0m，為碎石路面，上游壩肩設有1.08m高的防浪墻。

溢洪道位于大壩東南端，緊靠壩頭，為無閘控制開敞式溢洪道。現狀溢洪道底寬50m，進口底高程79.82m,長161m。

放水洞位于大壩樁號0+010，閘前為漿砌石蓋板方涵和閘后為有壓隧洞襯管。閘前漿砌石蓋板方涵斷面尺寸為1.2m×1.2m，長42.5m，閘后為直徑1.2m的有壓隧洞襯管，長92m。放水洞全長134.5m，進口底高程70.02m，出口底高程69.12m。

二、大壩滲漏情況

水庫大壩主要存在以下滲漏情況：

（1）大壩填筑質量差，壓實度0.89～0.90。大壩清基不徹底，基巖透水率13.6～31.3Lu，滲水嚴重，壩基滲透坡降大于允許值，存在滲透變形可能。

（2）在1979年5月的桃園水庫保安全擴建工程設計，將原來的96m寬的溢洪道廢除，筑成大壩，在大壩東南端開挖新溢洪道，底寬50m。原溢洪道廢棄，邊墻、護底沒有拆除，漏水嚴重，危及大壩安全。

鑒于水庫存在的問題，2007年10月，水利部大壩安全管理中心將桃園水庫核定為三類壩。

三、壩基存在的主要問題

1.滲漏情況

（1）當初建壩時，部分壩段未進行徹底清基，大壩直接填筑在河流沖洪積層（4）層粗砂～礫砂及（5）層含砂壤土層上，致使庫水與砂礫層相連，水庫蓄水后，河流沖洪積層成為庫水滲漏的通道。據壩后潮濕的位置及鉆探、調查資料，確定滲漏范圍為0+023～0+075地段。

（2）根據調查與現場察看，樁號0+160～0+270壩后出現濕地與積水，壩基巖性為花崗巖風化層及沖洪積粉質粘土（3）。當初建壩時，緩坡段未進行徹底清基，部分壩段大壩直接填筑在原地層上，壩體與壩基接觸不良。據觀測，滲漏程度與庫水位線性相關，水位高時滲漏嚴重。

（3）大壩 0+280～0+383段壩后坡腳現場察看，常年積水，此段為老溢洪道。據鉆探資料，大壩老溢洪道段巖石風化較嚴重，裂隙發(fā)育，溢洪道改建時原有護砌沒有拆除，直接筑在壩內，庫水沿風化層接觸帶、風化裂隙及護坡石與壩體接觸帶滲漏。

2.滲漏量

經計算，壩基砂層及基巖風化層滲漏量為18.1萬m3/a，占總庫容的1.3%。

3.壩基土的滲透判別

（1）土的滲透變形判別

大壩樁號 0+015～0+075及0+185、0+270附近，壩體下分布河流沖洪積層，巖性為粗砂～礫砂（4）、含砂壤土（5）及粉質粘土（3），水庫運行后，上述土體在滲流作用下易發(fā)生破壞，影響壩體穩(wěn)定。經判定，壩基土滲透變形型式粉質粘土為流土型，含砂壤土及粗砂～礫砂為管涌型。

（2）臨界水利比降

經計算，壩基砂土臨界水力比降分別為粉質粘土1.03～1.04，平均1.04；含砂壤土 0.20～0.27，平均 0.24，粗砂～礫砂為0.08～0.12，平均0.10。

（3）允許水力比降

經計算，允許水力比降建議值為粉質粘土0.52；含砂壤土0.16；粗砂～礫砂為0.07。

（4）接觸沖刷判別

右壩肩0+000～0+030巖石透水率為13～69Lu，大壩0+135～0+400段壩基巖石透水率為22～30.6Lu，屬中等透水，在高水頭作用下，右壩肩0+000～0+030段壩體與基巖，0+135～0+400段壩體與壩基強風化巖石之間存在接觸沖刷的可能性。

（5）地質加固建議

建議對0+011～0+090段壩基松散層及 0+000～0+036、0+150～0+400段壩基基巖進行截滲處理，截滲深度為巖石中等透水層以上。

四、采取截滲措施

1.原溢洪道段截滲措施

根據地質報告，原溢洪道漿砌石砌體分布范圍為樁號0+270～0+380，勘察時在大壩樁號0+280壩后開挖亦見有未拆除的原溢洪道殘留漿砌石砌體，該砌體直接筑在壩中，對壩體滲透穩(wěn)定性產生不利影響。運行中發(fā)現，只要水庫水位超過78.33m高程，接觸面開始向外滲水。為了解決該壩段存在的問題，采用薄壁混凝土防滲墻方案，截滲范圍為大壩樁號0+265～0+385，長 120m。

防滲墻布置在大壩上游壩肩，防滲墻頂高程85.0m，墻底深入基巖1.3m。混凝土防滲墻體砂礫石層內采用C10普通混凝土，上部深入防滲體內2.0m。為保持壩體與防滲墻變形一致，防滲體內采用C2.5塑性混凝土。混凝土防滲墻厚度設計為0.4m。根據桃園水庫壩體和壩基實際情況，考慮到該段巖石基巖透水率在22～30.6Lu，此段下增設帷幕灌漿，取防滲墻入巖深度為1.3m；防滲墻頂部插入壤土防滲體深度為2m。

2.大壩壩基砂礫層截滲措施

根據地質勘察報告，桃園水庫主河槽段壩基未徹底清基，分布有第四系粗砂和含砂壤土，粗砂層的滲透系數為4.05×10-2cm/s，含砂壤土的滲透系數為3.95×10-3cm/s，庫水與砂礫石層相連，水庫蓄水后，河底沖洪積層成為庫水滲漏通道。經計算分析，可能產生滲透破壞，為保證大壩安全，采取工程措施進行截滲處理。主河槽段壩基截滲范圍為樁號0+011～0+091，截滲長度80m。

目前國內外壩基截滲處理的方法很多，有混凝土薄壁防滲墻、高噴防滲墻、垂直鋪塑、多頭小直徑深層攪拌樁等。通過方案比較，壩基截滲采用混凝土防滲墻方案。

混凝土防滲墻布置在大壩上游壩肩，砂礫石層內設計采用C10普通混凝土，上部深入防滲體內2.0m。防滲體內采用C2.5塑性混凝土。防滲墻設計厚度0.3m，混凝土入巖深度為1.3m，深入壤土防滲體內2.0m。

3.大壩基巖漏水段截滲措施

根據桃園水庫地質勘察報告和現場檢查情況，右壩肩0+000～0+030巖石透水率為13～69Lu；大壩樁號 0+135～0+400段基巖頂部全風化層呈砂土狀，透水率為22～30.6Lu，壩體與其接觸面有可能產生接觸沖刷，現場檢查發(fā)現樁號0+280～0+383壩后常年積水，為減少水庫滲漏量，防止發(fā)生滲透破壞，因此需對該段進行防滲處理。基巖防滲采用帷幕灌漿法進行處理。地質報告中建議對樁號0+001～0+036、0+150～0+400段壩基基巖進行截滲處理，考慮到混凝土防滲墻工程已對壩基第四系樁號0+011～0+091段基巖1.3m深度內進行截滲處理，基本接近相對不透水層，已有效地解決了壩基滲透破壞問題，即使有小量漏水，不會影響大壩安全，因此該段不再進行帷幕灌漿處理。根據工程實際情況，確定帷幕灌漿范圍為：樁號 0+001～0+011長 10m、0+149～0+399長250m進行帷幕灌漿，大壩壩基帷幕灌漿總長度260m。

帷幕灌漿采用一排灌漿孔，灌漿孔位于壩頂，軸線與防滲墻軸線重合。灌漿孔的設計孔距為2.5m，取透水率為10Lu作為相對不透水層標準，帷幕灌漿的設計深度為相對不透水層。帷幕灌漿只設一排孔，分三個次序施工。一序孔孔距為10.0m，二序孔孔距為5.0m，三序孔孔距為2.5m，帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法，每個灌漿段長度為5m。

五、結束語

2009 年對大壩滲漏部位采取了以上防滲加固施工，現經過兩個汛期的高水位考驗，壩后均未出現漏水現象，取得了良好的截滲效果