塑性混凝土防滲墻在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用和分析

【摘要】以獅子山水庫為案例，針對(duì)水庫大壩、溢洪道等存在的滲漏問題，分析了砼防滲墻施工應(yīng)用和工程加固的相關(guān)措施。同時(shí)提出，要加強(qiáng)對(duì)水庫大壩的日常管理和養(yǎng)護(hù)。

【關(guān)鍵詞】水庫；塑性混凝土；防滲墻

1 工程概況

獅子山水庫位于臨海市江南街道紫砂岙村，距離市區(qū)5km。水庫樞紐主要建筑物有大壩、溢洪道、放水隧洞、引水渠道及虹吸管等。水庫壩址以上集雨面積2.7km²，引水面積0.65km²，總庫容130.65萬m³，水庫主要功能為防洪、供水及灌溉，影響下游人口400人，灌溉面積200畝。

水庫大壩為巖基粘土心墻壩，壩頂高程為109.70m，長126m，頂寬4.0m，最大壩高25.5m，壩頂設(shè)漿砌塊石防浪墻，墻頂高程110.20m；大壩上游坡為干砌塊石護(hù)坡，自上而下坡比為1:1.9、1:2.4、1:1.30；壩頂及下游壩坡無護(hù)砌，下游壩坡自上而下坡比為1:1.8、1:2.0、1:2.78。

溢洪道位于大壩左岸，由山體開挖而成，開敞側(cè)槽寬頂堰形式，堰頂高程為106.20m，堰長45m，堰體為漿砌塊石；泄槽段底寬約8.0m。引水渠道位于溢洪道左岸，總長227m，底部及內(nèi)側(cè)為山體巖基，外側(cè)為漿砌塊石砌體。

放水隧洞位于大壩右側(cè)山體內(nèi)，隧洞斷面型式為城門洞型，斷面尺寸為1.8×1.8m，進(jìn)口底高程87.57m。

2 水庫滲漏問題

據(jù)現(xiàn)場勘測，水庫大壩壩腳處濕潤，雜草叢生，左壩頭與側(cè)堰連接處存在明顯漏水現(xiàn)象。根據(jù)壩體填筑土現(xiàn)場注水試驗(yàn)，壩殼土①-2層含礫砂粉質(zhì)粘土滲透系數(shù)在4.79×10-3～1.06×10-4cm/s，屬中等透水性。心墻土滲透系數(shù)在2.94×10-3～2.54×10-5cm/s，屬中等～弱透水性，其中壩頂以下深度約10m以上部分滲透系數(shù)基本上為10-3，屬中等透水性，滲漏問題比較突出；深度約10m以下部分滲透系數(shù)為或接近10-5，屬中等偏小～弱透水性，防滲性能較好。大壩滲流安全性級(jí)別為B級(jí)。

3 防滲施工方案比選

針對(duì)大壩心墻存在的滲漏問題，本次除險(xiǎn)加固需要對(duì)大壩心墻進(jìn)行防滲處理，降低壩體浸潤線。防滲處理方案由套井回填和砼防滲墻進(jìn)行比選。

3.1 套井回填方案

套井回填是土體置換成墻的一種處理方法，利用沖抓鉆機(jī)造孔，然后進(jìn)行粘土回填。套井的優(yōu)點(diǎn)是使用機(jī)械設(shè)備簡單，施工方便，在粘土回填的同時(shí)，對(duì)井壁土層進(jìn)行擠壓，使井孔周圍土體密實(shí)，能較好的解決壩體土防滲系數(shù)不滿足要求的狀況，對(duì)均質(zhì)壩能有效降低浸潤線；缺點(diǎn)是不能對(duì)壩基含泥砂礫石進(jìn)行徹底處理，施工時(shí)受庫水位影響較大，容易出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象。

大壩心墻防滲采用套井回填方案，在壩頂新壩軸線上游0.8m處打一排套孔，孔徑為110cm，孔距為78cm，有效厚度為78cm，兩壩肩套孔打至強(qiáng)風(fēng)化下限，其余壩段套孔打至壩底基巖，套孔回填粘土要求滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s；套井施工平臺(tái)高程為108.50m，平臺(tái)寬度不小于5m。

大壩套井回填、左壩頭粘土回填、頭墻砼貼面及帷幕灌漿形成一道封閉的防滲系統(tǒng)。按本工程防滲需要，大壩套井回填共需3263m，每米單價(jià)為224.38元，投資為73.22萬元。

3.2 砼防滲墻方案

砼防滲墻是利用專門的造槽機(jī)械設(shè)備營造槽孔，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。混凝土防滲墻優(yōu)點(diǎn)是適用性廣，適用于各種地質(zhì)條件；施工條件要求簡單，施工時(shí)噪音低、震動(dòng)小，可在較復(fù)雜條件下施工，不受庫水位條件限制。

大壩心墻防滲采用C15砼防滲墻，防滲墻軸線布置在壩頂新壩軸線上游0.5m處，墻厚80cm；防滲墻全斷面底部至弱風(fēng)化基巖面以下0.5m，防滲墻與左壩肩頭墻砼貼面采用C25混凝土銜接，銜接長度為0.5m；防滲墻施工范圍為壩0-001.00～壩0+119.00段共15個(gè)槽段，每個(gè)槽段長度8m，壩0-006.00～壩0-001.00段1個(gè)槽段，槽段長度5m。砼防滲墻施工平臺(tái)高程為108.50m。

大壩砼防滲墻、C25砼銜接墻、頭墻砼貼面及帷幕灌漿形成一道封閉的防滲系統(tǒng)。按本工程防滲需要，大壩砼防滲墻共需2651.55m²，每平方單價(jià)為1058.89元，投資為280.77萬元。

3.3 方案比選

綜上所述，上述兩種方案均適用本工程的防滲處理，施工技術(shù)要求均較簡單；投資方面差別比較大，砼防滲墻方案較套井回填方案要大207.55萬元； 但方案一套井回填對(duì)回填土料要求較嚴(yán)格，施工過程中較難控制，回填土量需求較大，工程附近無適合土料場，且施工過程中要求水庫放空。故本階段推薦C15砼防滲墻方案來處理大壩心墻的滲漏問題。

4 防滲墻施工

4.1 施工導(dǎo)流

本工程在枯水期施工，以利于工程施工，在工程施工期間采用放水隧洞和虹吸管導(dǎo)流；隧洞進(jìn)口施工過程中，由虹吸管導(dǎo)流，待隧洞進(jìn)口施工完畢后，方可拆除虹吸管，由放水隧洞導(dǎo)流[1]。

4.2 砼防滲墻施工

防滲墻項(xiàng)目是施工的關(guān)鍵點(diǎn)，根據(jù)其它工程的施工經(jīng)驗(yàn)，水庫水位降至高程98.00m運(yùn)行；降低壩頂高程，形成施工面。主要施工方法如下：

(1) 施工場區(qū)布置：將現(xiàn)狀大壩拆除到108.50m高程，作為施工平臺(tái)，滿足施工要求。防滲墻劃分為主槽孔和橫向接頭槽孔，根據(jù)施工需要布置好施工作業(yè)區(qū)。

(2) 槽孔的開挖施工：槽段長度為8m，共劃分為16個(gè)槽段。采用兩鉆一抓成槽法施工。

(3) 固壁泥漿制備：該系統(tǒng)由制漿、儲(chǔ)漿、振動(dòng)除砂濾漿、壓力供漿四個(gè)部分組成。制漿、儲(chǔ)漿和濾漿系統(tǒng)布置在下游壩腳，通過供漿管使泥漿與防滲墻孔組成一個(gè)完整的固壁泥漿系統(tǒng)。在施工期間須特別注意環(huán)保要求，防止泥漿流向下游。

(4) 砼澆筑：采用直升導(dǎo)管法，導(dǎo)管為厚壁鋼管，導(dǎo)管頂部安一漏斗，砼泵直接將料泵入漏斗，使砼經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入槽孔底部，導(dǎo)管內(nèi)徑應(yīng)不小于0.15m；導(dǎo)管應(yīng)布置在槽孔中部，距離孔段0.5m～1.0m；開澆前，導(dǎo)管底口距槽孔底應(yīng)控制在0.15～1.0m；導(dǎo)管埋入砼的深度不得小于1.0m，不宜大于6.0m；砼面上升速度不應(yīng)小于2.0m/h；嚴(yán)禁不符合質(zhì)量要求的砼澆入槽孔內(nèi)；砼面應(yīng)均勻上升，高差不應(yīng)大于0.5m。

4.3 溢洪道防滲處理

溢洪道位于大壩左岸，由山體開挖而成，開敞側(cè)槽寬頂堰形式，堰頂高程為106.20m，堰長45m，堰體為漿砌塊石[3]；泄槽段底寬約8.0m，平均坡度為10.6％，底板開挖后未進(jìn)行砼襯砌，大致平整，表部巖體多呈弱風(fēng)化狀，完整性較好，抗沖刷能力較強(qiáng)。最大泄流量為113m³/s，過水深度為1.18m。1988年進(jìn)行保壩工作，溢洪道進(jìn)口長度從32米加至45米，2006年對(duì)溢流堰防滲處理，但目前水庫高水位時(shí)溢洪道側(cè)堰有滲漏現(xiàn)象，且滲漏量較大。

本次對(duì)現(xiàn)狀溢流堰進(jìn)行防滲處理，不改變溢洪道規(guī)模；開挖溢流堰上游面至基巖，在原溢流堰上游砼貼面底部澆筑C25砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度不小于1.5m，高度為0.8m。C25砼基礎(chǔ)與原溢流堰上游砼貼面接觸縫采用橡膠止水帶，使它們形成溢流堰上一道由基礎(chǔ)至頂部的防滲體系。同時(shí)在C25砼基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)單排帷幕灌漿，灌漿孔深7m，分兩序鉆灌，一序孔距為4m，終孔孔距為2m。

4.4 引水渠道防滲處理

引水渠道總長227m，底部及內(nèi)側(cè)為山體巖基，外側(cè)為漿砌塊石砌體。經(jīng)多年運(yùn)行，漿砌體表層風(fēng)化嚴(yán)重，局部已無砂漿。本次僅對(duì)渠道損壞地段進(jìn)行修復(fù)，采用15cm厚C25砼襯砌。

5 水庫大壩的日常管理與養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)對(duì)水庫大壩的日常養(yǎng)護(hù)管理，嚴(yán)禁在大壩管理范圍和保護(hù)范圍內(nèi)進(jìn)行爆破、采石、挖沙、取土等危害大壩安全的活動(dòng)，壩區(qū)范圍內(nèi)有白蟻活動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)按土壩防蟻要求進(jìn)行治理。壩頂出現(xiàn)局部裂縫、坑凹，應(yīng)及時(shí)填補(bǔ)，發(fā)現(xiàn)堆積物應(yīng)及時(shí)清除。

同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)大壩的監(jiān)測，尤其是梅雨季及汛期，管理人員應(yīng)加強(qiáng)觀測，注意壩體有無裂縫、凹坑等，同時(shí)加強(qiáng)壩肩、壩基及壩體結(jié)合部位的滲水情況觀測，發(fā)現(xiàn)異常情況立即向上級(jí)匯報(bào)并采取相應(yīng)措施。

6 結(jié)束語

通過防滲處理，大壩含泥礫砂允許出逸的滲透坡降為0.48～0.64，大壩下游壩腳溢出點(diǎn)高程均低于下游石渣堆積體頂面，相當(dāng)于級(jí)配良好的反濾層，壩基為巖基，不存在滲透破壞。大壩非穩(wěn)定滲流期的上游壩坡最大逸出點(diǎn)的滲透坡降為0.32在安全范圍之內(nèi)。同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)水庫大壩的日常管理和養(yǎng)護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃亮.淺析提高防滲墻槽壁穩(wěn)定性的措施[J].中國城市經(jīng)濟(jì)，2010年12期

[2]尚夏，姚雷生，王寧.塑性混凝土防滲墻在某水庫大壩中的應(yīng)用[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006年04期

[3]趙建鋒，王展.淺談多頭小直徑水泥土攪拌樁截滲墻施工質(zhì)量控制[J].成功(教育)，2010年09期