水利工程中壩體防滲技術處理

姜春艷

（黑龍江省隆業水利水電工程建設有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 某水庫壩體狀況簡述

某水庫工程由于建設周期長，施工管理問題多，施工質量不高，未達到設計要求。工程建成后，一直帶病運行，特別是主壩壩體、右壩肩、溢洪道基礎等部位均存在比較嚴重的滲漏，不僅危及工程安全，也限制水位的抬高，使大壩不能正常蓄水，灌溉面積一直受到限制，發揮不了應有的效益。根據建設、運行情況和實地查勘，該水庫工程目前存在的問題主要有:粘土斜墻由于不均勻沉降出現過開裂，壩體滲漏；主壩基礎漏水；大壩右壩肩繞壩滲漏嚴重；溢洪道底板和尾端水毀嚴重，排水失效。以上險情中，滲漏為重中之重，特別是主壩壩體、壩基、壩肩均有滲漏，水庫樞紐加固除險的核心是防滲和抗滲。

2 壩體防滲技術方案確立

2.1 通過室內外土工試驗，系統研究壓實粘土的抗拉特性。

2.2 結合有限元計算分析，研究不同細粒含量心墻土料可能的破壞型式，發生破壞的條件及其影響因素等，對防滲土料發生水力劈裂或滲透破壞的內在機制進行研究和分析。

2.3 采用大型土工離心機模型試驗等物理模擬手段，模擬高土石壩的施工和蓄水條件，研究心墻水力劈裂及壩體裂縫產生、發展的機理，探索高土石壩抗裂防滲的工程措施。

2.4 對心墻堆石壩的計算分析方法和程序進行完善，發展三維有限元仿真算法，提高心墻水力劈裂可能性和裂縫發生預測分析的可靠性。

2.5 在以上研究分析的基礎上，配合現場勘探資料和觀測結果，提供系統的加固處理設計方案，并指導實施。

3 壩體防滲設計實施

隨著壩工建設的發展，新的土石壩防滲加固技術不斷出現。壩體防滲處理技術主要包括:機械造槽法混凝土防滲墻技術、高壓噴射灌漿防滲技術、劈裂帷幕灌漿技術、振動沉模防滲板墻技術、土工膜防滲技術、套孔沖抓法防滲墻技術和倒掛井法防滲墻技術等等。而振動沉模防滲板墻技術造墻深度目前只能達到20m左右；土工膜防滲技術采用的土工膜容易破裂、脆裂和老化，可靠程度較低；套孔沖抓法防滲墻技術主要適用水上施工，對水下或浸潤線以下施工比較困難，對填筑比較松散的壩體容易塌孔，下孔檢查安全性差；倒掛井法安全性差，工期長，且需庫水位降低。因此，對于土壩防滲處理技術，目前國內采用較多且技術比較成熟的主要有:機械造槽法混凝土防滲墻技術、高壓噴射灌漿防滲技術和劈裂帷幕灌漿技術。但劈裂帷幕灌漿技術適用于壩高較低，土壩壩體疏松或存在裂縫、涸濕、漏水及滲透變形等問題，由于本壩壩高較高，劈裂灌漿處理不適合。

3.1 混凝土防滲墻技術和高壓噴射灌漿防滲技術可在壩體內形成一道滲透系數可達10-6～10-7cm/s的防滲體，本工程主要對此兩種方案進行比較兩方案均具可操作性，施工技術均較為成熟、安全、可靠，工程經驗較豐富。從投資方面看，方兩方案投資相差較小。但就本工程而言，根據大壩鉆孔資料，175-185m高程區段粗粒徑含量明顯大于上、下相臨區段，壩體中粒徑8～20cm含量為10-30%。采用高噴技術施工要求較高，施工質量較難控制，防滲效果較難達到預期效果。參考目前國內外土壩防滲處理經驗，采用混凝土防滲墻防滲的土壩，多數工程運行效果較為理想。因此，壩體采用混凝土防滲墻防滲，對于壩基采用帷幕灌漿相結合的方案。

3.2 復合土工膜設計。復合土工膜的鋪設范圍是主壩死水位以上的全部上游面及周邊3m范圍內。具體為主壩軸線180m外的左右各3m，共186m；起始高程270.00m，頂部達到壩頂310.00m高程。

某水庫校核洪水位308.70m，鋪膜最低水位270.00m，土工膜工作水頭較高，達38.70m。根據規范SL210－98要求，本工程選用PE材料的二布一膜型復合土工膜。參照類似工程，依據廠家試驗資料和數據選用對應厚度的材料。設計選用的復合土工膜特性為:PE膜厚度為0.5mm（可大于0.5mm），總厚度不小于1.5mm。參數為:450g/0.5PE/450g。復合土工膜的滲透系數至少為1×10-11～1×10-12cm/s。完全滿足要求。根據規范要求，進行抗滑計算。

復合土工膜與壩坡整平層的抗滑穩定經計算，施工期抗滑系數:K＝1.6>1.4，水位降落期K＝1.26>1，均滿足要求。蓄水后水壓力通過土工膜對下墊層產生很大壓力，抗滑安全系數必定很大，能夠滿足要求，不做計算。復合土工膜與保護層的抗滑穩定保護層的底層為沙壤土，根據相關資料，采用無紡布與碎石土的摩擦系數:干-摩擦角30.4°，濕-28.9°。施工期:K＝2.04；蓄水期:K=2.45；水位降落期:K＝1.8>1.4，滿足要求。

3.3 土壩劈裂灌漿技術是提高壩體防滲能力和改善土壩應力狀況的一種加固壩體的技術措施。其技術要點為:

3.3.1 運用壩體應力分布規律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿軸線方向劈裂，同時，灌注合適的泥漿，形成垂直的防滲泥墻，并堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力。劈裂灌漿的布孔，應按槽段等不同部位分別布孔設計。在河槽段，一般沿壩軸線單排布孔，如果壩體普遍碾壓質量不好時，可雙排或3排布孔。在岸坡段和彎曲段，應適當縮小孔距，并應進行布孔設計，確定灌漿方法。

3.3.2 造孔深度應較隱患部位增加2～3米，泥墻的設計厚度一般可采用5～20厘米，應根據土壩土質、壩高情況等合理確定。泥墻的設計容量，可根據不同的土壩，不同的灌漿方法和漿液中粘粒含量多少提出要求，灌漿一年后應為1.4～1.6噸/立方米。為加速漿液凝固和提高后期強度，可摻入適量水泥，水泥摻量可為15%左右，必要時通過試驗確定。

3.3.3 灌漿允許壓力應經計算和現場試驗確定。灌漿應采用孔底注漿全孔灌注和分序灌注。該技術適用于壩高50米以內的均質壩和寬心墻壩。對于壩高50米以上的均質壩和寬心墻壩以及窄心墻壩要經過充分論證后確定。

結語

水庫根據水庫實際工程地質條件，通過方案比較，壩體采取塑性砼防滲墻防滲處理措施，取得較好的防滲效果，可為其他工程建設提供經驗和設計參考。在該水庫防滲加固任務中，除了引用復合土工膜設計和混凝土防滲墻技術和高壓噴射灌漿防滲技術外，在細節上通過引進水泥土攪拌樁防滲墻技術工藝和設備，用水泥漿做固化劑，用VC折行截滲樁機將水泥漿噴入土層，使水泥、土體和水硬結成為具有良好的整體性、穩定性、不透水性，并具有一定強度的水泥土防滲墻，從而起到土基庫壩體的防滲作用，采用3-5組的水泥土攪拌樁機實施防滲墻技術較為適合該水庫的防滲處理。

[1]楊志波，姜彩霞，孟佳寧.截滲墻在干渠堤段除險加固中的作用[J].水利科技與經濟，2007（04）.

[2]李國齊，趙厥瑞.劈裂灌漿法在處理土壩裂縫中的應用[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2003（03）.