土石壩防滲加固方案對(duì)比分析

劉 姣 袁 芳

（1.陜西省引漢濟(jì)渭工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室 陜西 西安 710032；2.西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710065）

在中小型水庫中，大壩多為土石壩。在過去修建的水庫中，由于年久失修和工程質(zhì)量本身較差，目前多數(shù)大壩都存在不同程度的滲漏問題，有的甚至已威脅到大壩的安全，因此大壩防滲加固是病險(xiǎn)水庫加固的首要任務(wù)。

1 幾種防滲技術(shù)的簡(jiǎn)述

在土石壩防滲加固中，總的原則是“上堵下排”，即上游做好防滲，下游做好排水。上堵措施有垂直防滲和水平防滲，下排措施有背水坡開溝導(dǎo)滲，壩后做反濾透水設(shè)施等。常采用的防滲技術(shù)有灌漿技術(shù)、混凝土防滲墻、鋪設(shè)復(fù)合土工膜和結(jié)合壩后導(dǎo)滲排水等，灌漿又針對(duì)不同的土層、不同的工藝特點(diǎn)分為劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、充填灌漿等。

鋪設(shè)復(fù)合土工膜用于大壩的垂直防滲，主要適用于砂礫石壩基的滲流控制。特點(diǎn)是造價(jià)較低，施工簡(jiǎn)便，防滲材料柔性好，能適應(yīng)壩體變形，耐腐蝕，防滲效果直觀。但防滲效果不徹底，左壩肩滲漏問題未解決，施工前需拆除迎水坡砌石，清除淤泥，工程量較大。

混凝土防滲墻廣泛應(yīng)用于土石壩壩體防滲及各種覆蓋層透水地基的防滲。特點(diǎn)是防滲性能好。

劈裂灌漿適應(yīng)性廣，適用于均質(zhì)壩或心墻壩，存在裂縫、陰濕、漏水，甚至存在滲透變形的壩體。特點(diǎn)是除能夠解決滲漏問題外，還能夠提高壩體干密度、解決壩體裂縫等問題，但施工工藝復(fù)雜，對(duì)施工單位施工水平要求高。

本文以紅花寺水庫大壩防滲加固為例，說明高壓噴射灌漿中的高壓旋噴灌漿、混凝土防滲墻、鋪設(shè)復(fù)核土工膜三種防滲的技術(shù)特點(diǎn)和在土石壩防滲加固中的應(yīng)用。

2 工程概況

紅花寺該水庫是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、防洪等綜合利用功能的小(1)型水庫，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞及壩后電站四部分組成。水庫原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核，水庫原設(shè)計(jì)總庫容383萬m3，有效庫容291.5萬m3。截止2002年底，水庫淤積泥沙約58萬m3。

表1 壩體防滲工程方案比較表

3 大壩概況及存在問題

3.1 大壩概況

大壩為粘土心墻砂殼壩，大壩壩頂高程642.00m，頂寬5.0m，壩頂長159m，最大壩高45.6m。大壩迎水坡比自上而下為1∶2.5～1∶3.5，采用30cm厚干砌石護(hù)面；背水坡為三級(jí)坡，自上而下為1∶2.0～1∶2.5，分別在627.20m和614.70m，高程設(shè)2.0m寬戧臺(tái)。壩下游坡腳設(shè)有排水棱體，排水體頂寬2m，高10m。

原設(shè)計(jì)粘土心墻頂高程為641.00m，低于壩頂1.0m，心墻頂寬5.0m，心墻為梯形斷面，上、下游側(cè)坡比均為1∶0.5。但在施工過程中，由于種種原因，未能達(dá)到設(shè)計(jì)高程，現(xiàn)狀心墻頂部高程僅達(dá)617m～622m，低于壩頂20m～25m。

3.2 存在問題

根據(jù)安全鑒定結(jié)論及現(xiàn)場(chǎng)查勘情況，水庫大壩存在的主要問題是：

（1）經(jīng)過滲透穩(wěn)定復(fù)核，壩體內(nèi)存在著滲透破壞隱患，下游壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足要求。

（2）土壩防滲心墻高度低(低于壩頂20m～25m)，水庫大壩高水位運(yùn)行，存在著運(yùn)行安全隱患。放水洞左側(cè)與壩體間存在接觸滲漏。排水棱體沒有反濾層，危及大壩安全。

4 大壩滲漏問題及其原因分析

水庫大壩存在的主要問題是：大壩背水坡排水體之上，高程604m～610m之間有面狀滲流，2處～3處明顯集中滲漏 (庫水位632.60m，漏水總量為21.4m3/d)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開挖探查，滲漏水來自放水洞左側(cè)洞壁與壩體接觸面，在離放水洞左側(cè)2.2m處，滲水點(diǎn)高程611.69m，高于洞底約1.2m，是放水洞與壩體的接觸滲漏。

5 擬定加固方案

根據(jù)壩體滲流、穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算：現(xiàn)狀情況下，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，但防滲加固后下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。因此，需對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理。

方案一：高壓旋噴垂直防滲方案。沿壩頂修筑高壓旋噴防滲幕墻，防滲墻向兩壩肩各延伸3.0m，軸線長165m。墻頂高程為641.00m。壩體中部伸入現(xiàn)狀粘土心墻內(nèi)2.0m，兩壩肩伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖2m，在壩體內(nèi)形成一道連續(xù)的防滲幕墻，從而解決背水坡集中出滲問題，降低大壩浸潤線，促進(jìn)壩坡穩(wěn)定。

高壓旋噴防滲墻方案施工工序單一，不需要放空水庫，不影響水庫發(fā)揮正常的灌溉和發(fā)電效益。施工受水庫水位影響較小，施工組織簡(jiǎn)單，工期短；并且高噴墻固結(jié)體防滲性能好，滲透系數(shù)可達(dá)10-6cm/s～10-7cm/s，允許滲透坡降J＞50。但該方案為地下隱蔽工程，施工工藝相對(duì)較復(fù)雜，質(zhì)量相對(duì)不容易控制。但近年來，隨著施工技術(shù)的提高，施工質(zhì)量能夠得到保證。工程投資大是其另外一個(gè)局限。

方案二：復(fù)合土工膜斜坡防滲方案。沿上游壩坡由壩頂642.00m至現(xiàn)狀庫底淤積面高程605.00m，鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲。

該方案的主體工程是復(fù)合土工膜的鋪設(shè)、干砌石護(hù)坡的拆除與砌筑、施工導(dǎo)流與排水等，施工工藝簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易控制。缺點(diǎn)是施工工序多，工期長。如干砌石護(hù)坡的拆除、倒運(yùn)、砌筑，并需修筑導(dǎo)流圍堰(5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn))、基坑排水，施工工序繁多，不利于施工布置和施工組織安排，施工風(fēng)險(xiǎn)大，如遇到超過導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的洪水，將造成工程返工。工藝要求高，土工膜之間縱橫向搭接縫，如處理不好，將成為滲漏通道，達(dá)不到防滲目的；需放空水庫，在半年內(nèi)水庫不能發(fā)揮正常的灌溉及發(fā)電效益。

方案三：30cm厚薄壁塑性混凝土防滲墻方案。沿壩頂布設(shè)混凝土防滲墻，設(shè)計(jì)墻厚采用30cm。墻頂高程為642.00m，壩體中部伸入現(xiàn)狀粘土心墻內(nèi)2m，兩壩肩伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖2m。在原導(dǎo)流涵洞兩側(cè)各5m段、高程600.00m～615.00m采用帷幕灌漿處理，在原導(dǎo)流涵洞內(nèi)充填C20細(xì)石混凝土。

塑性混凝土防滲墻方案施工工序單一，不需要放空水庫，不影響水庫發(fā)揮正常的灌溉和發(fā)電效益。施工受水庫水位影響較小，施工組織簡(jiǎn)單，工期短；混凝土墻固結(jié)體防滲性能好，投資小。缺點(diǎn)：該方案為地下隱蔽工程，施工工藝相對(duì)較復(fù)雜，質(zhì)量相對(duì)不容易控制；在礫石土地層中采用薄壁抓斗法施工，不易抓取，工效低、進(jìn)尺慢、斗體易磨損；深度超過30m，抓斗法施工不方便。

6 方案比選

方案比較詳見表1。

考慮到目前國內(nèi)外地下防滲幕墻工程施工技術(shù)、工藝水平的不斷提高，施工質(zhì)量控制已不是制約工程措施的主要因素，可以通過施工招標(biāo)或其它措施進(jìn)行控制，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)綜合比較，推薦采用薄壁混凝土防滲幕墻方案對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理。

7 結(jié)語

土石壩防滲方案的選擇主要考慮適應(yīng)工程地質(zhì)條件，滿足防滲標(biāo)準(zhǔn)，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)等因素，選定的方案應(yīng)在當(dāng)前的技術(shù)水平下有較強(qiáng)的可實(shí)施性。此外，在防滲加固實(shí)施的過程中，應(yīng)把好地質(zhì)勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按規(guī)范要求控制各參數(shù)，確保工程質(zhì)量，徹底解決大壩滲漏問題。

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