垅頭水庫大壩防滲加固方案選擇分析

□ 林文鋒（福建省安溪縣水利局）

1 水庫概況

垅頭水庫位于安溪縣城廂鎮墩坂村，屬晉江西溪英溪支流，水庫大壩工程于1955年9月動工興建，1959年10月建成。水庫壩址以上流域面積0.84 km2，總庫容34.40萬m3。是一座以灌溉為主，結合養殖等綜合效益的小（2）型水庫。大壩壩型為均質土壩，最大壩高為10.50m，壩頂長137.00m，壩頂寬9.00m。

2 大壩滲漏問題及原因分析

2.1 存在問題

2012年4月，經安溪縣水利局組織的有關專家鑒定，垅頭水庫大壩為三類壩，壩體存在滲漏問題。根據鉆孔注水試驗及室內滲透試驗統計成果分析，壩體填筑土具弱～中透水性，其滲漏部位主要集中在壩體中部標高19.50～25.00m處，結合現場勘查資料，迎水坡混凝土面板局部破損，背水坡中部過壩渠道高程以下大面積濕坡，有多處集中滲水，且隨水位升高而增大，需進行壩體防滲處理。

2.2 原因分析

2.2.1 歷史原因

工程建設時期處于“大躍進”階段，工程建設存在邊勘測、邊設計、邊施工，施工階段停停續續，造成了一些工程質量問題，工程建設嚴重存在先天不足。

2.2.2 地質原因

填筑土室內垂直滲透試驗和水平滲透試驗顯示，垂直滲透系數為3.66×10-5 cm/s～3.02×10-4 cm/s，平均值為K＝9.15×10-5cm/s；水平滲透系數為 3.65×10-5 cm/s～5.12×10-4cm/s，平均值為K＝1.77×10-4cm/s。同時在現場對壩身填筑土進行注水試驗，壓水試驗在弱風化巖進行，結果表明：填筑土滲透系數為2.18×10-5～5.39×10-4 cm/s，滲透系數算術平均值為K=5.77×10-5cm/s；殘積砂質粘性土滲透系數為3.62×10-5～5.09×10-5cm/s，滲透系數算術平均值為K=5.09×10-5cm/s；強風化英安質晶屑凝灰熔巖滲透系數為3.15×10-4～5.78×10-4cm/s，滲透系數平均值為K=4.83×10-4cm/s；弱風化英安質晶屑凝灰熔巖呂榮值2.70～3.15 Lu,平均值為2.92 Lu，呂榮值＜10 Lu。上述試驗表明填筑土屬弱～中等透水層，滲透系數低于規范的規定。

壩體填筑土為粉砂質粘性土，為可塑狀，干密度ρd值為1.50～1.71 g/cm3，為室內擊實試驗（輕型）成果值的90.90%～100%，壓實度大部分偏低，低于規范要求。

2.2.3 滲流原因

垅頭水庫大壩為均質土壩，滲流計算采用的滲透系數是根據大壩鉆探的試驗值選用的，滲透系數為3.95×10-4cm/s。計算斷面選用大壩最大斷面進行計算，按水電部天津勘測設計院編寫的“土壩滲流計算程序”計算。

通過土壩滲流的分析，土壩段實際的水力坡降在2.36×10-1～2.76×10-1之間，均小于計算的[J允]=0.66，能夠滿足設計要求；但從現場檢查及日常管理情況來看，大壩背水坡中部過壩渠道高程以下大面積濕坡，有多處集中滲水，且隨水位升高而增大；大壩周圍存在白蟻活動的痕跡，形成滲水通道，實際滲流量遠比計算值大，在造成水資源損失同時，不利于大壩安全。

3 大壩加固方案選擇

針對垅頭水庫大壩存在的問題，根據大壩滲漏原因分析，并結合以往類似工程的實踐經驗，大壩防滲處理初始擬定兩種方案：

方案一：死水位以下部位采用高壓旋噴樁、以上上游面鋪設土工膜防滲

壩體迎水坡死水位以上水庫水位經常降落（高程23.40m以上），采用復合土工膜防滲，并在復合土工膜面設濾層及護面結構；壩體死水位以下(高程23.40m以下)，采用垂直防滲墻進行防滲，垂直防滲采用單管高壓旋噴樁固結填料形成防滲體。

垂直防滲墻：高壓旋噴樁樁徑為600mm，孔距500mm，按單排布孔，孔深應穿過所有填土料層至基礎面以下0.50m。平均孔深為2.90m，旋噴樁總長度270m。

上游坡上部防滲及護面結構：上游壩坡上部(高程22.40m以上)防滲采用復合土工膜防滲，拆除現有壩坡塊石護面結構，平整壓實壩坡，然后鋪設復合土工膜（600 g/m2）。護面結構為干砌塊石，先在復合土工膜上鋪砂、碎石各100mm厚，壓實作為墊層，再在碎石墊層上鋪干砌塊石250mm厚，以防止水位驟降和風浪淘刷及水庫漂浮物的撞擊破壞。方案一工程投資71.02萬元。

方案二：全壩段高壓單管旋噴樁防滲結合巖基帷幕灌漿防滲

地基灌漿帷幕頂部與壩體連接，底部深入相對不透水巖層一定深度，以阻止或減少地基中地下水的滲透；與位于其下游的排水系統共同作用，還可降低滲透水流對壩體的揚壓力。

高壓旋噴樁是高壓噴射注漿法地基處理中的一種，就是利用鉆機、注漿管、高壓泥漿泵等裝置，把水泥漿液形成高速噴射流束噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，同時鉆桿使土體與水泥漿充分攪拌混合凝固，形成樁柱或板墻狀的凝結體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術。旋噴樁的特點是：可提高地基的抗剪強度；能利用小直徑鉆孔旋噴成大直徑固結體；施工特點是噪聲低，振動小；可用于任何軟弱土層，并可控制加固范圍；設備較簡單、輕便，機械化程度高，更人性化。

此方案沿壩軸線全壩段采用單管高壓旋噴樁，樁徑為600mm，孔距500mm，按單排布孔，旋噴樁頂高程30.50m，樁底高程應穿過所有填料層至基礎面以下0.50m，河床部分最大孔深為11.00m，旋噴樁總長度3407.00m。該方案投資98.64萬元。

4 方案比較

方案一防滲效果能滿足要求，造價適中，但對土工膜的整體性要求較高，壩坡較陡，死水位處沒有平臺，施工機械進場比較困難；方案二防滲效果好，耐久性強，可靠性高，但造價比較高；由于壩體填筑質量不均勻，方案二對大壩防滲處理的質量更有保證。綜合考慮投資、工藝、質量、使用年限及壩體實際滲漏情況，推薦方案二為壩體防滲加固方案。

5 工程施工

工程施工安排在枯水期，工期5個月。本次防滲加固工程需要天然建筑材料主要為條石塊、土料及砂粗骨料。原料來源：石料場：工程區一定范圍內沒有可供開采利用的石料場分布，附近有簡易公路通至大壩區，運輸較方便；砂礫石料場：工程區一定范圍內沒有可供開采利用的天然砂礫石料場分布，工程建設所需的混凝土粗、細骨料建議外購；土料場：位于水庫大壩右岸，距大壩500m，分布于山丘表部及低緩的坡腳，土料為坡積粘性土，含砂量約15%，以粘性土為主，有用儲量約0.50萬m3，開采及運輸方便。

按照設計，在壩頂軸線上設置兩排布孔。第一排布孔，孔距500mm，樁徑600m，軸線總長123.50m；高壓旋噴樁底部高程12.00m,頂部高程30.30m,孔深穿過填料層至基礎面以下0.50m，最大孔深18.30m。第一排高壓旋噴樁總長3407.00m。第二排布孔，孔距500mm，樁徑600mm，軸線總長70.00m；高壓旋噴樁底部高程12.00m,頂部高程18.30m,最大孔深6.30m。第二排高壓旋噴樁總長849.30m。

施工具體操作過程：壩體防滲體高壓旋噴樁施工采用100型地質鉆機造孔，灌漿采用中壓灌漿，灌漿壓力≥25MPa，注漿的主要材料為水泥，采用標號42.5及以上的普通硅酸鹽水泥，通過單管高壓旋噴樁固結填料形成的防滲體，達到大壩壩體防滲的效果。鉆孔至設計高程后，即將旋噴管插至孔底，邊噴漿邊旋轉提升，形成由水泥、砂或土形成的固結樁體。

考慮到施工對環境的影響較大，且主要發生在施工期，應做到施工過程中嚴格控制廢水的排放，避免下游水質遭受污染；注意施工人員勞動保護工作；工程完工后，及時清理施工跡地，盡快開展復土、平整、植被恢復工作；做好棄渣場的坡面平整、壓實，及時種草植樹，減少水土流失。

6 結語

目前大壩防滲加固方法較多，各類方案各有其特點和適用條件。在垅頭水庫大壩防滲加固中根據其存在的問題初步擬定兩種解決方案，雖然方案一較方案二經濟，但考慮到工程質量及施工難度等方面，方案二較優，推薦采用方案二。垅頭水庫防滲加固的施工方案選擇與普通工程有所差別，此現象可供類似工程借鑒，便于方案選擇。