北川開茂水庫主壩填筑施工采取的反滲排水措施

黃　芬，　張　奇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

北川開茂水庫主壩填筑施工采取的反滲排水措施

黃芬，張奇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：北川開茂水庫主壩(面板堆石壩)填筑施工期間，由于趾板建基面遠(yuǎn)低于上、下游高程，壩體內(nèi)存在反向滲水問題。在施工過程中，采取在壩體內(nèi)設(shè)置自流式反向排水系統(tǒng)自由排水至趾板上游集水坑，然后抽排至基坑以外的措施，有效地解決了壩體內(nèi)水流產(chǎn)生反向水壓的問題，避免了其對主壩填筑質(zhì)量造成不良影響。

關(guān)鍵詞：面板堆石壩；反滲排水；碎石盲溝；排水管；開茂水庫

1概述

北川開茂水庫位于涪江安昌河左岸一級支流何家溝上，壩址距北川新縣城約4km，總庫容 為

2 453萬m3，是一座以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主，兼顧農(nóng)村人畜供水等綜合利用的中型水利工程。

主壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程為612m，河床堆石區(qū)最低建基面高程556m，最大壩高56m，壩頂寬6m，壩軸線長約357.35m，壩頂設(shè)防浪墻。上游壩坡為1∶1.4，下游壩坡為1∶1.4，下游壩坡在585m高程處設(shè)3m寬的馬道。混凝土面板下設(shè)墊層區(qū)和過渡區(qū)，水平寬度分別為3m、4m。大壩分區(qū)自上游至下游依次為壩體蓋重區(qū)、上游粘土鋪蓋區(qū)、面板、特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、下游堆石區(qū)。主壩填筑典型剖面見圖1。

2反向滲水產(chǎn)生的機理

開茂水庫主壩在壩基開挖和趾板清理結(jié)束后，整個壩基段地勢呈上游低、下游高。主壩趾板最低建基面高程為556m，主壩填筑區(qū)域下游面高程為561m，主壩基坑上下游高差達(dá)5m；加之主壩上游河床高程為574m，下游河床高程為571m，平段趾板建基面及趾板下游20m范圍內(nèi)為整個主壩區(qū)域內(nèi)的最低處，主壩區(qū)域內(nèi)的水流會順著高低走向流動，全部匯集到平段趾板建基面及趾板下游20m范圍內(nèi)，在壩前形成反向水壓力。

3反向滲水的主要來源

(1)開茂水庫所處的北川縣極易降暴雨，多年平均年降水量為1 225.8mm，歷年一日最大降水量為286.6mm。根據(jù)庫區(qū)工程地質(zhì)條件，左右壩坡岸坡坡度為25°～30°，加之主壩基坑的匯水面積大約為0.2km2，因此，大量的降雨極易匯集到主壩基坑形成反向滲水。

(2)在施工過程中，考慮到何家溝枯水期的流量較小且未設(shè)置下游圍堰，下游河床和主壩基坑的高差形成的反向滲水將滲透到壩基內(nèi)；同時，上游圍堰的形成，圍堰防滲體基礎(chǔ)以及堰體本身的滲流導(dǎo)致了壩前反向滲水量的增加。

(3)左右壩坡巖溶均較發(fā)育，巖體均以弱風(fēng)化為主，部分存在強風(fēng)化巖體，局部因夾層使風(fēng)化深度較大，兩岸岸坡的巖體滲水不斷滲流至主壩基坑，在壩前形成反向滲水。

(4)在大壩填筑期間，大量的施工用水也容易形成反向滲水。填筑區(qū)域內(nèi)堆石料的填筑灑水量按5%控制，大量的灑水順地勢匯集至距趾板平段及下游20m范圍內(nèi)，增大了壩前反向滲水量。

4反向滲水的危害

(1)在主壩填筑施工過程中，大量水源聚集于趾板平段下游側(cè)20m范圍內(nèi)，該區(qū)域主要為特殊墊層料、墊層料、過渡料和部分堆石料的填筑，對于特殊墊層料和墊層料，含水量的增加在碾壓的過程中極易形成所謂的“彈簧土”現(xiàn)象，即含水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最優(yōu)含水率而無法壓實，進(jìn)而嚴(yán)重影響主壩的填筑質(zhì)量。另外，針對“彈簧土”所需采取的施工措施，比如挖除換填，不僅耽誤整個施工進(jìn)度，還將增加施工成本。

(2)鑒于面板堆石壩壩料分區(qū)從上游到下游各區(qū)壩料的滲透性是逐漸增大的，如此實施是不能保證來自下游向上游的反向水壓力對墊層料以及后期澆筑面板的破壞。大量的反向滲水造成的反向水壓力一旦增加到墊層坡面無法承受的程度，即超過了墊層料的允許比降，將導(dǎo)致墊層料的滲透破壞，從而進(jìn)一步破壞墊層料的顆粒級配，使墊層料失去其控制滲流的功能。同時，在上游粘土鋪蓋及蓋重未填筑之前，反向水壓力還有可能抬動擠壓邊墻或壓裂面板、破壞止水。一旦面板出現(xiàn)貫穿性的裂縫，將會形成一個滲水通道，庫區(qū)內(nèi)的水將直接滲入到壩體內(nèi)，從而破壞整個壩體的結(jié)構(gòu)，甚至威脅到大壩的安全運行。

因此，必須對填筑施工過程中的反滲問題格外重視。在施工中，必須采取有效的措施，減少和消除反向滲水造成的危害，確保上游壩坡不發(fā)生反向滲透破壞。

5反向滲水的處理方法

5.1岸坡排水

隨著趾板混凝土澆筑施工和大壩的填筑施工，在左右壩肩合適的位置設(shè)置臨時截水溝，用以攔截邊坡地表水，然后沿趾板上游側(cè)從左右壩肩分別開挖排水溝，在趾板上游(壩0+174.64，0-082.34)設(shè)置一個集水坑，集水坑的長寬高均為2m。將兩岸岸坡的匯水及滲水經(jīng)由排水溝引至集水坑，用水泵抽至放空洞。考慮到趾板后期的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿施工所帶來的大量施工用水，在集水坑上修建了一個小型的抽水泵站，以加強其抽排能力。此外，在主壩下游設(shè)置集水坑，用水泵常年抽水。

5.2壩體排水

5.2.1反滲排水管及碎石盲溝

趾板的澆筑采用的是不設(shè)永久縫跳塊澆筑的施工方法，Ⅰ序塊長12～16m，Ⅱ序塊長2m，Ⅱ序塊采用低熱膨脹混凝土，與相鄰兩側(cè)混凝土澆筑間隔時間不少于28d，待Ⅰ序塊溫度和自身體積變形趨于穩(wěn)定后再澆筑Ⅱ序塊。在趾板Ⅱ序塊混凝土澆筑之前，預(yù)埋經(jīng)防腐處理、直徑為110mm的鋼管做為反滲排水管。因趾板平段共設(shè)置了3個Ⅱ序塊，則排水管共3根。鋼管內(nèi)側(cè)采用土工布包裹，用于防止?jié)B水滲流帶走特殊墊層料中的細(xì)顆粒，同時，在趾板內(nèi)側(cè)(0+174.64至0+248.13)設(shè)置碎石盲溝與排水管進(jìn)行銜接。碎石盲溝寬50cm，高20cm。碎石盲溝的施工方法為：人工將土工布鋪入溝槽，鋪入土工布時，溝面須預(yù)留一定卷邊用以包裹碎石填料；此外，土工布之間留有40cm的搭接長度，以保證過濾效果。土工布施工完畢，及時回填特殊墊層料并采用手扶式振動碾分層碾壓。如此實施，反滲排水管和碎石盲溝形成了一個自流式反滲排水系統(tǒng)，將趾板附近的滲水引至上游集水坑。同時，碎石盲溝的設(shè)置，也有效地避免了填筑施工中特殊墊層料和墊層料的“彈簧土”現(xiàn)象。

5.2.2排水體

為了使壩體的滲水集中、有效地從壩體外排，在施工過程中，采取了在壩體內(nèi)離趾板15m的主堆石區(qū)設(shè)置排水體。排水體的底部座落在基巖上，排水體為圓柱體，直徑為1m，高度為2m，排水體采用卵石填筑。為避免細(xì)料進(jìn)入排水體內(nèi)造成堵塞，排水體外包細(xì)鐵絲網(wǎng)。排水體和主堆石料之間填筑50cm厚的過渡料，在排水體周邊過渡料填筑時，采用手扶式振動碾分層碾壓。在擠壓邊墻上的排水孔和排水體之間埋設(shè)反滲排水管，穿過墊層區(qū)、過渡區(qū)區(qū)域。排水管一端深入排水體，另一端伸出擠壓邊墻，排水管內(nèi)側(cè)采用土工布包裹。如此實施可使壩內(nèi)的滲水流到排水體內(nèi)，通過排水管自由排至趾板、流入上游集水坑，然后被抽排至放空洞。

按照這種方式，Ⅱ序塊中的反滲排水管、碎石盲溝與排水體形成了一個自流式反滲排水系統(tǒng)，將壩前和壩體中的反滲來水成功地進(jìn)行引排。反向排水平面布置情況見圖2，反向排水剖面見圖3。

此外，在施工過程中，完成了兩岸高邊坡的截水溝和排水溝，既保證了邊坡的穩(wěn)定，也有效地減少了壩前的反滲水量。本工程亦采取了先進(jìn)的混凝土擠壓邊墻施工技術(shù)，加強了對墊層料的約束，既保證了墊層料的壓實密度，也增強了其抗反滲透破壞的能力。

5.2.3排水管封堵

考慮到枯水期反滲水量相對較小，為減小封堵難度，將封堵時間選在枯水期進(jìn)行。混凝土面板澆筑時，沿擠壓邊墻上游面將排水鋼管割斷，在排水管內(nèi)部設(shè)置阻塞器，采用膨脹水泥砂漿(摻水玻璃)進(jìn)行封堵，然后在其表面焊接5mm厚的鋼板。當(dāng)混凝土面板澆筑完成后，將趾板Ⅱ序塊混凝土中的排水管封堵。封堵方法為：采用膨脹水泥砂漿(摻水玻璃)進(jìn)行封堵，管口用5mm厚的鋼板焊接，并在管口位置澆筑混凝土墩予以保護(hù)。當(dāng)所有的排水管封堵完畢，及時進(jìn)行上游粘土鋪蓋的填筑，并通過壩體滲壓計的觀測，適時加快粘土鋪蓋的填筑速度以平衡反滲水壓力。

6結(jié)語

開茂水庫主壩修建在深厚的河床覆蓋層上，存在反向滲水的問題，嚴(yán)重影響到壩體的填筑施工以及后期的面板澆筑。在開茂水庫主壩填筑施工中，采取自流式反向排水系統(tǒng)，成功地解決了壩體反向滲水的問題，有效地保護(hù)了特殊墊層料和后期澆筑面板的穩(wěn)定。開茂水庫主壩已填至573m高程，四根排水管均有水流流出，充分說明所采取的措施已達(dá)到大壩滲水外排的目的。

黃芬(1971-)，女，四川大竹人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張奇(1990-)，男，湖北長陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0061-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV52;TV561

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