小型水庫除險加固中黏土防滲淺析

陳光伸

【摘要】浪水坪水庫在建成以來經歷了多次地震，且在修建期間，因為清基不完全使大壩容易發生不均勻沉陷，先天缺陷加上后天的地震等自然災害，使得水庫出現嚴重的病險情況，本文針對浪水坪水庫的主要病險情況，對小型水庫除險加固進行簡要分析，論述壩基和壩體的防滲處理措施。

【關鍵詞】小型水庫；浪水坪；加固；防滲處理

浪水坪水庫的主要問題在于清基不完全和工程建造期間分段建造造成土料均一性差等問題，使得大壩易發生不均勻沉陷和滲漏，加之該地區多次發生地震等自然災害，加劇了病險程度，使得目前大壩的滲漏現象更為嚴重，對大壩進行除險加固處理已經勢在必行，本文主要針對壩體和壩基的除險加固進行論述，針對壩體主要采取的防滲墻方案，針對壩基采取的是帷幕灌漿方案，以下將對浪水坪水庫的基本情況進行論述，并對壩體和壩基的防滲處理方案進行簡要論述。

一、工程概況及主要問題

浪水坪水庫位于云南省境內，麗江市中部永勝縣內，距縣城公路里程59km。浪水坪水庫的修建始于1970年，歷時10年。浪水坪水庫的主要功能是灌溉，同時兼顧防洪，其設計灌溉面積0.90萬畝，總庫容465萬m3。從規模上看屬于小型水庫，從防洪標準看，其原設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準200年一遇。

浪水坪水庫樞紐由大壩、溢洪道和輸水涵洞組成，其大壩為均質土壩，壩高25m。自大壩建成以來，由于工程建設時的問題和建成后的自然災害（例如麗江地震），導致水庫病險加重，水庫的設計功能無法正常發揮，給當地居民造成一定的威脅。經過考察，其主要問題如下：

首先，是工程建造過程中出現的問題，一是清基不徹底造成軟基現象，使得壩基、壩體及壩下涵管不均勻沉陷；二是在工程建造期間分塊填筑，各區間進度不一，壩面填筑高低不平，土料均一性差，碾壓質量差，壩體密實度差，導致壩體滲漏、繞壩滲漏嚴重，例如在浪水坪順壩軸線長60m一帶產生水平滲漏，同時發現5個地方出現小股管涌；滲流匯集于壩腳，實測滲流量0.006m3/s，順流右岸與左岸高程2500米左右壩體與山坡交接處，發現多處繞壩滲流。大壩未設防浪墻，下游壩坡未設戧臺，上、下游壩面護坡缺損嚴重。下游壩坡未設排水棱體。

其次是由于自然災害所導致的問題，水庫建成后，先后發生地震，給水庫造成了一定的危害，其中以1996年麗江7.0級地震最為嚴重，造成壩體滲漏、繞壩滲流加劇；輸水涵洞地基沉陷，裂縫增寬，滲流量增大；溢洪道邊墻及底板多處開裂。

除此之外，還有溢洪道的淤積問題，水庫庫容小，涵洞斷裂等問題，都使得水庫的病險問題加劇。

二、加固除險中防滲設計

針對水庫的主要病險問題，對浪水坪水庫進行加固出險是當前面臨的主要問題，其中防滲處理是重要內容之一，本文就浪水坪水路加固除險防滲處理進行研究，主要針對的是大壩壩體和壩基進行處理方案研究。

（一）大壩壩體防滲加固處理

在壩體防滲加固處理方面，現有兩個方案，一是壩體充填灌漿，二是防滲墻方案。從施工難度上來看，方案二的施工難度較大；從工程造價上來看，方案二的造價較大，且當地缺少相關原料；但是從最終的防滲效果來看，方案二相比方案一有明顯優勢。考慮到大壩加固除險的效果，最終確定采用黏土混凝土防滲墻方案。

首先考慮到輸水涵洞沉陷和變形滲漏的問題，首先要對補強涵洞進行方案設計，采取的方案是對涵洞外側采用鉆孔灌漿進行補強。設計采用灌漿孔共6個，灌漿孔垂直涵洞軸線采用雙排孔，上、下游孔距壩軸線均為3m布置，孔距2m，單孔深40m，總進尺240m，灌段總長78m，灌漿頂界高于涵洞底板8m，底界低于涵洞底板5m。灌漿材料與相鄰壩基的相同。

其次是進行大壩壩體的防滲墻加固處理方案的具體方法設計，在防滲墻軸線的布置上，選取的位置是在大壩培厚加固后的壩軸線上游2.0m，設計防滲墻的厚度為0.6m，防滲墻底界按進入全風化層0.5m控制，防滲墻工程量為2690m2。防滲墻下接帷幕灌漿，孔距為2m，防滲墻與帷幕灌漿搭接長度為1m，帷幕灌漿底界按進入弱透水層q<10lu5m控制。防滲墻控制指標：抗滲標號為S6，強度為C10，彈性模量在2×104MPa左右，K<1.0×10-7cm/s。

防滲墻施工選用鉆孔成槽，泥漿固壁，直升管法澆筑混凝土。

采用防滲墻方案進行防滲處理，首先需要考慮防滲墻材料的配比和選擇，普通的混凝土彈性當量較大，而適當地加入粘土可以降低混凝土彈性模量，加大混凝土的變形性能，一定程度上可以節約水泥用量，同時可以改善澆筑時的堵管現象，至于粘土的添加含量，需要結合當地粘土的特性進行一定的配比試驗，使混凝土的特性得到最大的改善，在保證強度的前提下，盡可能地降低彈性當量和滲透系數，在配比過程中主要考慮的因素有當地粘土的砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量及塑性指數等。其次是固壁材料的選用，用作固壁材料的膨潤土在當地極為缺乏，需進行外地采購。最后將簡述配置泥漿的具體參數，如下：配置泥漿的粘土粘粒含量應大于40%，塑性指數大于20，含砂量小于5%，二氧化硅和三氧化鋁的比值為3～4。固壁泥漿的粘度應滿足20～25s，膠體率大于97%，失水量小于10mm/min，比重以現場不塌孔為準。

在具體施工操作上，需注意以下幾點，首先泥漿下直升導管法澆筑混凝土時，導管埋入混凝土內的深度在1m到6m之間；其次保證混凝土連續澆筑，最多中斷時間不超過40min；對于槽孔內的混凝土要保證上升的高度的穩定性和一定的上升速度，上升高度的差值要保持在0.5m以內，速度要保證大于2m/h；最后需要注意的是在澆筑過程中應預埋Ф127mm灌漿管。

（二）大壩壩基防滲加固處理

對浪水坪水庫壩基地層進行考查，確定其地層巖性為中厚層狀頁巖、砂巖互層，對其進行鉆孔壓水試驗表明壩基地層透水率為q=3.31～5.91Lu，可以分析浪水坪水庫的壩基為弱透水層，滲漏量較小，目前主要存在的問題是在大壩建設時，未能完全清除壩基中的強風化層，因此壩基地層發生不均勻沉陷，從而對大壩的安全造成一定的影響。其次對大壩壩肩進行考查，發現其地層與壩基相同，同樣為弱透水率，符合規定要求，主要問題仍然是巖體的軟弱層發生風化，導致不均勻沉陷，因此需要及時對壩基作加固處理。

在對壩基進行防滲處理采用的方法是帷幕灌漿，帷幕灌漿孔布置在加固后壩軸線上游1.0m，初擬孔距為2m，單排布置。壩基段頂界為2593.44m，底界以進入基巖透水率小于10lu5m控制。左岸邊界根據地下水位線與水庫正常水位線交點確定左壩肩帷幕灌漿邊界，經分析，帷幕向左岸延伸20m。右岸邊界以地下水位線與水庫正常水位線交點確定，并考慮進入基巖透水率小于10lu控制帷幕灌漿邊界，經分析，帷幕向右岸延伸7m。

其次是對帷幕結構進行計算，經計算得到，帷幕厚度為1.2m；滲徑長度為幕前50m，幕后39m，幕體當量厚度為120m；對水頭進行計算得，幕前水頭為228m，幕后水頭為5.6m；根據水頭的數據計算得幕體水力坡降小于15，符合相關要求。對計算數據進行分析可知，設定2m孔距單排布置能夠滿足要求，其具體帷幕灌漿的設計參數的最終確定要通過灌漿試驗的結果來進行調整。

最后將簡述帷幕灌漿的主要環節，首先在材料選擇上，采用的是普通硅酸鹽水泥漿液，在設備的選用上，采用的是150型地質回轉式鉆機垂直鉆孔；整個灌漿過程針對水庫的規模和特點，選擇對其進行分段灌漿，第一段為基巖下2m，第二段3m，第三段5m；灌漿方法選擇的是自上而下分段循環灌漿法。灌漿結束后，需要對其進行壓水試驗。

三、總結

通過對浪水坪病險情況的分析，本文對浪水坪水庫的壩體和壩基的防滲加固處理進行論述，最終確定的防滲方案為壩體采用黏土混凝土防滲墻，壩基采用帷幕灌漿的方式。

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作者簡介：姓名：陳光坤，1975年11月出生，性別：男，民族：漢族，籍貫：云南省曲靖市，單位：云南省水利水電學校，職務：無，職稱：講師，學歷：本科，研究方向：水利水電工程方向。