揚州市小型水庫除險加固中大壩防滲處理設計探索

索真真，于寬畏，嚴 峻

(1.揚州市勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225007; 2.儀征市水務局，江蘇 儀征 211400)

揚州市小型水庫除險加固中大壩防滲處理設計探索

索真真1，于寬畏1，嚴 峻2

(1.揚州市勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225007; 2.儀征市水務局，江蘇 儀征 211400)

揚州市中小型水庫均為勻質土石壩，其除險加固的重點與難點在于壩身的防滲加固。在水庫除險除險加固中要為每一座水庫大壩的防滲加固采用合適的設計方案，使之合理、經濟。

水庫;土石壩;防滲;方案比選

DO I:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.08.040

1 基本情況

揚州市境內在冊小型水庫共61座，其中長江流域35座，淮河流域26座。在冊小型水庫中小(1)型水庫13座，均分布于儀征市(馬集鎮4座、陳集鎮3座、謝集鎮2座、劉集鎮2座、大儀鎮1座、青山鎮1座);小(2)型水庫48座，分布在儀征市33座(謝集鎮7座、馬集鎮6座、月塘鎮5座、大儀鎮4座、青山鎮4座、劉集鎮3座、陳集鎮2座、新城鎮1座、真州鎮1座)、邗江區11座(甘泉鎮7座、楊廟鎮3座、槐泗鎮1座)、維揚區2座(西湖鎮)、高郵市2座(青山鎮)。單庫主體建筑物有:均質土壩、灌溉引水涵洞、補水涵洞、溢洪道(閘)等。61座小型水庫總庫容約6378萬m3;總興利庫容2468萬 m3;總調洪庫容4008萬 m3;總集水面積 251km2，占揚州市丘陵山區面積1086km2的23.1%;總灌溉面積18.1萬畝，占揚州市丘陵山區灌溉面積78萬畝的23.2%;總保護面積93km2;揚州市境內有中型水庫一座，為月塘水庫，位于儀征市西郊丘陵山區，集水面積35.5km2，總庫容1549萬 m3，設計灌溉面積3.2萬畝。

水庫在防洪安全、農業灌溉、水生態環境改善、水資源供應、水景觀提升等方面均發揮了重要的作用，目前隨著國家新一輪中小型水庫除險加固工程的實施完成，水庫的防洪保安能力、蓄水灌溉能力、水庫整體環境等均大大改善，外貌煥然一新。

揚州市中小型水庫均為碾壓式土石壩結構，初建于上世紀五六十年代，多年運行后水庫均存在較多的安全隱患。自2004年以來，筆者全過程參與揚州市水庫安全鑒定以及后續除險加固設計，在省、市各級專家指導下，結合水庫實際情況，對不同水庫采取了不同的大壩防滲處理措施，并進行了總結歸納。

2 水庫大壩防滲加固要點

水庫的除險加固是一項利國利民的措施，可充分發揮水庫的各種功效，促進國民經濟發展和人民生活水平的提高。因此，實施水庫除險加固工程是非常必要和迫切的。

提高水庫防洪標準主要內容包括加高培厚大壩、翻擴建、增建溢洪道、修建灌溉涵洞、對水庫采取防滲、導流排水等措施。其中解決好防滲問題是提高水庫工程質量的重點及難點。

揚州市水庫大多建設年代久遠，初建時的工程建設水平普遍低下，此類土石壩的最大隱患是壩體填筑質量達不到設計要求，壩身、壩基存在空隙等。因此提高壩體和壩基密實度是解決此類水庫防滲安全問題的首要課題。就揚州市勻質土石壩的防滲而言，主要除險加固原則如下。

(1)控制土石壩壩體及壩基滲流滲徑、滲流坡降、滲水量等，使其均滿足規范要求;

(2)根據水庫的防滲加固原理，壩體防滲措施主要是“前堵、中截、后排”，而壩基為“前延、中截、后壓排”，防滲加固總體要遵循上述原則，采取的防滲措施一般要建設在水庫的上游位置。

(3)地質條件差、初建情況施工質量差、現狀條件復雜的水庫大壩，采用單一的技術措施往往難以奏效，即使勉強采用安全系數較高的加固方案也不經濟，應應地制宜的采用多種防滲方法結合的措施，結合起來使用從而發揮各自優勢;

(4)根據水庫的建設特點，水庫的施工一般應在一個枯水期建設完成，避免對水庫的蓄水、灌溉、防洪造成不必要的影響，影響水庫效益的發揮。

3 水庫大壩防滲加固措施方案介紹

土石壩防滲加固措施一般可分為垂直防滲與水平防滲兩大類。就揚州地區平原、小型丘陵地區水庫的特點，垂直防滲是較為常見的防滲措施。該措施相對水平防滲措施，截流效果更顯著，施工更為方便。下面就揚州市水庫加固過程中常用的幾種垂直防滲措施進行詳述。

3.1 劈裂灌漿

劈裂灌漿在揚州水庫除險加固中有著較為悠久的歷史，也是本地區使用最為廣泛的防滲處理措施。該方法是利用灌漿壓力的作用，將壩體有控制的劈開，使漿液在壩體內形成一個連續的漿體防滲帷幕，同時通過漿液對水庫壩體的擠壓、充填、固結作用，可以調整水庫土石壩內部的應力分布狀態，提高局部土區的應力，從而做到恢復壩體的應力平衡，滿足防滲功能的同時也可對大壩穩定起到一定作用。

受限于水庫初建時的建設水平，本地區水庫普遍存在壓實不到位、壩體填筑質量較差、滲透系數較大、壩后滲透管涌嚴重等問題。設計時根據劈裂灌漿的基本原理和當地多年水庫加固的實踐經驗，制定了灌漿設計方案，主要是要解決壩體、壩基的滲流存在問題，灌漿一般采用粘土漿。就灌漿孔而言，局部為達到預期效果，適當增加灌漿孔的密度及深度，對壩體內部的空隙位置、壓實不足位置需進行灌漿封閉，一般要求泥墻施工后厚度達到5～20cm左右。

漿液的選擇是保證工程加固質量、設計方案經濟合理的重要因素，漿液的選擇直接影響著漿液的成墻效果、固結速率、墻體強度等。應根據粘土實際情況，進行必要的試驗確定合適的水泥摻入量，根據本地區土質特性，一般水泥摻入量在10%～20%之間較為合適，同時為提高泥漿流動性也可摻入少量的水玻璃，最終漿液比重控制在1.4～1.65左右為宜。

3.2 壓密灌漿

壓密灌漿是在水庫的上部利用較高的壓力向壩體內部灌入一定濃度的水泥漿或其他漿液，使壩體內部密實從而起到防滲效果的一種措施。施工時先采用鉆孔機械，將注漿管施工到預定高程，然后用高壓泥漿泵將漿液通過噴嘴噴射出來，對壩體內部進行沖擊，使土粒在噴射漿液的沖擊力作用下，與漿液形成攪拌融合，并按一定的質量大小和漿土比例重新排列。待漿液凝固后，土內就形成一定形狀的密實固結體。

壓密灌漿開始時漿液一般直接填充較大的空隙，充填完成后在壓力的作用下滲入較小土體孔隙。壓力作用下土層孔隙水壓力升高并擠壓周圍土體，土體內部會出現剪切裂縫，漿液隨著裂縫進行擴散充填，形成漿脈，最終使得土體內部形成密實的網狀骨架結構。

本措施漿脈在形成過程中占據了土體中一部分空間，加上土層內大小孔隙均被漿液所滲透，構成了新的土體、漿脈復合地基，改善了土體的強度和防滲性能，同時也改變了土體物理力學性質，起到密實土體的作用。該法尤其適用于壩體局部存在較大孔洞、或因為白蟻危害等外力原因破壞形成的孔洞。

3.3 深層攪拌連續墻

深層攪拌法是利用水泥等材料作為固化劑的主劑，通過專用的深層攪拌機械，在壩基、壩身位置就地將不密實土體和固化劑進行充分攪拌，利用固化劑和軟土之間產生的一系列物理、化學反應，重新組合成具有整體性、穩定性和一定強度的土體，從而起到類似防滲帷幕墻的作用。深層攪拌法有濕法、干法兩種方式，根據多年工程實踐經驗，干法施工時攪拌不均勻，在安全要求較高的工程上，干法施工一般不建議采用，一般以濕法工藝為主。

就本地區水庫除險加固而言，深層攪拌工藝一般采用多頭小直徑攪拌或套打攪拌樁，工程建設完成后可形成一道厚度0.3～0.6m的“帷幕墻”，該法施工簡便且防滲效果較為直接。

3.4 防滲膜加固方式

近年來，土工膜越來越多的被利用于水利工程中，就水庫大壩而言最常見的是垂直鋪設防滲土工膜進行防滲，其基本原理是:首先用泥漿泵沖、挖掘機挖等在需要防滲的位置中垂直開出槽孔，并對其采用泥漿護壁，然后將與槽深相當的土工膜整齊的鋪入槽內，土工膜展開鋪設，相鄰兩幅之間可采用膠接的方式連接，最后進行膜兩側及上部的填土，為保證防滲效果以及保證對防滲膜的保護，在膜頂部回填粘土，厚度不小于1m。上述防滲措施完成后接著回填與原筑壩材料相同的土料，待其沉降穩定后，往槽內繼續填土壓實;待土工膜出槽后，在建筑物位置將其與建筑物的防滲體系連接，使其防滲交圈。與建筑物連接處，土工膜應留有足夠的沉降富余長度，防止建筑物變形時拉斷土工膜。土工膜防滲頂的高程一般高于最高洪水位以上，具體根據水庫的等級及水庫的實際情況按規范要求計算確定。

3.5 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是沿水庫壩身縱向布置的緊密結構防滲體。施工時先在水庫壩身迎水側連續造孔，以泥漿固壁，最后往孔內灌注混凝土而建成的混凝土墻。該垂直防滲處理方案在松散透水結構中最為直接、有效。

防滲墻一般分段建造，可分多個圓孔或多個槽孔澆筑，各段連成一道整墻。墻的兩端與岸邊的防滲設施連接，底部嵌入相對不透水地層中一定深度或滿足防滲滲徑要求。

具體設計時依據水庫大壩的建設情況、工程地質與水文條件情況，結合水庫大壩上建筑物的銜接要求，確定墻軸線位置、選用墻體材料，初步選定墻厚等;然后進行壩身滲流及墻體結構應力計算，最終確定墻厚和墻體與防滲體連接等細部設計。

防滲墻混凝土一般具有較高的強度、較高的抗滲性能、較低的彈性模量，其防滲效果徹底，但成本較高。在本地區實際使用中，考慮性價比、材料性能后，使用最多的是塑性混凝土防滲墻。

4 水庫壩身防滲加固方案的選擇

揚州市水庫數量眾多，各水庫的初建情況、現狀實際存在問題、土層地質條件、施工作業條件等復雜多樣，必須應地制宜的選擇合適的防滲加固措施，目前揚州市所有在冊水庫均已除險加固完成，壩身主要防滲措施施行情況如下表:

表1 揚州市水庫壩身防滲處理措施方案比選表

5 結語

小型碾壓式土石壩結構水庫除險加固的重點和難點在于水庫的壩身防滲處理，應根據各個水庫的具體情況選擇合適的防滲處理方式。揚州市小型水庫除險加固竣工基本已超過五年，在對大壩加固前后滲透情況進行對比后我們發現原設計采取的措施效果較為有效，水庫原先較為普遍的滲水、窨潮現象得到了有效的控制，基本達到設計目的。

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TV697

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1672-2469(2016)08-0126-04

2015-12-17

索真真(1982年—)，女，工程師。