大石橋水庫大壩滲漏成因及加固措施

（信陽市水利勘測設計院）

大石橋水庫大壩滲漏成因及加固措施

□王冰

（信陽市水利勘測設計院）

大石橋水庫庫興建于動亂年代的特殊時期，大壩填筑質量差，又經過多年運行，大壩壩體、壩基滲漏嚴重，已危及水庫安全。文章詳細分析了大壩滲漏的原因，并制定了針對性的加固處理措施，即采用塑性混凝土防滲墻結合帷幕灌漿對壩體、壩基進行了防滲處理，有效的解決了大壩滲漏問題，使水庫的防洪效益得以正常發揮，具有一定的推廣價值。

水庫大壩；滲漏成因；加固措施

1 工程概況

大石橋水庫位于商城縣觀廟鄉柳大灣村大石橋村民組，大壩座落在淮河右支白露河支流萬象河上。是一座以防洪、灌溉為主，結合水產養殖、發電等綜合利用的中型水庫。水庫于1970年11月動工興建，1973年12月建成，控制流域面積7.40 km2（流域外的鮑樓小（1）型水庫洪水由溢洪道泄到本水庫，控制流域面積3.20 km2）。防洪標準采用50 a一遇洪水設計，1 000 a一遇洪水校核，總庫容1 172萬m3。主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水洞等。

大壩為粘土心墻砂殼壩，壩頂長200 m，壩頂高程128.14 m，最大壩高27.14 m，壩頂寬5 m，心墻頂部高程127 m，頂寬1 m，上、下游坡比均為1∶0.50，心墻下設有截滲槽，并在上游側壩基表層鋪筑有粘土鋪蓋，鋪蓋厚1～1.90 m。大壩上游坡122.14、112 m高程分別設有1.80、2 m寬平臺一道；下游坡121.85、112.35 m高程分別設有2.20、2 m寬平臺一道。大壩坡率：上游坡1∶2.05～1∶2.50、下游坡1∶1.78～1∶2.25。大壩上游坡為0.40 m厚的干砌石護坡；下游坡為草皮護坡，設有縱、橫向排水溝，壩腳處設有堆石排水棱體，壩后設有2 m厚的壓滲平臺。

2 壩址區工程地質

壩址區內地層從上至下共分為五層：第①層，風化砂代替料：褐黃色、黃色，顆粒組成從壩頂向下以風化砂石為主，粘性土含量較少，填筑較松散～稍密；第②層：填土（心墻）：填筑中實，土呈可塑狀，物質組成以低液限粘土為主，含少量低液限粉土，厚度在2.40～28.10 m之間；第③層：填土（心墻）：填筑稍密，土呈可塑狀，含較多風化砂代替料，結構中密，呈透鏡體狀分布，厚度在0.70～4.70 m之間；第④層：片巖（強風化）：褐黃色，巖石呈強風化狀態，干鉆不易，清水鉆進較快，但取不到巖芯，該層厚度6～8.30 m不等，承載力特征值fak= 300 kPa；第⑤層：片巖（中風化）：褐黃色、青灰色，裂隙發育，巖石硬度較高，勘察揭示最大厚度2.70 m，承載力特征值fak= 500 kPa。

3 大壩存在的滲漏問題

3.1 壩基滲漏

在壓滲平臺后可見多處滲漏點，壓滲平臺后可見一股明流。滲水量隨庫水位增減而變化，當庫水位達到123 m時，壩基呈帶狀滲水，滲水量高達0.81 L/s；當庫水位下降至118 m時，滲水量為0.52 L/s。

3.2 壩體滲漏

壩體滲漏嚴重，當庫水位達到122 m時，在下游坡高程104.80 m附近可見明顯的滲水明流現象。

4 滲漏原因分析

4.1 壩基裂隙發育

壩基表層為強風化片巖，裂隙較發育，該層厚度6～8.30 m不等，往下漸變為中風化片巖，巖石較為新鮮完整。經鉆孔壓水試驗，強風化片巖透水率4＜q＜11Lu，為弱～中等透水，造成壩基滲漏。

4.2 壩體心墻填筑土料不滿足要求

大壩心墻填土以低液限粘土為主，為就近采取的河床兩岸階地表層坡積、沖積形成的低液限粘土、低液限粉土，局部含有有機質及尚未腐爛的草根等，不滿足筑壩要求。

4.3 壩體填筑質量差

勘探共取壩體原狀土樣17組，進行了常規試驗與擊實試驗，按規范要求，中型水庫設計壓實度為0.96，由擊實試驗成果筑壩干密度設計值應為1.65 g/cm3。原狀土樣常規試驗干密度結果表明：干密度最小值為1.50 g/cm3，最大值為1.67 g/cm3，平均值1.58 g/cm3。其中干密度＞1.65 g/cm3的1組，填筑質量合格率僅達6%，尤其在樁號0+051～0+105之間高程115.10～120.30m段，以低液限粉土為主含風化砂的心墻填筑碾壓質量差，結構較疏松，滲水較嚴重，滲透系數為4.27×10-5～3.15×10-4cm/s，滲透級別為弱～中等透水。

5 加固措施

5.1 方案比選

具體內容見表1。

表1看出，方案b投資較省，但整體強度低、持久性差；方案a處理壩體滲流徹底，防滲效果好，但造價較高。為從根本上解決壩體滲漏問題，本設計采用方案a，即塑性混凝土防滲墻。

表1 壩體滲漏處理方案比較表

5.2 壩體防滲工程措施

5.2.1 工程布置

防滲墻中心線位于心墻軸線處，防滲墻底部深入壩基1 m，頂部高程127 m，最大深度32 m。

5.2.2 防滲墻技術參數

①塑性混凝土的密度：2～2.20 t/m3；②無側限抗壓強度：1.50～5 MPa；③抗拉強度：抗壓強度的1/7～1/12；④抗剪強度：c=0.20～0.30 MPa，Ф≥30。；⑤變形模量：100～600 MPa；⑥滲透系數：n×10-6～10-8cm/s；⑦破壞滲透比降：不小于300；⑧抗滲標號：W6～W8；⑨破壞應變：無側限時為0.33%～0.70%。強度齡期采用90 d。

5.2.3 防滲墻厚度

根據防滲墻破壞時的水力坡降確定墻體厚度（d），見公式（1）。

式中：ΔHmax—作用在防滲墻上的最大水頭差（m）；K—抗滲坡降安全系數，一般取3～5；Jmax—防滲墻滲透破壞坡降，取300。

通過計算δ=0.42～0.47 m之間，防滲墻墻體厚度確定為0.50 m。

5.2.4 塑性混凝土防滲墻配合比設計

5.2.4.1 塑性混凝土防滲墻設計指標

參考國內已建工程經驗，結合本工程的實際情況，該工程塑性混凝土防滲墻設計指標為：①塑性混凝土的密度：2～2.20 t/m3；②無側限抗壓強度：1.50～5.00 MPa；③抗拉強度：抗壓強度的1/7～1/12；④抗剪強度：c=0.20～0.3 0 MPa，Ф≥30。；⑤變形模量：100～600 MPa；⑥滲透系數：n×10-6～10-8cm/s；⑦破壞滲透比降：≥300；⑧抗滲標號：W6～W8；⑨破壞應變：無側限時為0.33%～0.70%。

5.2.4.2 塑性混凝土強度齡期確定

塑性混凝土強度增長較為緩慢，后期強度增長較大，一般采用90 d強度較為合理。

5.3 壩基防滲工程措施

5.3.1 工程布置

壩基滲漏采用帷幕灌漿進行處理，施工時先做壩體塑性混凝土防滲墻，再進行壩基帷幕灌漿。帷幕采用在混凝土防滲墻內預埋管灌漿，埋管內徑110 mm，灌漿終孔孔距2 m，三序孔施灌。

5.3.2 灌漿材料及灌漿方法

采用普通硅酸鹽水泥漿液，水泥強度等級42.50級。水泥漿采用水灰比5∶1、3∶1、2∶1、1∶1和0.50∶1五個比級，開灌水灰比5∶1，然后逐漸變濃。灌漿采用自上而下分段阻塞法灌漿，自上而下灌漿段長為：第1段2 m，第2段3 m，以下各段5 m。鉆孔采用150型地質鉆機，硬質合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進，孔徑76 mm。

5.3.3 漿液擴散半徑

漿液擴散半徑按在有均勻分布裂隙的巖石中灌漿灌液擴散半徑進行計算，見公式（2）。

式中：K-灌漿前巖層的滲透系數；t-灌漿的延續時間；μ1、μ2-水與漿液的粘滯系數；H-灌漿壓力，以水柱高度計；r-輸漿管半徑；n-巖層的孔隙率。

根據上式及地質報告中參數計算得：R＝1.43 m。

5.3.4 帷幕厚度

由于壩基灌漿采用單排帷幕，故帷幕厚度T=R。

5.3.5 帷幕孔距確定

灌漿孔孔距根據《大壩基礎灌漿》進行計算，見公式（3）。

式中：L-灌漿孔距；R-漿液擴散半徑。

經計算，L＝2.47 m，取帷幕灌漿孔最終孔距為2 m。

5.3.6 灌漿壓力初步確定

根據帷幕灌漿造孔深度（不含靜壓灌漿造孔深度）進行灌漿壓力計算，見公式（4）。

式中：P-灌漿壓力（kg/cm2）；D-灌漿段深度，m；α-系數；P1-灌漿泵上壓力表指示的壓力（kg/cm2）；P2-漿液自重的壓力（kg/cm2）；Pf-壓力損失，指漿液在流經全部的管路過程中的壓力損失（kg/cm2）。由于孔內管中的漿液流速較低，壓力損失較小，故此項可忽略不計。

經計算，P＝8.70 kg/cm2，即P＝0.87 MPa。由于灌漿孔造孔深度不一，故計算灌漿泵上壓力表指示壓力應介于0.38～0.67 MPa之間。實際灌漿壓力先通過試驗孔根據巖層的吸漿情況及對地表觀察，視有無冒漿或抬動變形情況，再做壓力調整，要求幕體單位吸水量W0降低到0.01～0.05 L/（min·m·m）。

5.3.7 帷幕結構驗算

式中：ω—灌漿前巖層的單位吸水量，ω=0.20 L/（min·m·m）；ωc—灌漿后帷幕幕體的單位吸水量，ωc=0.02 L/（min·m·m）。

在設計規范中，規定了帷幕幕體內的水力坡降的最大允許值Ia與幕厚T的關系，當1.00＜T＜2.00m時，Ia=18，經計算I＜Ia，說明幕體安全。

6 結語

大石橋水庫大壩采用塑性混凝土防滲墻結合帷幕灌漿對壩體、壩基進行了防滲處理，有效的解決了大壩滲漏問題，使水庫的防洪效益得以正常發揮，整體經濟效益得以提高。具有一定的推廣價值。

編輯：劉長垠 韋詩佳

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1673-8853（2017）04-0044-03

2017-1-5