白石水庫工程建設(shè)中壩體及壩基防滲處理探討

李建霞

(江西省高安市水利局，江西 高安 330800)

白石水庫工程建設(shè)中壩體及壩基防滲處理探討

李建霞

(江西省高安市水利局，江西 高安 330800)

白石水庫始建于1964年12月，1966年5月完工，經(jīng)多次加固擴建后達現(xiàn)有規(guī)模。水庫建成運行后為當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生活發(fā)揮了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。但因歷史的原因和投資的限制，致使水庫未能達到設(shè)計標準，且工程質(zhì)量差，運行中暴露出不少影響水庫安全的嚴重隱患，多年來一直控制運行，影響了工程效益的正常發(fā)揮。2009年12月江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院對該工程進行了安全評價報告，宜春市水利局組織專家對該報告進行了審查并和安全鑒定，認為白石水庫的三大主要建筑物均存在嚴重的質(zhì)量問題，屬三類病險水庫。因此對該水庫進行除險加固是非常必要的和緊迫的。文章討論了該工程中壩體及壩基的防滲處理技術(shù)。

水庫工程；壩體防滲；壩基防滲；處理技術(shù)

0 前 言

白石水庫位于高安市大城鎮(zhèn)高溪村委會華溪村，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小型水庫。水庫正常高水位42.5m。水庫主要建筑物包括主壩、東副壩、西副壩、主壩涵管和溢洪道等。水庫下游有高溪、高郵兩個村委會，涉及人口2500人，耕地266.67hm2和楊村圩堤、舒高公路等設(shè)施。因此確保白石水庫正常安全運行十分重要。文章研究了白石水庫加固工程中的壩體及壩基的防滲處理技術(shù)，希望為以后同類工程提供參考借鑒。

1 工程概況

白石水庫位于高安市大城鎮(zhèn)高溪村委會華溪村，距大城集鎮(zhèn)7km，距高安市區(qū)20km，屬贛江流域錦江支流大城水。水庫中心地理位置為E115°30＇39″、N28°30＇11″，壩址以上控制流域面積為2.61km2，總庫容276.3×104m3,興利庫容226.9×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小(1)型水庫。水庫原設(shè)計灌溉面積200hm2，本次設(shè)計灌溉面積194.8hm2，實際灌溉面積133.33hm2。水庫下游有高溪、高郵兩個村委會，涉及人口2500人，耕地266.67hm2和楊村圩堤、舒高公路等設(shè)施。

經(jīng)大壩安全鑒定，白石水庫為小(1)型病險水庫。其工程建設(shè)標準低，施工質(zhì)量差，存在較多隱患，長期帶病運行。水庫存在的問題較多，壩體方面的問題主要表現(xiàn)在以下7個方面：

1)主壩壩體填土質(zhì)量較差，土層較松散，其壓實度、滲透系數(shù)均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，且壩體滲漏嚴重。

2)主壩清基質(zhì)量差，存在壩體與壩基接觸滲漏問題。

3)主壩上游現(xiàn)澆混凝土護坡強度低，基底脫空，破損嚴重；干砌石護坡塊石料徑小，零亂堆積，無墊層。

4)主壩浸潤線出逸點較高，下游坡貼坡排水體高度不夠。

5)主壩壩頂坑洼不平。

6)東、西副壩壩頂高程不夠、坑洼不平，無護坡和排水設(shè)施。

7)主、副壩均存在白蟻危害。

2 壩體及壩基防滲處理技術(shù)研究

根據(jù)江西省大中型水庫壩體壩基及重點堤段堤基防滲處理的經(jīng)驗，良好的防滲墻能有效地降低堤壩內(nèi)浸潤線，減低壩體出逸點高程[1]。針對主壩壩體壩基存在的問題，擬定二種防滲結(jié)構(gòu)型式進行比較，①射水法造混凝土防滲墻；②黏土防滲斜墻。

根據(jù)白石水庫主壩壩高及上游水位差，結(jié)合現(xiàn)有防滲工藝，混凝土防滲墻厚度初步擬定為22cm。

黏土斜墻防滲墻厚度δ按下式公式進行計算：

δ≥ηH[J]

(1)

式中：δ為防滲厚度，m；η為防滲墻消減水頭效率系數(shù)，迎水面黏土斜墻設(shè)計取η=100%；H為設(shè)計上下游水頭差，校核工況下主壩H=43.15-34.0=9.15m；[J]為防滲墻允許滲透坡降，黏土斜墻設(shè)計取[J]=5。

經(jīng)計算，采用迎水面黏土斜墻防滲時，大壩防滲斜墻厚度δ≥1.83m。

2.1 方案比較

根據(jù)白石水庫主壩壩體壩基防滲深度要求及防滲厚度計算成果，主壩壩體壩基防滲擬比較二種方案。

方案1：射水造防滲墻方案；混凝土防滲墻布置范圍為樁號0+000-0+246的壩體壩基縱斷面，全長246m。防滲墻位于壩軸線上游1.5m，防滲墻墻頂高程44.5m，墻底伸入壩基覆蓋層1.0m，設(shè)計墻厚0.22m。結(jié)合涵管重建工程，在涵管周邊采用現(xiàn)澆C15混凝土墻，設(shè)計墻厚0.22m，范圍為涵管中心各4m，射水造防滲墻與現(xiàn)澆C15混凝土墻位于同一軸線上。

方案2：黏土斜墻防滲方案；在大壩上游坡填筑黏土斜墻，斜墻布置范圍為樁號0+000-0+246的壩體及壩肩迎水面，全長246m。斜墻頂高程為44.73m，水平頂寬3.0m，底寬6.2m，迎水面坡比為1∶3.0，在樁號0+031-0+200段設(shè)置黏土截水槽，槽深2.0m，兩側(cè)邊坡比均為1∶1。黏土斜墻填筑土料密度γ≥1.49g/cm3，滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s，壓實度≥0.96。由于壩體迎水面壩腳地面高程低于設(shè)計死水位35.2m，因此黏土斜墻填筑前需修建擋水圍堰。圍堰內(nèi)外兩側(cè)采用編織袋裝土，中部采用土料填筑，圍堰頂寬3m。

二種方案不同工程量及造價比較結(jié)果詳見表1。

表1 二種防滲方案工程量及造價比較表

從表1可以看出，黏土斜墻防滲方案比較經(jīng)濟，可以節(jié)約投資；從技術(shù)方面分析，二種方案均可行；從施工方面分析，黏土斜墻使用比較廣泛，施工技術(shù)簡單，且項目區(qū)土料運距較近，土料質(zhì)量合格，儲藏了豐富，因此擇優(yōu)選用黏土斜墻防滲方案對大壩壩體壩基進行防滲處理[2]。

2.2 黏土斜墻防滲方案設(shè)計

主壩黏土斜墻處理樁號樁號0+000-0+246，斜墻頂寬3m，底部厚度為2.3m，結(jié)合壩頂交通需要，斜墻頂高程為44.73m，全長246m。底高程伸入砂質(zhì)黏土層內(nèi)1.0m，黏土斜墻坡坡比為1∶3.0。在樁號0+031-0+200段設(shè)置黏土截水槽，槽深2.0m，底部寬2.3m，兩側(cè)邊坡比均為1∶1。壩體填筑前，必須先清除壩基面所有的雜草和植物根系，壩體填筑時應(yīng)分層壓實，每層填土厚度為0.2-0.3m。設(shè)計黏土斜墻滲透數(shù)K≤1×10-5cm/s，土料密度γ≥1.49g/cm3，壓實度≥0.96。

2.3 大壩加固后滲流及穩(wěn)定復(fù)核計算

2.3.1 計算斷面的確定

由于大壩無任何滲透原型觀測資料，大壩的滲流安全復(fù)核僅能以理論計算為依據(jù)進行滲流安全分析評價[3]。本次選取主壩(樁好0+094)斷面進行滲流計算分析。斷面詳見主壩滲流計算斷面圖。

2.3.2 大壩滲透指標的確定

本次計算分析，主壩斷面滲透分區(qū)是以江西省宜春市水電勘測設(shè)計院的地勘報告和土工實驗為基礎(chǔ)，并綜合施工回憶及運行期大壩質(zhì)量檢查而確定的[4]。主壩黏土斜墻均分為一個滲透區(qū)，壩體均分為一個滲透區(qū)，壩基分為兩個滲透區(qū)，各分區(qū)的滲透系數(shù)均以近期地質(zhì)勘察資料實驗成果綜合取值。主壩分區(qū)的滲透系數(shù)取值見表2。

表2 大壩滲透系數(shù)分區(qū)指標表

2.3.3 允許坡降

1)壩坡出逸點允許滲透坡降：

壩坡出逸坡降臨界值按下式計算:

(1)

經(jīng)計算得，大壩壩坡出逸允許滲透坡降主壩J允=0.45。

2)壩體土及壩基覆蓋層水平允許滲透坡降：

根據(jù)地勘資料，大壩壩體土及壩基覆蓋層水平允許滲透坡詳見表3。

2.3.4 滲流計算

1)程序說明

本次滲流計算分析采用北京理正軟件設(shè)計研究所編制的土石壩二維滲流計算程序，該程序求解方法是基于三角形單元的有限元法，用改進平方根法的直接解法求解線性代數(shù)方程組。

表3 大壩壩體土及壩基覆蓋層水平允許滲透坡降

2)穩(wěn)定滲流計算：

荷載組合：根據(jù)規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SDJ274-2001)規(guī)定，大壩計算應(yīng)考慮水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，一般需要計算下列水位組合情況：①上游正常蓄水位(42.5m)與下游相應(yīng)的最低水位；②上游設(shè)計洪水位(42.98m)與下游相應(yīng)水位；③上游校核洪水位(43.15m)與下游相應(yīng)水位；在各種計算工況，主壩下游水位取壩腳地面高程34.4m。

計算結(jié)果：大壩加固后壩體穩(wěn)定滲流期侵潤線位置見表4，填土及下游壩坡出逸點滲透坡降值及計算滲流量值見表5。

表4 主壩浸潤線位置表

表5 主壩加固后滲流計算坡降及滲流量表

從表5可以分析出，大壩修建防滲墻后，在各種工況下壩體中侵潤線及下游壩坡出逸點比加固前明顯降低。主壩黏土斜墻滲透坡降為2.0-2.2<[J]=5；主壩下游壩坡出逸坡降為0.25-0.28<[J]=0.45，因此主壩加固后滲透穩(wěn)定滿足要求。

加固前主壩壩坡穩(wěn)定是安全的(大壩安全鑒定)，因此加固后主壩壩坡穩(wěn)定無需復(fù)核。

3 結(jié) 語

水利工程的存在是社會經(jīng)濟發(fā)展的象征，同時也能為人們的生產(chǎn)生活提供極大的便利，所以對存在問題的水利工程及時維修加固，有助于延長水利工程的使用壽命，提高其經(jīng)濟效益。文章主要研究了白石水庫工程建設(shè)中壩體及壩基的防滲處理技術(shù)，值得其它水利工程技術(shù)進行借鑒。

[1]田一畝.馬堵山水電站壩體和壩基防滲補強處理分析[J].陜西水利,2015(03):98-99.

[2]楊金濤.軟弱地基條件下中小拱壩后期加固處理措施研究[D].北京：清華大學(xué),2014.

[3]李長松.某小型土石壩壩體壩基防滲處理措施[J].工程與建設(shè),2010(02):264-266.

[4]傅梁均.王大坑水庫低彈模混凝土防滲墻施工技術(shù)[J].吉林水利,2010(06):107-110.

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2017-09-25

李建霞(1971-)，女，陜西勉縣人，工程師。