綏陽縣羅家溝水庫大壩防滲加固設計

唐軼+熊燦娟

摘 要：本文通過對羅家溝水庫工程地質條件的研究和分析，得出在壩基開挖過程中，考慮地質因素和滿足壩基（肩）抗滑穩(wěn)定性要求，應采用固結灌漿對因爆破而導致不連續(xù)并且碎裂的巖體，對其注入水泥漿，把破碎不連續(xù)的巖體連成整體，使巖石的抗?jié)B、抗壓、抗剪等各項物理力學指標得到提高；滲漏的主要原因是強風化帶巖體具有很強的透水性，導致大壩出現庫首繞壩裂隙性滲漏和岸坡層間滲漏，為保證壩肩穩(wěn)定和降低壩基的滲透壓力宜采用帷幕灌漿解決滲漏問題。

關鍵詞：羅家溝水庫；固結灌漿；帷幕灌漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.108

1 水庫工程概況

羅家溝全流域集水面積103km2，主河道長約21.3km，落差918m。河流上游較陡，中下游較平緩，羅家溝水庫上壩址集水面積20.7km2，主河道長8.84km，主河道坡降50.9‰。羅家溝水庫壩址位于羅家溝中上游河段，大壩地理坐標為東經107°8′21″，北緯28°11′12″；壩區(qū)左岸山頂高程為1082.1m，地形坡度一般為50～60°，局部直立；右岸山頂高程為1107.7m，地形坡度30～60°，壩區(qū)為近橫向河谷、左右岸均為切向坡，當正常高蓄水位為1007m時，河谷寬80m，寬高比為2：3。根據當地多年氣候特征，以及水庫的使用功能，壩址拱壩及溢洪道、底孔洪水標準按30年一遇進行洪水設計，200年一遇進行洪水校核，永久性泄水建筑物消能防沖設計洪水標準按20年一遇進行洪水設計。該工程區(qū)內無活動斷裂分布，區(qū)域構造穩(wěn)定性好。

2 大壩工程地質條件

壩區(qū)出露的地層有殘坡積層（QdL+eL），主要成分為粘土夾碎石，零星分布于壩區(qū)兩岸較緩地帶，厚度0～3m；沖洪積層（QaL+pL），主要成分為砂礫石層，砂、礫石一般粒徑2～8cm，分布于河床，層厚1～4m；龍馬溪組（S1ln），為灰黃色粉砂質頁巖、鈣質粉砂巖互層，層厚100～120m，主要分布于右岸坡，石牛欄群（S2sh）為深灰色中厚層至厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r，層厚100～109m，主要分布于河床及壩肩，韓家店群（S2-3hn）為灰綠色、紫紅色泥巖夾灰綠色頁巖，層厚250～280m，主要分布于左岸。基巖分布在地層龍馬溪組（S1ln）及石牛欄群（S2sh），在S1ln、S2sh、S2-3hn的地層中，S2sh為強巖溶透水層，S1ln、S2-3hn為相對隔水層。壩區(qū)為近橫向“V”型河谷，巖層傾下游，傾角28～31°，受巖性組合及構造的制約，壩區(qū)巖溶總體發(fā)育較弱，根據鉆孔及地表地質調查，壩址區(qū)未發(fā)現大的溶洞、落水洞及溶穴等巖溶現象。

壩區(qū)位于茅埡向斜的西翼、距離背斜軸部250m左右，無大的斷裂構造發(fā)育，為單斜構造，巖層產狀80～85°/∠28～31°，傾下游偏左岸，為近橫向河谷；裂隙、巖層面主要是壩基巖體的結構面，層面及結構間膠結較好、未發(fā)現緩傾裂隙，軟弱夾層主要為巖體中的泥灰?guī)r夾層。根據地表地質調查，壩區(qū)泥灰?guī)r夾層單層厚3～5cm，約占5～8%，順層發(fā)育、未見泥化現象。

壩區(qū)巖體為石牛欄群（S2sh）的中厚層至厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r，根據鉆探、槽探、物探及地表調查工作統計，壩區(qū)巖體的風化特征以溶蝕風化、裂隙性風化和層間的層狀風化為主要特征。

根據地表地質調查，鉆探、物探及利用少量的槽探等綜合分析，結合地形、地貌和地層巖性、巖體風化特征等，提供覆蓋層及巖體風化深度值見下表1。

3 大壩防滲加固設計

3.1 壩體結構

大壩為拋物線變厚雙曲拱壩，拱壩中心線方位角為N71.00°W，壩頂高程1012.50m，壩底高程965.00m，壩頂寬度為4.00m。大壩采用90天齡期三級配C20外摻MgO常態(tài)混凝土，抗?jié)B等級W6，抗凍等級F50。其下部設1.0m厚C20三級配常態(tài)混凝土墊座。最大壩高48.50m（含墊座），拱冠梁處頂厚4.0m，底厚12.0m。壩頂中心弧長130.97m，頂拱中心角78.00°。最大中心角82.34°（993.00m高程），最小中心角40.59°（965.00m高程）。

3.2 壩基開挖

壩址河段河谷相對開闊，河谷兩岸及河床出露地層為石牛欄群（S2sh）中厚層至厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r，巖石強度較高，屬中硬巖～硬質巖類。巖體呈層狀結構，弱風化至新鮮巖體結構面中等發(fā)育（多閉合），巖體力學性質較好，具高強度，高抗變形、抗滑能力，且?guī)r體完整無貫穿性結構面；強風化巖體卸荷帶較發(fā)育，巖體力學性質較差，結構面和巖塊間嵌合能力控制抗滑、抗變形性能力，巖體完整性相對較差。壩址巖層產狀為80°～85°/∠28°～31°，總體傾下游偏左岸，為近橫向谷，壩肩巖體為陡傾層狀巖體、巖體質量屬BⅢ2類。層間未見軟弱夾層發(fā)育。根據壩址地質情況，并結合大壩高度，河床段大壩建基面置于弱風化的中、下部，接近壩頂高程的拱圈建基面置于強風化底部或弱風化上部。大壩平均法向嵌深8.0m～12.0m。

開挖邊坡基巖按1：0.3坡度開挖，河床沙礫石按1：1.25邊坡開挖。由于右壩肩上游側巖體開挖后，上游側邊坡整體為順向坡，為防止該部位局部邊坡失穩(wěn)，對該部分巖體采用馬道分級開挖。

由于邊坡兩側地形陡峭，為了防止沿地基接觸面滲漏，增強表層固結灌漿效果，壩體周圍壩基與注漿接觸。壩基（肩）開挖后，采用 “Φ25系統錨桿+C20噴混凝土+Φ8鋼筋網（雙層）”對壩基（肩）在左、右的形成10.0m ～ 20.0m高邊坡進行支護；錨桿間距3.0m，深入巖層長度3.0m～8.0m，呈梅花型布置。

3.3 固結灌漿

在壩基開挖過程中，要考慮地質因素和要滿足壩基（肩）抗滑穩(wěn)定要求，在壩基開挖過程中，采用固結灌漿對因爆破而導致巖體不連續(xù)并且碎裂，對其巖體注入水泥漿，使其把破碎不連續(xù)的巖體連成整體，使巖石的抗?jié)B、抗壓、抗剪等各項物理力學指標得到提高。固結灌漿孔布置于整個壩基面，沿壩基面縱向孔間距3.0m，平均孔深8.0m，排距3.0m，灌漿控制壓力0.5MPa～0.7MPa，沿壩底寬度方向按4排呈梅花形布置。endprint

3.4 防滲帷幕

壩區(qū)為S2sh地層，巖層總體傾向下游偏左岸，兩岸坡巖體為強巖溶透水層。根據地質勘察，左岸地下水位水力坡度約為19.8%，右岸地下水位水力坡度為13%。滲漏的主要原因是強風化帶巖體具有很強的透水性，導致大壩出現庫首繞壩裂隙性滲漏和岸坡層間滲漏，為保證壩肩穩(wěn)定和降低壩基的滲透壓力采用帷幕灌漿解決滲漏問題。

根據壩址地形地質條件，結合鉆孔地下水位等資料以及巖體的強、弱風化分界情況分析，確定水庫庫首防滲帷幕如下：

左岸：防滲邊界無相對隔水層，但左岸分水嶺雄厚，遠岸坡地下水位普遍較高，推測左岸地下水位較高，防滲帷幕線路自壩肩以N44°E方向向山體延伸布置，防滲邊界接正常蓄水位與推測地下水位的交點，防滲下限進入地下水位10～20m；

右岸：防滲邊界接上游龍馬溪群（S1ln）相對隔水層，防滲下限進入弱風化巖體20m以下，連續(xù)3段壓水巖體透水率小于≤3Lu考慮；③河床：河床防滲底界按連續(xù)3段壓水巖體透水率小于≤3Lu考慮，同時滿足建基面以下0.5倍壩高。

兩岸的防滲帷幕主要在灌漿平硐內進行施工，帷幕灌漿均按單排布置，孔間距3.0m。右岸灌漿帷幕線長97.0m，均在灌漿平硐內實施，灌漿平硐為2.5m×3.0m（b×h）的城門洞型隧洞，方位角為N83.1°E；左岸灌漿帷幕線長68m，均在灌漿平硐內實施，灌漿平硐為3.0m×3.5m（b×h）的城門洞型隧洞，方位角為N43.9°E。在地質條件較差的灌漿平硐洞段采用C20混凝土襯砌，其它洞段根據需要采用掛網噴混凝土或隨機錨桿處理。灌漿壓力按孔口段1.5倍水頭，孔底段2倍水頭控制。壩體設灌漿廊道，壩體段帷幕灌漿的布置沿拱壩中心線弧線布置，孔距3.0m，單排布置。

4 結論

羅家溝水庫壩基開挖過程中，因考慮地質因素和滿足壩基（肩）抗滑穩(wěn)定要求，采用固結灌漿的方式使巖石的抗?jié)B、抗壓、抗剪等各項物理力學指標得到提高；布置固結灌漿孔于整個壩基面，沿壩基面縱向孔間距3.0m，平均孔深8.0m，排距3.0m，灌漿控制壓力0.5MPa～0.7MPa，沿壩底寬度方向按4排呈梅花形布置。該水庫大壩滲漏主要是壩基滲漏和庫頭滲漏，該設計采用帷幕灌漿方式防止?jié)B漏，防滲帷幕線路為沿兩壩肩至河床一帶沿軸線布置，由于巖層傾向下游、傾角28～31°，因此右岸選擇自壩端起向上游反接S1ln相對隔水層，左岸選擇接地下水位，在壩址右岸上游分布有S1ln的砂頁巖可靠隔水層，防滲端頭皆考慮接S1ln的泥頁巖地層；左岸S2-3hn的隔水層出露較高，考慮接地下水位。

參考文獻：

[1]類維強.大站水庫西副壩防滲加固工程設計與施工[D].河海大學，2006.

[2]付海華.濟南市臥虎山水庫大壩防滲加固設計與實現[D].山東大學，2014.

[3]尉高洋.青山水庫土石壩低彈模砼防滲墻加固設計[D].浙江大學，2003.

[4]唐小成.帷幕灌漿施工技術在水利工程中的應用探討[J].科學之友，2011（08）：90-91.

[5]賈宇珍.龐莊水庫除險加固工程壩肩帷幕灌漿施工技術[J].山西水利，2007（03）：84-85.

[6]周志鴻.紅巖水庫大壩帷幕灌漿設計方案[J].黑龍江水利技，2012（02）：159-160.

作者簡介：唐軼（1995-），男，貴州遵義人，本科，研究方向：地質工程。

為通訊作者endprint