某水庫大壩防滲加固設計方案研究

彭慧榮

（新疆維吾爾自治區烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

0 引言

隨著水庫使用時間的增加，一級水庫建筑自然老化以及人類工程對水源需求加劇，對水庫的改造和加固需求逐漸提升。目前，對于大壩除險加固的主要措施包括帷幕灌漿[1～3]、防滲墻[4～7]、土工膜[8～10]等，不同的加固措施適用于不同特征的水庫大壩加固，合理地選用防滲措施，才能取得較好的防滲加固效果。

新疆某水庫大壩是一座年調節水庫。分一期和二期工程建設。該水庫的主要任務是:解決下游缺水的需要，滿足農業灌溉及生態用水，同時兼顧下游防洪的需要。水庫一期工程總庫容500多萬m3，最大壩高38.00 m，壩長386 m，攔河壩為澆筑式瀝青混凝土心墻壩，一期工程總投資6000多萬元。經過長期的使用壩頂損毀嚴重，凹凸不平，最大高差可達0.5 m，難以滿足蓄水防浪要求，因此需要對壩體進行加高，由于壩體長期遭受水流侵蝕，主壩破壞及滲流現象較為嚴重，壩體穩定性較差，因此，急需對大壩進行防滲加固、加高處理。

1 主壩風險隱患分析

1.1 心墻壩段風險隱患分析

壩體心墻壓實度合格率較低，滲透系數偏大，心墻出逸點比降大于允許比降；部分壩段齒墻底部壩基砂未清除，存在滲漏問題；部分壩段齒墻底部與灰巖直接接觸，存在接觸沖刷的可能。且0+195、0+300、0+400斷面均存在發生滲透破壞的可能。

1.2 均質壩段風險隱患分析

壩體粘粒含量、塑性指數偏高，滲透系數偏大；階地段壩基含泥粗砂未清除，存在壩基滲漏問題；階地后臺地壩基存在接觸沖刷的可能性；下游壩腳存在滲漏變形的可能。且0+780、1+100、1+450斷面均存在發生滲透破壞的可能。

由于主壩存在心墻壓實度低、均質壩體滲透系數偏大，存在滲透破壞的可能等問題，因此，主壩壩體進行防滲加固處理是非常必要的。

2 主壩防滲加固方案設計

2.1 主壩壩體加高方案比選

由于大壩的長期使用，壩體頂部目前平整程度較差，局部高程低于蓄水設計高程，因此，需要對主壩進行加高處理。根據安全設計要求，壩體加高至高程181.3 m可以滿足防洪防浪要求。針對工程特點，提出三種方案進行對比:

（1）方案一:高程180 m以上挖除回填方案。心墻壩段180.0 m高程（原二次填筑部分）以上至壩頂全部挖除，重新填筑。心墻填筑至181.30 m高程，采用瀝青混凝土澆筑，心墻上游填筑邊坡1∶1.5，下游填筑邊坡1∶0.6，心墻頂寬不小于3 m。

（2）方案二:高程180 m以上開槽寬3 m。在主壩上游距壩軸線4.0 m處開槽，開槽寬度3.0 m，槽底高程180.0 m，與現狀心墻對接，槽中重新采用瀝青混凝土澆筑，填筑頂高程181.3 m，與上部防浪墻對接。

（3）方案三:連接防滲墻與防浪墻方案。結合主壩防滲體加固設計，將主壩（0+000～1+665）塑混凝土防滲墻頂高程與上游防浪墻底連接，塑混凝土防滲墻頂采用壤土包頭，防止沖刷形成漏水通道，防滲墻厚度仍采用0.4 m。該方案維持壩頂現狀，只對壩頂進行補虧整平，重修防浪墻，翻修壩頂路面。

表1 主壩防滲加高方案比選

三種方案優缺點對比情況見表1。通過比選，選擇方案三（連接防滲墻與防浪墻方案）作為壩體防滲加高處理方案。

2.2 防滲軸線選取

由于對大壩進行加高，高度約為1.3 m，根據下游壩體坡比為1∶3可知，新壩體軸線與原壩體相比向下游移動約3.9 m。因此，為了減小壩體下游滲透壓力，充分發揮防滲墻作用，軸線可設計于心墻底部，即壩體偏上游的位置。針對該水庫大壩的特征，防滲軸線選取兩個方案進行比較。

（1）方案一:防滲軸線設置于主壩軸線上游4.0 m處。依據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）要求，垂直防滲措施應設在壩的防滲體底部。現狀主壩心墻偏主壩上游側，主要形成原因:1978年水庫完成了大壩加高，大壩平均加高約1.3 m，下游背水坡培厚至坡比1∶3，原壩軸線向下游移動3.9 m。因此，為了充分發揮防滲墻的作用，減輕下游滲透穩定壓力，防滲軸線選定在心墻底部位置，位于壩體偏上游。

（2）方案二:防滲軸線設置于原主壩軸線的位置。防滲墻布置于主壩軸向位置上，墻體局部游離出原心墻外側，在截滲功能上也是可行的。

通過經濟技術比較，防滲軸線位于上游壩肩具有便于施工、可充分發揮防滲作用、費用低、壩體整體穩定性好等優點，本階段防滲墻軸線選用方案一，兩個方案比選見表2。

表2 防滲軸線選取比選

2.3 主壩防滲加固方案比選

提出兩種方案進行防滲加固效果對比，使用數值模擬對加固效果進行分析，對比不同方案下大壩的滲流穩定性，選擇較優的方案作為防滲加固方案。兩種方案對比如下。

（1）方案一:壩體、壩基砂礫層采用混凝土防滲墻。沿壩軸線上游4.0 m布置混凝土防滲墻軸線，根據滲透穩定計算情況，結合現狀壩體壩基存在的問題，防滲墻長度范圍設計樁號0+000～1+665（包括心墻壩和均質壩）。防滲墻的底部需要穿過礫石層，嵌入強風化巖層的深度不應小于1.0 m，根據防洪設計，防滲墻頂部高程設計為180.8 m，設計厚度為0.4 m。使用C10混凝土進行澆筑，沿防滲軸線對基巖裂隙進行灌漿，灌漿高程為基巖頂面，深度在14 m～26 m范圍內。使用數值模擬進行防滲計算，計算結果見表3、表4。工況一為正常蓄水位172.46 m，工況二為洪水位174.71 m，工況三為校核洪水位176.67 m。

表3 心墻部位滲流穩定性計算

（2）方案二:壩基砂礫層采用高壓噴射灌漿防滲墻。壩基礫石層巖石破碎帶防滲采用高壓噴射灌漿，灌漿軸線沿主壩壩頂軸線向上游4.0 m布置，灌漿采用旋噴樁，鉆孔孔距0.6 m，鉆孔深入強風化基巖1.0 m，上部至心墻高程180.8 m。高噴灌漿成墻最小厚度不小于0.4 m，高噴材料為水泥漿。沿高噴灌漿軸線位置，使用C10混凝土進行澆筑，沿防滲軸線對基巖裂隙進行灌漿，灌漿高程為基巖頂面，深度在14 m～26 m范圍內。該方案主壩滲流穩定計算成果見表5、表6。

表4 均質壩段滲流穩定性計算

表5 心墻部位滲流穩定性計算

表6 均質壩段滲流穩定性計算

由于高噴灌漿防滲墻成墻，土體巖性對防滲效果影響大，投資相對較大。混凝土防滲墻方案防滲效果好，應用廣泛，設備及工藝比較成熟，相比高噴灌漿防滲墻方案更經濟，同時采用方案一進行防滲處理時，各種工況下壩體和壩基滲流量均較方案二小，因此，主壩防滲加固采用方案一混凝土防滲墻方案。

3 結論

從防滲軸線、主壩防滲加固方案、主壩壩體加高方案三方面對該水庫大壩防滲加固優化設計方案進行設計。得出防滲軸線設置于上游壩肩部位可以滿足經濟和防滲要求；混凝土防滲墻沿壩軸線上游4.0 m布置混凝土防滲墻可以較好的滿足大壩主體防滲加固要求；防滲墻與防浪墻連接方案作為防滲加高工程設計方案有較好的使用效果。工程設計方案可為類似水庫大壩防滲加固提供參考。