某土石壩防滲處理方案比選

陳潔茹 陳 猛 單陸丹 齊春舫

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司 淮安 223005）

1 工程概況

某水庫集雨面積2.46km2，總庫容103.5萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小（1）型水庫。現(xiàn)狀壩軸線長450m，頂寬6m，壩頂高程62.3m，最大壩高15.9m。溢洪道位于水庫大壩的東北角、樁號0+007，堰頂高程57.00m，凈寬為3×2.0m，閘門高2.5m，配8t手搖啟閉機3臺。放水涵洞位于樁號0+400處，進口底高程47.0m，出口底高程44.8m，洞身全長82m，斷面尺寸0.6m×0.8m。

水庫大壩長450m，最大壩高15.9m，壩體填土為素填土。從現(xiàn)場注水試驗來看，局部地方由于密實度較差，透水性相對較強，壩體滲透系數(shù)不符合規(guī)范要求。由于加高部分填土直接取自左岸山體，含較多砂礫石，且未經(jīng)篩選直接上壩填筑，加高過程中曾出現(xiàn)過壩體滑坡；當前大壩及右壩肩滲漏嚴重，主要與后期加高時壩體碾壓不密實、壩體與右岸接觸防滲處理不到位有關(guān)。

2 防滲處理方案擬訂

根據(jù)水庫大壩現(xiàn)狀情況及存在的滲流安全隱患，除險加固設(shè)計提出了以下三種垂直防滲方案進行比選：

2.1 方案一：高壓旋噴樁防滲墻

高壓旋噴樁防滲墻技術(shù)是利用鉆機鉆孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)定位置，以高壓噴射水泥漿形成墻體。在高壓噴射灌漿時，一邊提升灌漿噴頭，一邊旋轉(zhuǎn)一周，則形成圓柱狀體，一排圓柱體互相搭接連成一片墻。高壓旋噴樁防滲墻適應(yīng)于各類土層、砂卵石層，對全風(fēng)化、強風(fēng)化基巖也能夠起到防滲加固作用。

高壓旋噴樁防滲墻具有樁體強度大，成墻整體性較好，防滲性能好，施工噪聲低、振動小，施工簡單快速等優(yōu)點。

根據(jù)水庫的具體情況，防滲墻采用單排旋噴樁柱列式套接，沿壩頂軸線布設(shè)。

防滲墻厚度按下列公式計算：

T=ΔH/[J]

式中：T—最小防滲墻厚度（m）；

ΔH—最大上、下游水頭差（m），上游校核洪水位60.15m、下游水位考慮無水采用46.5m，則即上、下游最大水位差ΔH=13.65m；

[J]—允許水力坡降。參考有關(guān)資料和工程經(jīng)驗，高壓旋噴樁防滲墻的允許水力坡降一般為[J]=50～80，這里取[J]=50。

要求防滲墻厚度0.28m。考慮大壩滲漏嚴重，施工成樁的不均勻性，設(shè)計高壓旋噴樁防滲墻孔徑1.0m，孔距0.8m，最小厚度0.60m。防滲墻頂部高程61.00m，底部進入②層粉質(zhì)粘土層≥2m。要求防滲墻滲透系數(shù)k≤5×10-6cm/s。

2.2 方案二：塑性混凝土防滲墻

該方法是利用沖擊鉆或挖斗鉆等機械造孔，然后向孔內(nèi)灌注混凝土，使之形成一道封閉連續(xù)的防滲墻以阻止壩基滲漏。其優(yōu)點是耐久性好，墻體厚度可以有效控制，墻段之間可以緊密連接，防滲效果好；缺點是需要較大的施工場地條件，造價相對較高。

該工程防滲墻墻體材料選用塑性混凝土，配合比初步選取水泥∶砂∶碎石∶粘土=1∶1.5∶2.9∶0.2，水灰比為0.5～0.6，施工前需通過配合比試驗調(diào)整，28d彈性模量1GPa，抗壓強度2.0～5.0MPa。

參考有關(guān)資料，塑性混凝土防滲墻的允許水力坡降[J]=80～100，這里取[J]=80。經(jīng)計算，要求防滲墻厚度0.17m，設(shè)計塑性混凝土防滲墻厚度為0.3m。防滲墻頂部高程61.00m，底部進入②層粉質(zhì)黏土層≥2m，要求滲透系數(shù)k≤1×10-6cm/s。

2.3 方案三：多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻技術(shù)是運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機邊鉆進邊把水泥漿液噴入土體，同時在地基深處鉆頭以一定速度旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的固化劑與原土充分拌和混合凝固，從而固結(jié)形成具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性、較高抗壓強度的水泥土防滲墻，具有成墻效果好、適用范圍廣、施工效率高、節(jié)省材料、造價低等優(yōu)點。

表1 大壩防滲加固方案比較表

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻允許水力坡降一般為[J]=50。經(jīng)計算，要求防滲墻厚度0.28m。考慮到施工可能帶來的垂直偏差，設(shè)計選用樁徑500mm，樁中心距為320mm，搭接處理論最小成墻厚度384mm，可滿足防滲墻厚度的要求。防滲墻頂高程61.00m，底部進入②層粉質(zhì)黏土層≥2m，要求滲透系數(shù)k≤1×10-5cm/s。

3 方案比選

上述三種方案中，高壓旋噴樁防滲墻、塑性混凝土防滲墻、多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻方案在施工上都有許多成功的經(jīng)驗，技術(shù)上都是可行的，均能夠達到改善壩體土體結(jié)構(gòu)密實性、強度和抗?jié)B性，從而起到堤壩防滲的目的。只是在應(yīng)用于該工程時，在施工條件、工序、周期、難度、成本等方面存在差別。各方案的優(yōu)缺點如下：

方案一：高壓旋噴樁防滲墻方案施工簡單，防滲性能好，施工機械設(shè)備簡單、輕便，施工占地少，施工速度快，機械化程度高，并且施工振動小，噪音較低，對周圍建筑物影響較小；它可用于空間較小處，但施工中有泥漿排出，容易污染環(huán)境，成本較高。

方案二：塑性混凝土防滲墻，具有成墻效果好、適用范圍廣、施工效率高、節(jié)省材料等優(yōu)點；缺點是造價高，施工機械設(shè)備要求壩頂寬度約10m，施工時需搭設(shè)施工平臺，施工場地要求較大，工程綜合造價高。

方案三：多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻具有投資較低、適用范圍廣、施工效率高、節(jié)省材料等優(yōu)點；缺點是成墻效果略差，成墻深度一般不超過15m。

上述三個方案的技術(shù)經(jīng)濟比較見表1。其中方案二塑性混凝土防滲墻方案未計入施工平臺費用。

由表1可知，盡管多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻造價最低，但該法成墻深度一般不超過15m，含障礙物較多、硬塑及堅硬的粘性土、密實的砂類土，不宜采用。根據(jù)地質(zhì)勘測，壩體素填土及壩基粉質(zhì)粘土，液性指數(shù)IL=0.41～0.53，處于硬可塑～可塑狀態(tài)，基本適用于該工程。考慮到右壩肩滲漏嚴重，方案一施工中還存在遇到礫石等障礙物不能成墻的不確定因素，工程量適當放大。

4 結(jié)論

因此，根據(jù)該水庫滲漏情況，從防滲墻效果、施工及工程造價等方面綜合考慮，此次除險加固設(shè)計推薦采用方案一，即高壓旋噴樁防滲墻方案，該法具有防滲效果好、安全可靠、造價適中、施工技術(shù)成熟等優(yōu)點，滿足該土石壩防滲處理要求■