賀沖水庫除險加固大壩防滲設計

吳 燕 吳 瓊

（信陽市淮河管理處）

1 水庫除險加固工程初步設計的主要內容

賀沖水庫除險加固防洪標準按30 a 一遇洪水設計，300 a一遇洪水校核；大壩：壩體、壩基滲透穩定分析及加固設計，上游壩坡整修及混凝土護坡工程，下游壩坡整修、增設壩面排水溝及壩腳棱體排水拆除重建為貼坡排水，壩頂工程，白蟻治理，增設觀測設備；溢洪道：溢洪道整修加固工程；輸水洞：輸水洞進口、洞身及出口拆除重建工程；完善安全監測管理設施。

2 水庫除險加固工程防滲加固處理

2.1 上游壩坡工程

上游壩坡按坡比1.00：2.04整修，為防止風浪沖刷，上游壩坡整修結束后進行護坡。護坡護砌范圍為樁號0+000～0+078段，護砌高程由死水位122.30 m至壩頂128.30 m，采用C20混凝土，厚0.14 m，下鋪0.10 m厚砂石墊層。護坡分塊為3.00 m×3.00 m，塊間縫寬0.10 m，縫內填塞無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪0.30 m寬土工布，護坡底部及周邊采用腳槽及周邊槽防護。

2.2 下游壩坡工程

下游壩坡按坡比1.00：2.30整修，整修結束后統一種植草皮護坡。

下游壩坡與兩岸山體連接處增設排水溝，斷面尺寸為0.30 m×0.30 m，邊墻及底板厚均為0.15 m，總長66.00 m。

下游壩腳棱體排水塊石松動、脫落，將其全部拆除，改建為貼坡排水。貼坡排水頂部高程為121.80 m，相應樁號范圍為0+004～0+068段，材料由內至外依次為0.20 m厚粗砂墊層、0.20 m厚碎石墊層、0.25 m 厚干砌塊石。為不占用大壩下游耕地，貼坡排水底部接M7.5漿砌石重力式擋土墻。為使壩體滲水能順利排出，擋墻內設2排?110UPVC排水管，排距0.50 m，孔距0.50 m，梅花型布設。

2.3 壩頂工程

壩頂路面采用0.15 m 厚C20 混凝土硬化，下鋪0.20 m 厚10%水泥穩定石屑層。設計路面高程128.30 m，總寬4.00 m，凈寬3.50 m。路面下游側增設C20混凝土路緣石，頂部高出壩頂路面0.20 m，預留排水口正對壩坡排水溝。

根據除險加固調洪成果兼顧壩頂安全防護需要，壩頂路面上游側增設防浪墻（兼防護墻），頂部高程為129.00 m。

3 防滲加固處理工程優選方案

3.1 方案比較

擬選三種方案進行比較：①劈裂粘土灌漿；②深層攪拌樁；③澆注塑性混凝土防滲墻。

方案①土壩劈裂灌漿。劈裂灌漿具有機理明確、工藝合理、防滲效果好、施工工期短、經濟效益顯著等優點（折算130.00 元/m2）。劈裂灌漿技術主要適合于處理存在壓實質量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結構性較強的粉細砂及土砂夾層透水地基。方案②深層攪拌水泥土防滲墻一般采用單軸、多軸深攪樁機施工。常用于淤泥、淤泥質土、粘土、亞粘土等土層中。方案③澆筑塑性混凝土防滲墻。適宜于各種地質條件，且能在基巖上成墻。這種方案，處理壩體及壩基接觸滲漏徹底，防滲效果好，但造價較高（約410.00元/m2）。

根據賀沖水庫大壩存在問題，經以上綜合比較分析，方案①粘土心墻頂部高程過低，心墻外壩體填土密實性差，孔隙發育，結構較疏松，采用劈裂灌漿處理無法形成連續劈裂，難以成墻，且防滲效果不如方案②及方案③；方案③防滲效果好，但投資大，施工速度慢；方案②可處理壩體滲漏及接高粘土心墻，且在本地區對土壩滲漏處理中應用較多，有成熟的理論做指導，又有熟練的施工經驗，質量容易控制，施工工期短，處理效果好，且工程造價較低，能將工程險情處理徹底。經以上綜合比較分析，故賀沖水庫除險加固工程設計采用深層攪拌樁方案。

4 大壩工程設計

經方案比較，大壩壩體滲漏處理采用深層水泥土攪拌樁防滲墻。處理范圍樁號0+000～0+078，全長78.00 m，沿壩軸線布置，攪拌樁防滲墻頂部高程為127.95 m，底部伸入到基巖表面。攪拌樁直徑為50.00 cm，樁距40.00 cm，樁與樁搭接長度10.00 cm，參考水灰比1.50∶1.00，水泥土中水泥摻入比為15.00%。防滲墻技術參數：①成墻最小厚度0.30 m；②滲透系數k＜i×10-6cm/s(1＜i＜10);③90 d 齡期單軸無側限抗壓強度≥0.50 MPa。

參照已做工程經驗，水泥土攪拌樁防滲墻底部與基巖面相接觸，施工時攪拌樁攪拌下沉至基巖面時，停在該位置注漿1-2 min后，再攪拌上升，以加強壩體填土與壩基結合部的抗滲能力。

4.1 上游壩坡工程

除險加固上游壩坡按坡比1.00：2.40整修，為防止風浪沖刷上游壩坡，上游壩坡整修結束后進行護坡，護坡類型，擬選兩種方案進行比較。

4.1.1 方案①混凝土護坡

混凝土護坡厚度計算：按照《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2001)，對具有明縫的混凝土或鋼筋混凝土板護坡，當壩坡坡度系數m＝2.00～5.00 時，在浮力作用下穩定的面板厚度可按下式計算：

式中：η—系數，對整體式大塊護面板取1.00；hp—累積頻率為1%的波高，m，hp=0.38；b—沿壩坡向板長，m，b=3.00 m；ρc—板的密度，t/m3，取ρc=2.4 t/m3；ρw—水的密度，t/m3，取ρw=1.00 t/m3；m—邊坡系數，取2.40；Lm—平均波長，m，Lm=4.85 m。經計算，t=0.08 m，取混凝土護坡厚度為0.14 m。

4.1.2 方案②干砌石護坡

塊石護坡厚度計算：計算公式：

式（2）（3）中：D—石塊的換算球形直徑，m；kt—隨坡率變化的系數，查表得kt=1.30；ρw—水的密度，t/m3，取ρc=1.00 t/m3；ρk—塊石密度，t/m3，取ρc=2.40 t/m3；hp—累積頻率為5%的波高，hp=0.31 m；m—邊坡系數，取2.40。

經計算，t=0.20 m，取砌石護坡厚度為0.25 m。

混凝土護坡單價約為塊石護坡單價的2.20倍，而干砌石護坡厚度為混凝土護坡的2.00倍，兩種護坡費用投資基本相同。但根據以往工程施工經驗，干砌石施工質量不易保證，施工中出現質量問題較多，易返工。綜合以上比較，采用方案①，混凝土護坡。

護坡護砌范圍為樁號0+000～0+078 段，護砌高程由死水位122.30 m 至壩頂128.30 m，采用C20 混凝土，厚0.14 m，下鋪0.10 m厚砂石墊層。護坡分塊為3.00 m×3.00 m，塊間縫寬0.10 m，縫內填塞無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪0.30 m寬土工布，護坡底部及周邊采用腳槽及周邊槽防護。護坡前需對上游壩坡進行整修，設計坡比為1.00：2.40。

4.2 下游壩坡工程

現狀大壩下游坡不規整，除險加固對下游壩坡按坡比1.00：2.30整修，整修結束后統一種植草皮護坡。

下游壩坡與兩岸山體連接處增設排水溝，斷面尺寸為0.30 m×0.30 m，邊墻及底板厚均為0.15 m，總長66.00 m。

下游壩腳棱體排水塊石松動、脫落，除險加固將其全部拆除，改建為貼坡排水。貼坡排水頂部高程為121.80 m，相應樁號范圍為0+004～0+068 段，材料由內至外依次為0.20 m 厚粗砂墊層、0.20 m 厚碎石墊層、0.25 m 厚干砌塊石。為不占用大壩下游耕地，貼坡排水底部接M7.5 漿砌石重力式擋土墻。為使壩體滲水能順利排出，擋墻內設2 排?110UPVC 排水管，排距0.50 m，孔距0.50 m，梅花型布設。

4.3 壩頂工程設計

現狀壩頂路面為土路面，除險加固設計壩頂路面采用0.15 m 厚C20 混凝土硬化，下鋪0.20 m 厚10%水泥穩定石屑層。設計路面高程128.30 m，總寬4.00 m，凈寬3.50 m。路面下游側增設C20 混凝土路緣石，頂部高出壩頂路面0.20 m，預留排水口正對壩坡排水溝。

根據除險加固調洪成果兼顧壩頂安全防護需要，壩頂路面上游側增設防浪墻（兼防護墻），頂部高程為129.00 m。

5 白蟻治理工程處理措施

挖白蟻巢：挖出白蟻老巢，捕住蟻王蟻后、清除副巢、幼齡巢、對巢腔藥物處理后，回填夯實。藥物灌漿：在大壩下游坡梅花狀布孔，人工操作壓進。防蟻隔離帶：在適當位置設置防蟻隔離帶。地表施藥：在大壩下游坡使用噴霧器進行藥物噴灑，徹底消滅散白蟻。藥餌誘殺：在大壩下游坡適當位置設置藥餌誘殺。