某小(二)型水庫大壩滲漏問題及處理措施研究

叢雙芝

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司,遼寧 沈陽 110003）

1 大壩工程及病害情況

水庫于1965 年由縣水工隊設計，并于1967 年完成小（二）型水庫規模，壩高17 m，庫容38 萬m3。后經1974年擴建壩高至21 m。1979 年再次擴建，于1983 年竣工，壩高28.4 m，壩頂長129 m，壩頂寬4m，總庫容154 萬m3。

經現有資料和現場地質勘察可知，大壩存在的主要問題如下：

壩體：壩土經鉆孔注水試驗及室內滲透試驗，發現局部壩體滲透系數稍大。壩體存在上壩土料不均、夯壓不密實的情況。大壩有潮濕浸水，潮濕浸水面積112.6 m2。

壩基：壩基分布白堊系高豐寺組淺灰色厚層狀細粒長石石英砂巖和泥巖，強風化～弱風化狀態，石質堅硬。巖體呈單斜展布，傾向225°～243°、傾角82°～87°，壩基部位無斷裂構造及傾向下游的緩傾角裂隙，壩基穩定。原筑壩時對壩基采用截水槽防滲形式，截水槽寬10 m，槽深3.0m，已達基巖，截水槽部位的第四系堆積物已經被清除。經壓水試驗，壩基巖石透水率：最大36.6 Lu～48.7 Lu、一般23.5 Lu～38.1 Lu、最小16.9 Lu～17.4 Lu，巖體透水性不均，存在壩基滲漏。

左壩肩：出露灰白色、紫紅色長石石英砂巖夾泥巖，強風化巖石破碎，巖體完整性差，巖體呈弱風化時巖體完整性稍好，節理裂隙發育，巖體質量指標RQD值0～5%，巖層走向與軸線呈小角度斜交，微傾向庫內。左岸傾角較陡83°～87°，為一層狀結構巖質邊坡，左壩肩巖體節理裂隙發育，穩定性差，常有碎塊狀坍塌物，原筑壩時由于壩肩結合槽開挖較淺，結合部松散坍塌物的存在，壩肩有繞壩滲漏。巖體透水率38.1 Lu～76.8 Lu,左壩肩巖體存在繞壩滲漏。

右壩肩：出露灰白色、紫紅色砂巖、泥巖，巖體呈弱風化，壩肩巖石破碎，完整性差，巖體質量指標RQD值5%～11%，巖層傾角81°～87°，巖層呈中厚層層狀結構，壩肩穩定，透水率16.9 Lu～48.7 Lu，山體雄厚，由于壩肩結合槽開挖淺，結合部松散坍塌物的存在，右壩肩有繞壩滲漏。

2 壩體加固方案

2.1 防滲方案比較

目前在處理壩體防滲時，可進行混凝土防滲墻和壩體充填灌漿結合壩基帷幕灌漿兩種方案比較，選擇適合該壩體的防滲加固方案。

①砼防滲墻

砼防滲墻是在松散透水地基中連續造孔，以泥漿固壁，往孔內灌注混凝土而建成的墻形防滲建筑物。它是對壩在松散透水地基中進行垂直防滲處理的主要措施之一，防滲墻按分段建造，一個圓孔或槽孔澆筑混凝土后構成一個墻段，許多墻段連成一整道墻。墻的底部嵌入基巖或相對不透水地層中一定深度，即可截斷或減少地基中的滲透水流，對保證地基的滲透穩定和壩安全，充分發揮水庫效益有重要作用。它也可作為土石壩中的防滲心墻，還可用以加固滲漏嚴重的土石壩。

砼防滲墻使用性較廣，適用于各種地質條件；施工條件要求較寬，地下連續墻施工時噪音低，震動小，可在復雜條件下施工，比較安全、可靠。但也存在問題，如有些造孔成墻技術對槽孔之間的接頭和墻體下部開叉問題難以徹底解決；相對來講，施工速度較慢、成本較高。

②壩體充填灌漿結合壩基帷幕灌漿

用灌漿的方法處理堤壩壩體的裂縫和滲漏，已有幾十年的歷史，迄今為止，全國已有近千座土石壩通過灌漿脫險，技術成熟可靠。本方案采用單排孔直線布置，孔距2.0 m，分三序沿老壩軸線均勻布置，中部孔深至壩基砂層頂面、兩壩肩、壩基采用帷幕灌漿接長，組成一道完整的防滲體系，工程投資106.07 萬元。

兩種方案均能達到控制滲流的目的，其中砼防滲墻防滲效果較為可靠，但施工難度大，技術要求高，防滲墻方案投資達153.17 萬元 ；充填灌漿防滲效果雖稍差于砼防滲墻方案，但運用較為廣泛，技術上較為成熟，總進尺2543.6 m，投資106.07 萬元，比砼防滲墻方案的少47.1 萬元。該水庫因建設年代較早，受施工條件限制，大壩填筑材料不均勻，密度不均勻，滲透性不均勻，加之滲徑過短，壩體強度低，大壩進行防滲處理后，仍需大壩下游壩坡進行排水處理。因而采用充填灌漿方案接合壩體排水處理等措施已能達到除險加固的目的，而不必采用砼防滲墻，且總投資相對較低，符合經濟合理性原則。因此大壩防滲處理采用壩體充填灌漿結合壩基帷幕灌漿方案。

2.2 大壩防滲處理措施

大壩防滲處理采用壩體充填灌漿與壩基帷幕灌漿相結合的處理方案，灌漿方案處理措施見圖1，方案簡述如下：

1）壩體用充填灌漿，壩基用帷幕灌漿，灌漿孔按單排孔直線布置，灌漿長度168 m，孔距2.0 m。總進尺2543.6 m，其中，壩土段1324.5 m，基巖1219.1 m。

2）壩基帷幕深度深入基巖13 m～15 m，壩土充填灌漿深度為壩頂至基底，與壩基接觸帶段長5 m，其它段長5 m～7 m，總段長大于7 m的分兩段，小于7 m的做一段灌注。

3）灌漿施工分Ⅲ序進行，施工順序為：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→檢查孔，壩基帷幕灌漿由上而下分段灌漿，壩體充填灌漿由下而上分段灌漿。

4）漿液濃度變換遵循由稀到濃逐級變換的原則，按《土壩壩體灌漿技術規范》（SD 266-88）[2]，《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL 62-94）[3]執行。

5）壩體充填灌漿配合比采用粘土水泥漿容重控制，容重為1.2g/cm3，1.3g/cm3，1.4g/cm3，1.5g/cm3四級，水泥用量為粘土用量20%，與壩基接觸段為粘土與水泥比為3∶1。壩基帷幕灌漿為純水泥漿，水灰比為8∶1，5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1。

6）灌漿壓力：壩土充填灌漿孔口壓力0.05 MPa，壩基帷幕灌漿孔口壓力0.05 MPa，全壓力按下式計算：

式中：D為灌段以上孔深，M為灌段每增加1m允許增加壓力 0.01 MPa～0.015 MPa。

7）單位材料耗量：粘土：250 kg/m，水泥：100 kg/m。

8）灌漿檢查孔按灌漿孔數的10%布置，灌漿結束后14 天進行灌漿孔的檢查，檢查段長應比實際灌漿段短1m，在被檢查段注入容重1∶2粘土漿，初始10 min內注入量不超過10 L認為合格。

圖1 灌漿方案處理措施圖

3 大壩滲流穩定計算

3.1 基本參數的確定

該水庫除險加固前大壩處于穩定狀除險加固后特征水位發生變化，現復核特征水位改變后大壩的穩定性。根據施工竣工圖及地質鉆孔資料揭露，將壩體分為壩體區、壩基巖、排水棱體、壩前淤積共4個分區。壩體土料內摩擦角、凝聚力采用小值均值，天然容重、干容重、比重采用平均值。基礎部分根據地質建議參數取中值。壩料物理力學取值指標計算值見表1。

表1 壩料物理力學指標計算值

該水庫為均質土壩，水庫現狀壩體鉆孔注水試驗滲透系數在3.88×10-4～5.6×10-3cm/s之間，大于規范要求的均質土壩壩體滲透系數小于1×10-4cm/s的要求。在大壩的防滲措施中推薦對壩體進行充填灌漿處理，壩基鉆孔壓水試驗透水率分別為23.5 Lu～5.05 Lu，不滿足規范要求的小于10 Lu防滲標準的要求，壩基防滲設計中推薦對壩基進行帷幕灌漿處理。根據防滲設計方案，對灌漿影響范圍單獨分區進行浸潤線計算，灌漿影響范圍區滲透系數取k=1×10-4cm/s，其它區域滲透系數取安全鑒定擬合值，安全鑒定滲流計算中壩體各區的滲透系數的取值是在現場注水試驗值的基礎上對實測浸潤線進行了擬合得出，取值合理，見表2。采用的方法是通過北京理正滲流分析軟件有限元法進行浸潤線計算。

表2 浸潤線計算壩體各區滲透系數取值表 單位：cm/s

計算浸潤線坐標見表3。通過計算表明，壩體浸潤線在排水棱體出逸，壩體滲透形態正常，因此大壩除險加固后，壩體浸潤線正常，滲透穩定。

表3 計算浸潤線坐標表

3.2 滲透穩定

根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50287-99）[4]，流土的臨界水力比降按下式計算：

式中：Jcr為土的臨界水力比降；Gs為土的顆粒密度與水的密度之比；n為土的孔隙率，%。

以大壩正常蓄水位時壩土滲透變形判別得到：Jcr=（2.73-1）×（1-0.37）=1.088。

壩基分布白堊系高豐寺組淺灰色厚層狀細粒長石石英砂巖和泥巖，取Jcr為1.50。根據本工程特點及重要性，確定相應的安全系數為2.0，求出允許壩體和壩基的水力坡降分別為壩體：[i]＝1.088/2＝0.544，壩基：[i]=1.50/2＝0.75。

除險加固后壩體比降≤0.35，小于壩體允許逸出比降，壩基比降≤0.41，小于壩基允許比降。大壩不會產生滲透變形破壞。除險加固后正常蓄水為工況下大壩計算單寬滲漏量為2.01 m3/（d·m），年滲漏量為4.67萬m3，滲漏量較小，因此大壩除險加固后，大壩滲透穩定。

4 結論

小（二）型病害水庫除險加固中大壩滲漏直接影響大壩的滲漏穩定和蓄水，通過采取合理的滲漏處理措施，既可以保證大壩穩定和正常蓄水，還可以節約工程投資，在大壩防滲中應結合壩體自身情況選擇處理措施，本文所選措施合理，在大壩除險加固后得到了很好的效果。水庫除險加固工程于2018年完工，完工后蓄水良好，防滲效果較好。