漿砌石重力壩防滲案例分析

羅雪文 葉必偉 石泉縣水利局

水利工程建設圍繞脫貧攻堅核心工作，著重解決安全飲水和灌溉增收，在這些方面，水源建設成為了其中一個重要內容，因此，需要修建很多取水樞紐，一方面通過攔蓄河道來水形成興利庫容，調節供水時段，一方面，可以抬高水頭，增加供水量。在部分山區，由于施工條件限制、建筑材料方便程度、投資等因素，選擇采用漿砌石重力壩作為取水樞紐成為了山區小型水利工程的主流。但漿砌石壩蓄水后，常常出現漏水現象，原因多為壩體裂縫、斷裂、無防滲墻、施工質量差、壩基清理不徹底、壩體與基巖結合不好、壩址基巖破碎或者其他溶洞等地質原因。為避免蓄水后發生漏水現象，可在施工階段進一步做好防滲處理，從而杜絕資源和二次除險加固時資金的浪費。本文通過對石泉縣池河鎮明星、大陽片區灌溉工程取水樞紐實際遇到問題進行分析，介紹分析了漿砌石重力壩施工階段常用的防滲處理方法。

1.工程概況

石泉縣池河鎮明星、大陽片區灌溉工程是石泉縣脫貧攻堅財政整合基礎設施項目，主要用于260畝桑田灌溉，受益對象170戶，共計520人，農村安全飲水日供水量300m3/d。該工程為區域性水資源優化配置工程，為解決當地桑田的抗旱保收和項目區灌溉水資源短缺問題，通過水量平衡分析，需要在水源修建1.3×104m3的小二型水庫一座，用于存蓄調節用水。水庫位于池河一級支流小溝上游，流域面積為0.3km2。取水樞紐工程采用漿砌石重力壩形式，壩軸線長51m，溢流壩段布置于河道主河槽，長6.0m，溢流壩段頂部安裝1.5×6.0m鋼筋混凝土面板自動翻板閘門。最大壩高12.8m，壩頂頂寬3.0m。

2.壩址及庫區地質情況

壩址及庫區為云母石英片巖，巖體片理發育，上部風化破碎嚴重，岸坡表面覆蓋層及強風化巖體易產生滑塌。壩基坐落于弱風化巖體之上，經類比分析，弱風化巖體主要力學指標：天然密度2.3g/cm3，變形模量0.3GPa，飽和抗壓強度10MPa，砌石與巖體摩擦系數0.45，承載力280KPa。該區云母石英片巖特性：裂隙發育程度為發育，表層外露后，遇水易破碎，暴曬易風化。左壩肩樁號縱0+003m，距離壩頂高程以下2m處，存在一道長3m高1m的破碎帶。

3.漿砌石重力壩防滲方案

漿砌石重力壩要求“上攔下排”的防滲處理方式，“上攔”要求防滲止水均偏向于壩體上游側，若設置到壩體下游，將增加漿砌石的揚壓力，這對壩體穩定安全是不利的。因此，除處理不良地質外，防滲措施均設置于壩體上游側。

漿砌石重力壩壩體防滲設施根據當地自然條件、建筑材料、施工工藝和建壩經驗等因素確定，常見有幾種形式：（1）在壩體上游面設置混凝土（鋼筋混凝土）防滲面板；（2）在靠近迎水面砌石體內設置混凝土防滲心墻；（3）壩體自身防滲（包括壩體灌漿、高強度水泥砂漿勾深縫和施工縫、伸縮縫止水等形式）；（4）在壩體上游面河床及岸坡設置防水鋪蓋，可用混凝土鋪蓋，也可用做粘土鋪蓋，但鋪蓋與壩體間要有可靠的連接，以保證防滲效果。

在地基處理設計時，地基處理后應滿足強度、穩定、剛度和防滲、耐久的要求。因本工程壩高＜30m，屬于低壩，按照《砌石壩設計規范》（SL 25—2006 ）下文簡稱“規范”），壩高＜50m時，壩可建在弱風化中～上部基巖上，但軟弱破碎帶，可采取挖除、混凝土置換、混凝土深齒墻、或者水泥灌漿等形式處理。

表1 651橡膠止水帶特性參數

4.處理方案設計及分析

4.1 防滲面板設計

防滲面板采用C25鋼筋混凝土防滲面板，防滲等級為W4，厚度為50cm，深入壩基巖體壩4.5m，深入肩巖體2m，采挖線以內采用C20混凝土填充，為達到很好的防滲效果，在施工時防滲面板與漿砌石壩體下部混凝土墊層采用一體式施工。每15m設置一道伸縮縫，與漿砌石壩體伸縮縫位置一致，伸縮縫縫寬3cm，由于是低壩，澆筑混凝土是在伸縮縫處預埋651橡膠止水帶一道，止水帶特性參數如表1。防滲面板與漿砌石接觸面采用鋼筋錨固的形式銜接，采用HRB400熱軋帶肋鋼筋，錨固深度1m，錨固縱橫間距1m，呈“品”字形分部。

4.2 帷幕灌漿設計分析

一般情況下，為進一步降低壩踵處的滲透系數，可在壩踵處進行灌漿，形成防滲帷幕。但根據該壩地質情況、施工條件，加之水頭不大，通過專家討論，帷幕灌漿防滲方案被取消，同時將防滲面板深入壩基巖由2m調整為4.5m作為壩踵處防滲帷幕。影響該方案因素有以下幾點：①按照規范要求，防滲面板宜深入基巖1～2m；② 基礎巖石為云母石英片巖，巖體片理發育情況為防滲不利因素，在壩踵處需要做防滲處理，但云母石英片巖裂隙發育多，裂隙細微，灌漿難度大；③施工條件因素影響，因該處為陜南山區，溝道狹窄，灌漿機械需從外地調入，費用較高；④巖層走向與壩縱軸線方向同向，傾向指向壩體上游，在抗滲和壩體穩定方面均為有利因素。

4.3 壩肩防滲處理

根據巖層走向和傾向，壩肩防滲處理按照規范要求，防滲面板宜深入基巖2m。左壩肩存在一道破碎帶軟弱夾層，長3.5m，高1.2m，因其尺寸不大，采取挖除后用混凝土置換的方式處理，實施過程中，如果壩肩或壩基存在破碎帶，且尺寸較大，全部置換混凝土不夠經濟時，通常可采用將斷層和破碎帶表層的破碎巖石與填充物挖掉一部分，然后回填混凝土或漿砌石，置換后形成混凝土或漿砌石塞、拱，使得作用于破碎帶上的壩體重量通過拱、塞傳遞到兩側堅硬的巖石上去，一般混凝土塞或拱的厚度等于破碎帶厚度的1～2倍，且不小于0.5m。另外，漿砌石與巖體基礎面均澆筑C15混凝土厚度為20cm封閉層。

4.4 金屬管件接觸面及其他細部防滲處理

該漿砌石重力壩在溢流段左側設置一道直徑為800mm沖砂管道，管道外包鋼筋混凝土，在管道外壁設置了兩道鋼片止水，位于防滲墻內，一道位于漿砌石壩體內，距離上游面1m。鋼片寬度20cm，厚度10mm。沖砂管道采用法蘭連接，通過平面密封片止水。

取水設置取水及排泥管道各一道，均采用直徑為110mm，壁厚4mm的鋼管，為方便檢修外設直徑為150mm鋼套管一根。在鋼套管外壁在管道外壁設置一道鋼片止水，位于防滲墻內，鋼片寬度20cm，厚度4mm。套管與取水及排泥管道之間的間隙用石棉填充，管道穿壩體后用法蘭盤連接止水。

施工方案工藝方面也因滿足防滲要求，一是漿砌石砌筑，必須嚴格按照規范砌筑，砌筑砂漿務必飽滿；二是防滲面板施工縱縫，當水頭較大時，需埋設鋼片止水，水頭較小時，防滲面板澆筑面必須鑿毛并沖洗清理干凈；三是在澆筑后12～18h后及時、按時養護，并滿足混凝土養護周期為21～28d，避免溫度裂縫的產生；四是根據該地基基巖特性，巖體易風化，在基礎開挖施工時，預留20cm抗氧化層，施工放樣后，采用人工鑿除，沖洗清理后立即澆筑混凝土墊層予以封閉。

5.結束語

通過對石泉縣池河鎮明星、大陽片區灌溉工程漿砌石重力壩的防滲處理方案分析可知，在防滲處理時要求從以下三方面著手：（1）對不良地質進行處理，避免出現基巖滲水通道；（2）施工質量必須達到防滲要求，避免壩體裂縫、斷裂的情況發生；（3）通過設置防滲墻及止水等措施進行防滲。