白石里水庫調洪演算及防滲加固設計研究

荀 俊，王 強

(常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213000)

1 引言

水庫具備防洪、灌溉等作用，經濟、社會效益顯著[1-2]。在長期使用過程中，水庫周圍環境的改變對水庫防洪現狀可能造成一定的影響。對于一些早期修建的水庫，受限于當時的經濟、技術水平，水庫大壩修建質量較為低下，在水流的長期侵蝕作用下，水庫出現了不同程度損壞，防滲、調洪等功能不能滿足現狀使用需求[3-6]。針對這一類型的情況，大壩采取加固處理措施是十分必要的。結合白石里水庫，對水庫調洪演算和防滲加固處理進行研究。

2 工程概況

白石里水庫為小(1)型水庫，庫容103.5萬m3，最大壩高15.9 m，工程等別為Ⅳ等。水庫主要建筑物大壩、溢洪閘、放水涵洞均為4級建筑物。本工程永久性擋水和泄水建筑物所采用的設計洪水標準為30 a一遇，校核洪水標準為500 a一遇，消能防沖標準為30 a一遇。30 a、500 a一遇洪峰流量分別為64.1 m3/s、96.3 m3/s。根據大壩鑒定結果，存在主要問題是滲漏嚴重、抗滑穩定性不滿足要求。

3 調洪演算

3.1 水庫泄流能力

白石里水庫水位～庫容曲線見圖1。水位～泄流能力曲線見圖2。

圖1 水位庫容關系曲線

圖2 水位～泄流能力曲線

3.2 控制運用條件

溢洪道位于大壩左岸，共分三孔，單孔凈寬2 m，堰頂高程57.00 m，最大泄量50.4 m3/s，配3臺8 t手動螺桿式啟閉機。故水庫調洪演算起調水位為57.00 m，即當庫水位超過堰頂時，溢洪道開始溢流泄洪。

3.3 調洪演算

3.3.1 調洪演算基本原理

根據水庫泄洪運用方式，以及水庫容積關系曲線、溢洪道泄量關系曲線和設計洪水成果進行調洪演算，水庫調洪演算方程式如下，水庫瞬時進出水量平衡方程式：

雨量與匯流關系如下式：

Q=166.7φFi/10

式中：Q為匯流量，m3/s；F為設計排水面積；i為設計降雨強度；φ為徑流系數。

3.3.2 調洪演算成果

調洪演算過程見表1、表2，計算結果見表3。由表1～表3可見，經洪水復核與調洪計算，水庫設計洪水位59.19 m，相應下泄流量31.6 m3/s；校核洪水位60.14 m，相應下泄流量54.2 m3/s，與原設計洪水位59.13 m和校核洪水位60.15 m差別較小。因此本次安全評價和除險加固仍采用原特征水位，即設計洪水位59.13 m，校核洪水位60.15 m。

表1 白石里水庫調洪演算過程(重現期30 a)

表2 白石里水庫調洪演算過程(重現期500 a)

表3 白石里水庫調洪演算結果

4 防滲加固方案設計

4.1 方案比選

白石里水庫大壩長450 m，最大壩高15.9 m。根據勘察報告，壩體主要由素填土組成。根據注水試驗結果可知，壩體局部密實度差、透水性強，滲透系數不滿足要求。壩體加高填土來源于壩體左側山體，砂礫石含量較大。目前，壩體主要存在滲漏嚴重等現象，主要和壩體填筑質量、填筑料有關，存在滲流安全隱患。根據壩體現狀，提出以下三種防滲方案。

4.1.1 方案一：高壓旋噴樁防滲墻

高壓旋噴樁防滲墻主要是利用鉆機成孔后，將灌漿管下降至預定位置，利用高壓噴射的漿液形成墻體。高壓旋噴樁防滲墻適應性較強，可在多種地層中使用，且成樁強度大、完整性好、噪音小、施工速度快等優勢。結合大壩工程情況，沿壩頂軸線布設單排旋噴樁。

防滲墻厚度按下式計算：

T=ΔH/[J]

式中：T防滲墻厚度，m；ΔH最大上、下游水頭差，ΔH=13.65 m；[J]允許水力坡降。

4.1.2 方案二：塑性混凝土防滲墻

該方法主要是利用機械成孔，之后向孔內灌注混凝土，從而形成連續的防滲墻。塑性混凝土防滲墻的主要優勢為：耐久性好、墻體厚度可控，但該方法對施工場地要求較高，工程投資大。結合工程概況，初步確定配比如下：水泥∶砂∶碎石∶粘土=1∶1.5∶2.9∶0.2。施工前需要根據試驗綜合確定材料配比。經計算，設計防滲墻厚度為0.3 m。滲透系數k≤1×10-6cm/s。

4.1.3 方案三：多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻

該方法是使用多頭小直徑深層攪拌樁機將漿液噴成土體，同時利用鉆頭攪拌。將漿液與土體混合，形成水泥土防滲墻，經計算，防滲墻厚度不應小于0.28 m。考慮到施工偏差，設計樁徑為50 cm，樁心距為32 cm，搭接處成墻厚度38.4 cm。要求滲透系數k≤1×10-5cm/s。

4.2 各方案比選

上述3種方案均取得了許多成功經驗，在防滲技術要求上是可行的，成功實施后可確保壩體滿足防滲需求。但3種方案在施工過程中存在差別。各方案對比見表3。

表3 防滲方案比選

根據表3可知，方案三工程造價最低，但該方法一般在防滲墻深度小于15 m的情況下實施效果較好，針對本工程含有較多硬塑粘性土以及砂類土適宜性較差，本工程素填土液性指數IL=0.41～0.53，處于可塑狀態，方案三基本適宜本工程土體。但是，白石里水庫大壩右壩肩滲漏情況較嚴重，且前期加高過程中填筑料含有砂礫石，使用方案三存在不能成墻的可能，如成墻則耐久性較差。因此，方案三可不考慮作為此次防滲加固的推薦方案。方案一、二均具備良好的適宜性，防滲效果均較好，從經濟方面考慮，方案一投資低。綜合考慮，采用高壓旋噴樁防滲墻作為防滲加固方案。

5 結論

為了改善白石里水庫滲漏量、滲流穩定性不滿足要求的現狀，急需對其采取加固治理。通過調洪演算，采用原設計特征水位仍可滿足現狀防洪需求，除險加固水位按照原設計標準計算。通過3種方案比選，采用高壓旋噴樁防滲墻作為防滲加固治理方案，具有防滲加固效果好、適應性強、施工難度低等優勢，作為防滲加固的推薦方案。