紅旗水庫除險加固防滲嵌固墻基礎處理

陸定偉　劉春艷

摘 要：紅旗水庫位于貴州省織金縣金龍鄉(xiāng)，大壩為土石壩，最大壩高18.8 m，修建于20世紀70年代。由于受當時施工技術與經(jīng)濟條件的影響，大壩填筑時清基不徹底，未清除覆蓋層。壩基局部地段為沖洪積淤泥，且壩基未做防滲處理，壩基松散覆蓋層及強風化巖石透水性較大，在庫水壓力作用下壩體及壩基存在大面積滲漏現(xiàn)象。在除險加固施工時，大壩上游壩腳防滲嵌固墻基礎為淤泥，深為6～13 m，淤泥承載力低，觸變性大，不滿足嵌固墻對基礎的要求。結合現(xiàn)場實際情況，采取松木樁+塊石夯填擠密+鋼筋混凝土墊層相結合的綜合處理方案。大壩防滲加固修復工程實施后，大壩運行良好，防滲效果良好，至今未發(fā)現(xiàn)滲水點，且歷經(jīng)高水位和汛期大流量蓄水等特殊運行工況的考驗，防滲嵌固墻基礎問題得到有效處理。

關鍵詞：除險加固;地質條件;松木樁;防滲嵌固墻;滲漏

中圖分類號：TV441文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）11-0053-03

Analysis on the Foundation Treatment of Hongqi Reservoir's

Anti Seepage Wall

LU Dingwei1 LIU Chunyan2

（1. Guizhou Zhongcheng Tianhe Water Conservancy Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550003;

2. Guizhou University of Engineering Science，Bijie Guizhou 551700）

Abstract： Hongqi reservoir is located in Jinlong township， Zhijin county， Guizhou province. The dam is an earth rock dam with a maximum height of 18.8 m. It was built in the 1970s. Due to the influence of construction technology and economic conditions at that time， the foundation of the dam was not cleaned thoroughly and the overburden layer was not removed. The local section of the dam foundation is alluvial proluvial silt， and the dam foundation was not treated for seepage prevention. The loose overburden layer and strongly weathered rock of the dam foundation have high permeability Under the action of reservoir water pressure， and there is a large area leakage phenomenon in the dam body and dam foundation. During the reinforcement construction， the foundation of the impervious embedded wall at the upstream dam toe is silt， with a depth of 6～13 m. The silt has low bearing capacity and large thixotropy， which does not meet the requirements of the embedded wall for the foundation. Combined with the actual situation of the site， the comprehensive treatment scheme of pine pile + rock compaction + reinforced concrete cushion are adopted. After the implementation of the dam anti-seepage reinforcement and repair project， the anti-seepage effect is good， and no seepage point has been found so far. After the test of special operation conditions such as high water level and large flow storage in flood season， the anti-seepage embedded wall runs well， and the reservoir leakage problem has been effectively treated.

Keywords： danger removal and reinforcement;geological conditions;pine pile;impervious embedded wall;leakage

紅旗水庫位于貴州省織金縣金龍鄉(xiāng)東南面2 km處的細木村境內(nèi)，水庫距離織金縣城43 km。有通村公路從距壩址東側0.8 km處經(jīng)過，但未到壩址，交通不便。紅旗水庫所處河流大田壩溝為長江流域烏江水系六沖河右岸一級支流。水庫壩址以上集雨面積為3.58 km2。

紅旗水庫是一座以人畜飲水和灌溉為主的水庫，解決了1 000人、600頭牲畜的人畜飲水問題。水庫設計灌溉面積2 km2，有效灌溉面積約0.319 km2。水庫正常蓄水位1 406.20 m，水庫總庫容4.93×105 m3。工程等別為V等，屬小（2）型水庫。

水庫大壩為折線形土石混合壩，壩頂總長141.3 m。左壩段長91.3 m，最大壩高18.8 m，壩頂寬4 m;右壩段長50 m，最大壩高13.8 m，壩頂寬4 m。

1 大壩壩體現(xiàn)狀

大壩為土石混合壩，現(xiàn)壩頂高程1 408.30 m。上游壩坡為干砌片石護坡，局部片石存在松動、移位現(xiàn)象，雜草叢生，有零星灌木。據(jù)現(xiàn)場走訪調查和壩體上下游面坑探揭露，壩體填筑材料為左岸山體爆破的塊碎石及右岸山體的黏土夾碎石。據(jù)上游壩坡坑探揭露，上游壩坡填筑材料主要為黏土夾碎石，黏土呈可塑狀，碎石含量約為20%，粒徑為3～5 cm，個別較大的粒徑可達20 cm。壩體填筑材料較差。另外，受當時經(jīng)濟條件限制，壩體均為人工碾壓，無機械化設備操作，導致壩體碾壓質量較差。在庫水壓力作用下，壩體及壩基存在滲漏現(xiàn)象。現(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)，壩腳存在大面積的散浸現(xiàn)象，兩壩肩山腳有明顯的滲水點。其中，滲水點S1位于壩體中段右岸山腳，高程為1 397.36 m，滲水量為0.1 L/s。

2 防滲嵌固墻基礎施工

紅旗水庫上游壩坡除險加固方案為清除壩面雜質，鋪設PE復合土工膜進行防滲，采用C15混凝土預制塊護坡。在上游側壩趾處及上游周邊，修建寬1.5 m、高2.0 m的C15混凝土防滲嵌固墻。嵌固墻基礎應置于強風化基巖上，并兼作灌漿平臺。

工程于2019年2月開工。在防滲嵌固墻施工開挖過程中，主壩防滲嵌固墻樁號0+015.00～0+063.50段基礎開挖發(fā)現(xiàn)為沖洪積淤泥，且原壩基未做防滲處理，深為6～13 m，淤泥承載低，觸變性大，施工開挖機械難以進入作業(yè)面，無法開挖至設計高程。鑒于汛期即將來臨，為確保大壩安全，上游壩面施工須在枯水期內(nèi)完成。

經(jīng)參建各方討論后，設計擬采用以下處理方案。

①基礎開挖至原設計高程以下1 m（高程1 392.5 m）時，如仍未到達持力層，則采用機械打松木樁進行基礎處理[1]。木樁采用松木樁，間排距初步擬定為0.5 m，梅花形布置。松木樁直徑D為15 cm，長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。同時，木樁布設位置應與灌漿孔位置錯開。

②木樁打完后繼續(xù)塊石夯填擠淤[2-4]，并在上層采用碎石夯實至高程1 393.1 m。

③在高程1 393.1～1 393.5 m范圍內(nèi)澆筑C20鋼筋砼墊層，厚度為0.4 m，寬度為2.5 m。鋼筋為雙層雙向布置，直徑為14 mm，間排距為200 mm。待墊層混凝土施工完成后，檢測合格后在墊層上面進行C15混凝土防滲嵌固墻的施工，后進行帷幕灌漿工程施工。

3 計算復核

對上述所選方案進行計算復核，主要對松木樁承載力進行計算復核。根據(jù)《建筑地基處理規(guī)范》（JGJ 79—2012）[5]，單樁豎向承載力特征值應通過現(xiàn)場單樁荷載試驗確定，計算公式如式（1）所示。

[Ra=ψa×σ×A] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[Ra]為單樁承載力標準值，kN;[ψ]為縱向彎曲系數(shù)，與樁間土質有關，一般取1;a為樁材料的應力折減系數(shù)，木材取0.5;[σ]為樁材料的容許應力，樁頭直徑為150 mm、樁尾直徑為120 mm的松木樁的[σ]取值為2 700 kPa;[A]為樁端截面積，m2。因此，將[ψ]=1 、a=0.5 、[σ]=2 700 kPa、[A=π×0.1222] m2帶入式（1），有[Ra]=15.26 kN。

經(jīng)過嵌固墻穩(wěn)定和應力應變計算，單位長度的擋墻所需的地基載力[R]為79.5 kPa。由[N=RRa=5.2]可知，每平方米需要至少5.2根樁。實際設計松木樁采用50 cm×50 cm梅花形布置，面積置換率[m]的計算公式如式（2）所示。

[m=d21.05×s2×100%=8%] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式（2）中：[d]=0.15 m;[s]=0.5 m。

結合防滲嵌固墻尺寸，松木樁間排距均為0.5 m，梅花形布置，具體布置如圖1和圖2所示。

松木樁應使用“原木”的，不能加工成其他形狀，尤其不能對半鋸開變成半圓狀。半圓樁易彎曲，會失去作用，需要采用新鮮的松木，胸徑不小于15 cm。為了順利進行打樁施工，尾部應加工成尖錐形狀，施工時采用液壓挖掘機打樁，并及時清除打樁時擠出的淤泥，同時做好抽排水措施。

通過以上處理，防滲嵌固墻順利澆筑完成，并進行了帷幕灌漿。經(jīng)過兩年的運行監(jiān)測，紅旗水庫下游壩腳未發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象，嵌固墻未發(fā)生沉降和位移。可見，本次采用松木樁處理防滲嵌固墻基礎效果較好。

3 經(jīng)濟性分析

由于基礎淤積較深，施工難度大，結合工程所在地情況，選擇松木樁和混凝土預制樁進行比較分析。根據(jù)水利工程概算定額，Φ15 cm的松木樁（5 m長）單價為108元/根。本工程共計打樁294根，松木樁總費用約3.18萬元。12 cm×12 cm混凝土預制樁（5 m長）單價為1 150元/m3，即0.088 m3/根，換算后約83元/根，總費用約2.43萬元;費用方面，混凝土樁優(yōu)。但是，結合實際情況，預制混凝土樁工期較長，而工程所在地木樁取用便捷，工期短。鑒于防滲嵌固墻施工開挖時段即將進入汛期，為保證工程進度，在汛期來臨前須完成上游壩面的施工，故采用松木樁方案。

4 結論

紅旗水庫是一座集灌溉、供水以及防洪等功能于一體的綜合性水庫。由于受限于當時的施工技術與經(jīng)濟條件，大壩填筑時清基不徹底，未清除覆蓋層，壩基局部地段為沖洪積淤泥，且壩基未做防滲處理。在除險加固時，大壩上游壩腳防滲嵌固墻基礎為淤泥，淤泥承載力低，觸變性大，不滿足嵌固墻對基礎的要求。為確保水庫施工順利進行，確保在汛前完成上游壩面的施工，結合目前防滲處理工程實例，通過綜合比較，采取松木樁+塊石夯填擠密+鋼筋混凝土墊層相結合的綜合處理方案。該工程蓄水近兩年，通過高水位工況和監(jiān)測，下游壩腳未發(fā)現(xiàn)滲水點，壩體結構穩(wěn)定安全。

松木含有豐富的松脂，而松脂能很好地防止地下水和細菌對其的腐蝕，故松木樁適宜在地下水位以下工作。紅旗水庫防滲嵌固墻基礎采用松木樁處理方案，為上游壩面在汛前施工完成起到了關鍵作用，對小型水庫工程除險加固工程施工過程中的軟基礎處理具有一定的參考性。

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