白山凌水庫大壩防滲加固方案比選

王國(guó)亮 馬 瑞 張誦彥

白山凌水庫總庫容620 萬m3，是一座以灌溉、養(yǎng)殖、滯洪等綜合利用的重點(diǎn)?。?）型水庫。土壩建成以來一直存在滲漏問題，尤其汛期高水位時(shí)，主要表象為地表潮濕，有明顯水跡或小片的積水且有流動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)水庫工程特點(diǎn)及目前土石壩防滲加固技術(shù)，結(jié)合白山凌水庫壩身、壩基等實(shí)際情況，提出以下加固方案進(jìn)行比較。

一、防滲加固方案

1.沖抓套井回填粘土防滲墻（簡(jiǎn)稱粘土井柱）

本方案是在壩身及壩基采用粘土井柱防滲，大壩兩端與山體接觸部位風(fēng)化基巖采用帷幕灌漿。

（1）平面布置

自壩頂軸線方向布置防滲墻，頂高程為49.0m，底部深入壩基②層重粉質(zhì)壤土2.0m，兩端伸處伸入風(fēng)化巖石1.0m。

（2）粘土井柱防滲墻

套井采用單排布置，在壩軸線上游側(cè)按主、套井相間布置。

（3）粘土井柱防滲墻厚度

按式T=△H/I 計(jì)算。

式中：

T—防滲墻有效厚度（m）；

△H—防滲墻承擔(dān)的最大水頭差；

I—防滲墻允許的滲透坡降，粘土為5～8，取7。

上、下游最大水位差11.6m，經(jīng)計(jì)算T=1.66m。采用單排套井，則選擇的參數(shù)：最優(yōu)套角α 為45.0，套井半徑為1.2m，孔距1.7m，有效厚度為1.6m，滿足厚度要求。井柱防滲墻共需布井106 根，總進(jìn)尺1177m。

（4）防滲墻深度

防滲墻從49.0m 高程，經(jīng)壩身填土（人工）重粉質(zhì)壤土，伸層壩基土2.0m，兩端伸處伸入巖石1.0m。

（5）粘土井柱施工

粘土井柱施工采用單排布置，井柱中心線在壩軸線位置，按一主一套相間布置連成井墻，先打主井①、③號(hào)井，回填后再打②號(hào)井，回填后再打⑤號(hào)井，回填后再打④號(hào)井，以此類推。

2.混凝土防滲墻方案

方案布置：沿壩軸線方向在壩中布置塑性混凝土防滲墻，防滲墻墻頂高程49.0m（平校核洪水位），經(jīng)壩身填土（人工）重粉質(zhì)壤土，底部伸入壩基土2.0m，靠近溢洪道端部伸入風(fēng)化砂巖1.0m；形成一道完整的防滲體系，以控制壩體壩基滲流，降低壩體浸潤(rùn)線，防止壩體產(chǎn)生滲透破壞，最大成墻深度約14.0m。墻體厚度0.3m，大壩兩端與山體接觸部位風(fēng)化基巖采用帷幕灌漿。混凝土防滲墻的設(shè)置，減小了壩下承壓水頭，大大降低了下游壩體浸潤(rùn)線，增強(qiáng)大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定性。

3.多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻方案

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴入土體，同時(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強(qiáng)度高，滲透系數(shù)較小，并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接成一列形成連續(xù)墻體，可有效起到截滲作用。

二、方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1.粘土井柱（方案一）

粘土井柱防滲方案優(yōu)點(diǎn)是上部采用粘土井柱墻，防滲效果可靠，施工速度快。缺點(diǎn)是施工易受庫水位影響，防滲墻上、下兩部分不能同時(shí)施工，延長(zhǎng)了施工周期；形成的墻體防滲性能上、下存在差異，施工質(zhì)量不容易控制，不利于防滲效果的分析。

2.混凝土防滲墻方案（方案二）

混凝土防滲墻是水工建設(shè)中采用較普遍的一種地下連續(xù)墻，是透水體防滲處理的一種有效措施。混凝土防滲墻是利用專用的造槽機(jī)械設(shè)備營(yíng)造槽孔，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。施工中可科學(xué)調(diào)整混凝土配合比，并采用新的防滲材料，根據(jù)不同的壩體應(yīng)力應(yīng)變要求建造低彈模、塑性、柔性連續(xù)墻，用于防滲加固。

（1）防滲墻厚度

混凝土防滲墻厚度計(jì)算公式：T ≥△H/J，式中：

△H—最大上下游水頭差（m）；

J—混凝土防滲墻允許水力坡降，按有關(guān)資料取J ＝60；

則混凝土防滲墻厚T ≥△H/J=0.194m，結(jié)合施工機(jī)械等因素取0.3m。

（2）防滲墻材料

防滲墻采用普通混凝土，物理力學(xué)指標(biāo)要求為：

抗壓強(qiáng)度:R ≥15.0MPa；

彈性模量:E ＜24GPa；

坍落度:18～22cm；

擴(kuò)散度:34～40cm；

滲透系數(shù):K ＜i×10-7cm/s(1 ＜i ＜10）；

允許滲透比降:[J]>80。

混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)要求為W6，配置普通混凝土材料要求水泥優(yōu)先采用礦渣硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)不小于32.5 級(jí)，細(xì)骨料（砂）要求細(xì)度模數(shù)F·M ＝2.4～2.8，砂率35%～45%，粗骨料（石子）最大粒徑不超過20～40mm，水泥水灰比為0.6～0.65，水泥用量不小于300kg/m3。

施工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)提高30%～40%，再根據(jù)防滲強(qiáng)度保證率進(jìn)行試配。

（3）造孔方法

鋸槽法造孔澆注連續(xù)墻是一種新型混凝土連續(xù)墻施工技術(shù)。已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于黃河、長(zhǎng)江大堤的防滲除險(xiǎn)加固工程中。且該壩混凝土防滲墻厚度較薄，深度不大，故采用鋸槽法造孔。

3.多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻（方案三）

防滲墻施工初步采用ZCJ-25 型深層攪拌機(jī)噴漿造墻，該機(jī)鉆頭間帶有剛性連鎖裝置，可實(shí)現(xiàn)一次成墻，一機(jī)共有3～6 個(gè)鉆頭，本次設(shè)計(jì)采用5 個(gè)鉆頭，鉆桿間中心距320mm。

防滲墻厚度按公式T=△H/[J]計(jì)算。

式中：

T—最小防滲墻厚度（m）；

△H—最大上、下游水頭差（m）；

[J]—高噴防滲墻允許水力坡降，參考相關(guān)資料取60。

上、下游最大水位差11.6m經(jīng)計(jì)算得T=0.194m，考慮到施工可能帶來的垂直偏差，選用樁徑為400mm，搭接處理論最小成墻厚度240mm，樁間最大搭接80mm，可滿足防滲墻厚度的要求，大壩兩端與山體接觸部位風(fēng)化基巖采用帷幕灌漿。

三、方案選用

對(duì)粘土井柱、混凝土防滲墻、多頭小直徑深層攪拌樁三個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，通過各方案設(shè)計(jì)的要求，計(jì)算各方案的工程量及投資如表1。

表1 大壩防滲加固方案比較表

方案一：由于白山凌水庫上、下游水位差較大，不利于采用此方案。本次加固設(shè)計(jì)不予選用。

方案二：施工難度不大，施工速度快，成墻可靠，且混凝土防滲墻適應(yīng)性較廣，適用于各類地層，強(qiáng)度高，防滲性能好，耐久性好，投資較適中，但施工工作平臺(tái)要求較高，施工時(shí)要將大壩壩頂降低1.0m，施工平臺(tái)寬度達(dá)到10.0m，且投資較大。由于現(xiàn)狀白山凌水庫大壩后較陡，需要大量的土方來滿足施工要求，增加了投資，所以本次加固設(shè)計(jì)不予選用。

方案三：該技術(shù)成墻價(jià)低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墻耐久性好，且不受庫水位的影響。該技術(shù)在長(zhǎng)江大堤和淮河大堤上得到廣泛應(yīng)用，有較成熟的經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)，白山凌水庫防滲深度最大只有14.0m，且壩基為重粉質(zhì)壤土，比較適合多頭小直徑的使用，所以本次加固設(shè)計(jì)選用此方案。

綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，推薦全壩段采用方案三多頭小直徑深層攪拌樁進(jìn)行防滲加固。大壩兩端壩體與基部巖石接觸部位采用帷幕灌漿處理