某大壩防滲設(shè)計中混凝土防滲墻施工工藝比選

羅明

(中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計集團有限公司，江西 南昌 330029)

1 工程概況

某水庫壩址以上控制流域面積11.07 km2，水庫總庫容1 126×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫正常蓄水位46.20 m(黃海高程，下同)，死水位37.20 m，設(shè)計洪水位(P=2%)46.94 m,校核洪水位(P=0.10%)47.33 m，設(shè)計灌溉面積1 467 hm2，實際灌溉面積1 200 hm2。水庫樞紐工程主要建筑物有主壩1座，副壩3座，溢洪道2座，壩下灌溉涵管4條，連通渠3條。

主壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程 48.68～49.43 m,最大壩高12.00 m，壩頂寬5.45 ～ 7.00 m，壩頂長366 m。上游壩坡為不完整的塊石護坡，坡比1∶2.80～1∶30，下游坡為草皮護坡，在43.90 m高程設(shè)馬道，馬道寬度3.10～4.20 m，馬道以上坡率1∶2.60～1∶2.80，馬道以下坡率1∶2.75～1∶3.40，壩腳無排水反濾設(shè)施。主壩左端布置有灌溉涵管，涵管尺寸(寬×高)0.70×1.00 m，長度70 m，進口底高程37.20 m。左壩肩存有開挖取土坑，坑底高程45.30 m左右，最低處高程42.46 m。右壩肩與一副壩相連。

一副壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程47.70～49.24 m，最大壩高10.60 m，壩頂寬5.00～6.70 m，壩頂長441 m(含東溢洪道段)。上游壩坡為不完整的混凝土預制塊護坡，坡比1∶2.80～1∶3.10，下游坡為草皮護坡，在44.50 m高程設(shè)馬道，馬道寬度約4.50 m，馬道以上坡率1∶2.80，馬道以下坡率1∶3.10，壩腳無排水反濾設(shè)施。一副壩分為南、北兩個壩段，一副壩南壩段中段布置有灌溉涵管，涵管內(nèi)徑0.40 m，為預制鋼筋混凝土圓管，全長37 m，進口底高程39.50 m。

2 大壩防滲加固的必要性

2.1 壩體填筑土料成份較復雜

壩體上部填筑土為含砂(礫)低液限粘土(局部為低液限粘土)(rQ2)：該土料主要取自壩址附近的全～強風化千枚巖料，并混雜部分殘坡積物,局部夾有碎塊石,呈松散～稍密狀態(tài)，填筑質(zhì)量較差。據(jù)室內(nèi)試驗成果，壩體土干密度平均值1.48 g/cm3，孔隙比0.837，滲透系數(shù) 5.00×10-4cm/s，不滿足《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》中強制性條文的要求。

壩體下部填筑土由低液限粘土(rQ1)組成，該土料主要取自壩址附近第四系全新統(tǒng)的殘坡積及沖積物，土體稍濕～濕，稍密狀，以可塑狀為主，局部硬可塑狀，含少量碎磚塊及石英細礫。據(jù)室內(nèi)試驗成果，壩體土干密度平均值1.51 g/cm3，孔隙比平均值0.80，滲透系數(shù)2.00×10-4cm/s，不滿足《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》中強制性條文的要求。

在水庫運行過程中，當庫水位達46.10 m時，主壩右端下游壩腳出現(xiàn)塌陷，長達25 m，寬10 m，下塌0.50 m。故壩體存在滲漏問題。

2.2 繞壩滲透穩(wěn)定問題

左壩頭巖性為強風化的變余凝灰質(zhì)砂巖,據(jù)鉆孔注水試驗成果，其滲透系數(shù)K=1.48×10-4～5.77×10-4cm/s，(基巖取K≥1×10-4cm/s和q≥10 Lu作為相對透水層)具中等透水性，防滲性能較差。地下分水嶺也低于水庫正常蓄水位，故存在繞壩滲漏問題，建議對左壩頭作防滲處理，防滲長度自ZK513孔向左25 m。另因筑壩取土形成挖掘坑，坑底高程局部低于正常蓄水位。

右壩頭與一副壩左壩頭相接。相對透水層厚度較小,分布較淺。相對透水層在庫首因連通渠的開挖，無天然防滲鋪蓋保護，而直接暴露于水庫。加之巖體裂隙發(fā)育和破碎，存在繞壩滲漏問題，其滲透穩(wěn)定性需按巖土滲透系數(shù)、允許滲透坡降和滲徑進行核算。

根據(jù)現(xiàn)狀壩體斷面滲流計算，壩體在校核洪水位(47.33 m)情況下壩體浸潤線出逸點高程42.80 m，位置較高，不利于下游壩坡的抗滑穩(wěn)定，同時，下游壩體土的最大坡降值為0.39，大于其允許值0.35，易產(chǎn)生滲透破壞；綜上所述，大壩壩身需進行防滲處理。

3 大壩防滲加固設(shè)計

3.1 防滲方案擬定

根據(jù)大壩地質(zhì)勘察資料及滲流計算成果分析，大壩壩體及左壩肩均需進行防滲處理,右壩肩與一副壩防滲處理相接。根據(jù)工程地質(zhì)條件和目前比較成熟且應(yīng)用較廣泛的垂直防滲技術(shù)的適用性，此次加固設(shè)計防滲處理采用垂直防滲方案，根據(jù)地勘鉆孔資料，此工程壩體及壩基第四系殘坡積層和沖積層，采用混凝土防滲墻防滲方案；為確保工程安全，可靠運行，此工程擬定混凝土防滲墻進入強風化狀千枚巖深0.50 m。

3.2 防滲布置

根據(jù)地勘資料及滲流穩(wěn)定計算成果，對大壩壩身進行防滲處理。左壩肩原涵管以左壩體在涵管施工時基本挖除，左壩肩壩體按設(shè)計要求施工，混凝土防滲墻插入新建左壩肩壩體10 m處，在樁號0+028.0處結(jié)束。左壩肩壩體挖除后，基礎(chǔ)澆筑C15混凝土壓漿板，板寬3.00 m，板厚0.50 m。右壩肩混凝土防滲墻同一副壩混凝土防滲墻相接。防滲設(shè)計剖面圖如圖1所示。

圖1 防滲設(shè)計剖面圖

3.3 混凝土防滲墻施工工藝比選

混凝土防滲墻施工工藝的選擇主要考慮各成墻技術(shù)的成墻原理，適用條件、成墻質(zhì)量、成墻成本等各方面因素進行。防滲墻的厚度，主要考慮壩基帷幕灌漿的施工要求，確定防滲墻墻體厚度為60 cm，擬定三種可行的混凝土防滲墻施工工藝進行經(jīng)濟和技術(shù)比較，各方案的主要技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟指標比較詳見表1。

表1 混凝土防滲墻施工工藝比較表

由表1可知，沖擊鉆造墻工效低，造價較高，高壓噴射灌漿造防滲墻，墻體厚度變化大，粘土層厚度較薄。兩鉆一抓造混凝土防滲墻造價適中，成墻質(zhì)量可靠，檢測方便，易于控制及布置帷幕灌漿孔，推薦采用兩鉆一抓造混凝土防滲墻，墻體厚度為60 cm方案。

4 結(jié)論

①根據(jù)該工程地勘及實際情況，本次加固設(shè)計防滲處理采用垂直防滲方案，根據(jù)地勘鉆孔資料，本工程壩體及壩基第四系殘坡積層和沖積層，采用混凝土防滲墻防滲方案。②在施工工藝上，兩鉆一抓造混凝土防滲墻相比于高壓噴射灌漿造防滲墻和沖擊鉆造墻，投資比較適中，成墻質(zhì)量好，易于控制，更加安全、可靠、經(jīng)濟。