小壩田水庫右壩肩防滲處理設計變更方案的探討

龍寧寧

（貴州筑恒檢測服務有限公司,貴州 貴陽 550002）

1 工程簡介

小壩田水庫位于六枝特區梭戛鄉樂群村小壩田組,壩址位于沙子河的一級支流小壩田小河上,沙子河為三岔河左岸一級支流,隸屬長江流域烏江水系烏江二級支。壩址以上集雨面積4.8 km2,其中地表流域面積2.3 km2,地下流域面積2.5 km2,是一座以灌溉為主兼顧周邊地區人飲的綜合性水庫,水庫總庫容62.0 萬m3,大壩為混凝士砌石拱壩,最大壩高53.5m。工程規模屬小（2）型。

2 工程區域地質和水文特征

梭戛鄉位于云貴高原中西部,地處黔西高原向黔中丘原的過渡地帶,區內山峰海拔多在1500 m～2000 m 之間,河谷高程多1000 m～1200 m 之間,相對高差多在200 m～500 m 之間。測區地形起伏差大,山體走勢與構造線方向基本一致,以北東向展布為主,北西向次之,巖溶多發育,巖溶型態主要有巖溶洼地、落水洞、溶洞、暗河等,面積占測區的85%左右。局部巖溶弱發育或不發育,占15%左右,主要分布于測區的北東角的碎屑巖地層上,區內總體以低中山巖溶地貌為主,主要為巖溶峰叢洼地、谷地、中山溝谷等。局部有少量侵、剝蝕地貌。壩址位于梭戛鄉小壩田組蘇家寨北面的峽谷出口處,處于后寨背斜西翼轉折端附近,水庫區無斷層發育,距F2 逆斷層約2.5 km,壩址巖層產狀變化不大,總體為單斜構造,巖層產狀200°～205°∠15°～18°,與河流組成傾下游略偏右岸的橫向河谷。

小壩田河是沙子河的一級支流,發源于織金縣麻地窩,海拔高程1790 m,從河源呈南方向流入,在1685 m 高程處入境,流經小壩田、在田壩頭附近于1475 m 高程潛入地下暗河,伏流1.2 km 后出露,再經80m 長匯入沙子河,小壩田水庫壩址下游690 m 處有一落水洞,落水洞高程1470 m,出水點位于沙子河岸邊。

3 工程建設情況

小壩田水庫工程于2016 年9 月8 日正式開工建設,于2018 年6 月29 日大壩封頂,2018 年10 月8 日溢流堰工程完成,沖砂底孔處于全開狀態,大壩帷幕灌漿已完成70%,剩余30%為右壩肩（含重力墩）及右岸向庫尾延伸部分未進行帷幕灌漿。

4 防滲處理設計變更緣由

項目所在地連續強降雨,使水庫水位持續上升至高程1514.80 m,距正常蓄水位1515.00 m 僅0.2 m。在2019 年6 月17 日中午汛期巡庫人員發現水庫右壩肩下游明顯集中滲漏地段三處,總滲漏量約0.2 m3/s,SW2 滲漏段邊坡覆蓋層局部存在垮塌現象。由于降雨未停,滲漏量有逐漸變大的趨勢,情況比較危急,為此項目業主積極組織參建各方現場辦公緊急搶險,立即組織人力采用沙袋填堵右壩肩入滲帶,現場做聯通試驗查明滲漏通道,調動鉆機對右壩肩進行勘探,同時對右壩肩（含重力墩）局部進行補強固結灌漿。經過右壩肩局部入滲帶沙袋填堵及庫水位的下降,滲漏量明顯減少,做連通試驗后,確定右壩肩下游各滲漏點主要通過已建的1495.0 m混凝土臺階以上壩肩進行滲漏。

查施工地質資料,此段發育有裂隙、軟弱夾層等不良地質,巖石局部破碎,在重力墩下有一個未挖尖滅的溶槽貫穿重力墩上下游。根據以上原因推測右壩肩下游滲漏的水是通過右壩肩上游1495.0 m 混凝土臺階以上滲漏的,此段形成繞壩滲漏。險情發生后,勘察設計單位對右壩肩滲漏現場進行了勘察,下游邊坡地表覆蓋層發現多處裂縫等變形,說明邊坡的穩定性存在問題,對下方的施工人員的生命及財產安全構成威脅。

險情發生時間緊促,短時間庫水位急劇抬高導致壩肩巖體的溶隙、溶縫被擊穿,地下水帶出巖溶通道中泥質充填物,但巖體風化層厚度和風化程度基本未發生變化,還未造成巖體結構面破壞,巖體結構面力學參數與險情發生前基本保持一致。測量人員對右壩肩及重力墩進行了位移監測,經過搶險期間的監測數據,右壩肩及重力墩均無位移變化。經復核,在現狀（沖刷后）的條件,壩肩穩定滿足規范要求,短期內重力墩應力和穩定滿足規范要求。但長期將導致巖體風化程度和風化厚度加深,影響壩基承載力和壩基變形,導致大壩失穩,引發事故。

綜上所述,險情發生后,壩肩短期內雖然是穩定的,但庫水位驟升導致該帶山體已形成明顯滲漏通道,滲漏通道較初步設計分布范圍更大,延伸更廣,埋深更深,水文地質條件明顯變差,原設計帷幕單排防滲已不能滿足要求,防滲工作量明顯會增大,而且可靠性明顯降低。現狀滲漏量為0.2 m3/s,每天滲漏量約為1.73 萬m3,嚴重影響水庫蓄水,影響工程的任務及規模。且在現狀滲漏的條件下長期運行,地下水對右壩肩及重力墩基礎巖體的沖刷及侵蝕,勢必會破壞右壩肩及重力墩基礎巖體,造成安全隱患。因此,為了施工安全,也為了水庫下游村寨人民的生命及財產安全,對小壩田水庫防滲處理方案進行設計變更。

5 防滲處理方案比選

根據右壩肩滲漏原因分析可知,右壩肩庫前有明顯的入滲帶,入口基本上為溶蝕裂縫,裂縫多為充填型,充填物以粘土夾少量碎石為主,在高水位的作用下擊穿,形成滲漏通道,從而產生右壩肩的滲漏問題。經過沙袋填堵右壩肩局部入滲帶及庫水位下降,發現滲漏量明顯減少,以及做連通試驗后,確定右壩肩下游各滲漏點主要通過已建的1495.0 m 混凝土臺階以上壩肩進行滲漏。通過觀測得知,大壩右壩肩上游在1495 m 混凝土臺階以上產生滲漏,因此為方便施工,以1495 m 高程的混凝土臺階作為防滲處理基礎高程,對此提出以下兩種防滲處理方案進行比較：方案一：庫前砼隔水墻+帷幕灌漿的方法進行防滲處理；方案二：砼防滲面板方案+帷幕灌漿；方案三：沿原初設帷幕灌漿加強處理的方案。

經過綜合比較,由于溶槽中填充物已被掏空,形成較大通道,方案三實施效果不理想,不能有效達到防滲目的。方案一投資為758.33 萬元,方案二投資為805.85 萬元,方案一比方案二節約47.52 萬元,因此采用方案一,即庫前砼隔水墻+帷幕灌漿的方法進行防滲處理。

6 防滲處理方案

防滲處理方案為庫前砼隔水墻+帷幕灌漿的方法進行防滲處理,隔水墻平面布置圖及帷幕灌漿線路圖見圖1。

圖1 隔水墻平面布置及帷幕灌漿線路圖

6.1 砼隔水墻方案

隔水墻墻頂寬度定為4.0 m；隔水墻上游面坡比為1∶0.45,基礎置于已建的混凝土臺階上,臺階高程為1495.0 m。下游面坡為1∶0.2,基礎高程為1500.375 m。隔水墻頂部長度為20.0 m。隔水墻與壩體上游面接觸面設2 道橡膠止水,止水嵌入混凝土0.5 m。墻頂靠庫區一側設置防浪墻,防浪墻高度為1.2 m。

6.2 帷幕灌漿方案

灌漿線路為右壩肩+砼隔水墻+右岸帷幕線,位置變化主要為重力墩附近的灌漿孔向庫區前移到砼隔水墻墻頂,其余灌漿帷幕線布置與原來相同。

根據壩址基巖地質條件并結合水工建筑物的布置,本次帷幕灌漿線分主、副帷幕線。主帷幕線的布置為：沿著砼防滲墻軸線上游側布置,右岸向庫區上游延伸,總長41 m。副帷幕線的布置為：沿著砼防滲墻軸線下游側布置,右岸向庫區上游延伸,總長81 m。主、副帷幕線均與原帷幕線連接。

變更后帷幕線路變化情況：原設計帷幕灌漿沿拱壩走向布置,穿過重力墩,向庫尾延伸,帷幕線長564 m,變更后帷幕灌線從原設計帷幕孔89#開始布置,位于下游側、單排,在原設計帷幕103#轉彎,沿上游C20 砼隔水墻頂部布置雙排,接到原設計帷幕131#孔附近,帷幕線長39.70 m。變更后帷幕線比原帷幕線少43.07 m,因變更后帷幕線采取雙排孔,灌漿進尺比原帷幕總進尺增加700.1 m。原設計帷幕線與變更后帷幕線見圖1。

6.3 下游滑坡山體恢復處理方案

結合塌方區實際情況,恢復方案為：坡腳采用M7.5 漿砌石擋墻護腳,墻后塌方區回填放坡（坡比為1∶1.5）進行恢復處理。為保證邊坡的穩定,采用生態袋護坡進行處理。在回填邊坡邊界外0.5 m～1 m 設置截水溝,截水溝尺寸為40 cm×40 cm。

7 拱壩應力及整體穩定分析

防滲處理設計變更方案實施后,壩體右岸修建隔水墻,隔水墻后無水,導致壩體受力條件發生變化,同時,右壩肩基礎基巖裂隙局部被擊穿,導致壩體基礎參數發生變化,因此需對拱壩安全進行復核。但是由于修建隔水墻之后,壩體受力情況有所改變,采用拱冠梁分載法等常規方法難以準確模擬隔水墻及壩體之間的作用力傳遞情況。鑒于以上情況,委托貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司采用有限元法計算壩體應力及變形情況,與此同時采用超載法計算大壩結構調整后的整體穩定性。鑒于以上情況,在已掌握的大壩地質條件、氣候特征以及壩基地質參數及力學指標的基礎上,考慮多種水位條件及溫度荷載組合,采用有限元法計算分析小壩田水庫拱壩應力及變形分布特征,并按照規范要求,復核建基面的等效應力,還對加固后大壩的整體穩定進行了分析。壩體變形、應力及穩定均滿足要求。

8 結語

貴州屬喀斯特地區,在貴州修建水庫,防滲方案的選擇十分關鍵。通過合理更新設計理念,認真組織前期勘探工作,加強基礎資料收集,合理選擇防滲方案,使水庫庫盆、壩肩滲漏等問題得到有效解決,從而實現水庫效益的發揮。小壩田水庫右壩肩防滲處理方案實施后,有效的解決了右壩肩及重力墩基礎的滲漏問題,工程運行基本正常,效益得到了充分的發揮。