過路碑水庫防滲加固設計

薛期穎

（漳州市長泰區農田建設站，福建 漳州 363000）

1 工程概況

過路碑水庫位于長泰區坂里鄉丹巖村西北，是一座以發電為主，結合灌溉、防洪、養殖等綜合利用的?。á颍┬退畮?。壩址以上流域面積48.80 km2，河道長15.80 km，平均坡降39.9‰。引水發電裝機容量450 kW。工程于2004年10月建設，2005年12月建成。按30年一遇設計，200年一遇校核；設計洪水位252.85 m，相應庫容95.80萬m3（相應溢洪道下泄流量436 m3/s）；校核洪水位253.50 m，相應總庫容99.70萬m3（相應溢洪道下泄流量627 m3/s）；正常蓄水位250.45 m，相應庫容85.60萬m3；死水位237 m。

水庫主要由大壩、溢洪道、沖砂涵及發電輸水隧洞組成。大壩為漿砌石單曲拱壩，最大壩高19.80m，弧長93 m。頂寬2 m，底寬5.26 m，半中心角23°～49°，外弧半徑（定長）46 m。非溢流壩段弧長39 m，壩頂高程253.85 m。溢洪道位于壩體中部，壩頂溢流。溢流壩段弧長54.00 m，為無閘開敞式曲線堰，堰頂高程250.45 m，最大下泄流量627 m3/s。沖砂孔布設在大壩壩體中部高程235.61 m處，由壩內埋鋼管（內徑Φ=0.7 m）及壩后閘閥組成，手動啟閉控制，最大放水流量1m3/s。引水隧洞由進水口及洞體組成，進水口位于大壩上游60 m處。

2 存在的問題

過路碑水庫在建成蓄水后不久即發現背水面及西側邊墩存在滲漏問題，2008年業主曾對上游迎水面進行砌石勾縫防滲，用混凝土加大兩側邊墩。經幾年觀測，滲水問題依舊，并且有所加大。至2012年安全檢查時，外觀檢查壩體背水面存在的滲漏面積已較大，滲流呈流線性滴落。左右邊墩中下部的滲流也依然存在，其中右側邊墩下的滲流點最為嚴重，滲流沿河床基巖裂隙涌出，左側邊墩滲水點沿加固混凝土邊墩的層間施工縫涌出，呈水平分布。

為確保大壩安全，查找滲漏原因，對壩體開展詳細的調查分析工作。調查方式主要有現場測量勘探、檢測、鉆孔壓水試驗和查對施工記錄等。由于大壩為漿砌石拱壩，中部為溢流段，受壩頂和堰頂寬度的限制，壩頂未進行鉆探，在右岸布置1個鉆探孔，左岸布置2個鉆探孔，其中ZK2鉆探位置位于左側壩體，ZK1及ZK3位于邊墩之上，壩體共進行壓水試驗3段。調查結果如下：

壩體為漿砌塊石結構，塊石為弱～微風化花崗巖，屬堅硬巖。塊石間為砂漿充填，根據ZK2鉆探所取巖芯，壩體砂漿質量仍較好，但局部充填不密實。

根據現場孔內壓水試驗，漿砌石壩體壓水試驗透水率q=8.50～16.10 Lu，屬于中等～弱透水性，表明漿砌石壩體局部防滲性能較差。本大壩壩體及邊墩的滲漏不會影響壩體穩定。

根據建壩時的施工記錄，壩基河床清基至弱風化帶下部，兩岸清基至弱風化帶上部，巖體均較為破碎，無斷層破碎帶分布，主要構造為巖體的節理裂隙。壩基未設置防滲設施。

3 調查結論及原因分析

根據勘察成果和現場檢查，大壩壩體塊石及細骨料膠結較好，砌筑質量尚好，但局部有不飽漿現象，因此背水坡出現滲水、漏水，有氧化鈣析出現象，尤其是左右邊墩的中下部均存在滲水現象，其中右側邊墩最為嚴重，滲水點高程約248.50 m，呈水平狀分布。在側邊墩滲水點高程約246.0 m，同樣呈水平分布。結合現場調查到的滲漏情況判斷，大壩兩岸均存在繞壩滲漏，右壩肩較為嚴重。

大壩左右壩肩基礎強風化及弱風化巖上段均為中等透水。從壩肩的鉆孔滲透性分析，結合現場調查到的滲漏情況判斷，大壩兩岸均存在繞壩滲漏問題，右壩肩較為嚴重。

因溢流壩段壩基為深潭，外觀無法觀測有無滲漏點，根據潭口出水流量與兩岸可見的滲漏點出水量相比較，結合兩側邊墩的鉆孔滲透性分析，推測該段壩基也有繞壩滲漏可能，防滲不滿足要求。

調查結論：大壩局部壩體、壩基礎整體及兩岸重力墩基礎不滿足大壩防滲要求，應進行防滲加固處理。

原因分析：過路碑水庫當初由個體企業建設，設計力量和施工管理經驗相對不足。壩體滲漏是由于當時砌筑施工時，漿砌體間隙的水泥砂漿局部充填不密實導致，由于庫水的含泥量較高，迎水面縫間泥灰難于清理干凈，后期的水泥勾縫也因無法粘接而大量脫落；壩肩繞壩滲漏是由于壩肩（邊墩）基礎強風化帶及弱風化帶上段節理裂隙發育造成，加上設計缺陷，未布置防滲設施所致[1～2]。

4 壩體、壩基防滲加固設計

壩體防滲通常有垂直防滲、水平防滲及水平與垂直相結合防滲（剛柔相結合防滲）三大類[3]。過路碑水庫大壩是一座單曲砌石拱壩，砌石拱壩無法進行垂直灌漿[4]。為此大壩防滲采用兩種方案進行比較，分別為：①壩體補強灌漿結合壩基固結灌漿、帷幕灌漿；②聚丙烯纖維混凝土防滲面板結合壩基固結灌漿、帷幕灌漿兩種防滲方案。

1）方案一：壩體補強灌漿結合壩基固結灌漿、帷幕灌漿

壩體防滲：設計對壩體進行補強灌漿加固，灌漿孔按單排布置，軸線距上游面1.0 m，孔距1.5 m。

壩基防滲：設計采用帷幕灌漿結合固結灌漿處理，對壩肩全風化巖及強風化巖層進行固結灌漿處理，然后對全壩段弱風化巖層進行帷幕灌漿[5]。固結灌漿和帷幕灌漿按單排布孔，孔距1.5 m。帷幕灌漿深度至相對隔水層以下5.0 m。

2）方案二：聚丙烯纖維混凝土防滲面板結合壩基固結灌漿、帷幕灌漿

壩體防滲：本方案擬在大壩上游面設置聚丙烯纖維混凝土防滲面板，每個壩段按每塊防滲面板寬度4 m分塊，在沉降縫和邊角處可酌情處理，面板用Φ16錨筋錨固于壩面，面板厚度50 cm。大壩下游面鑿除大壩上下游面原砌石勾縫，用高壓水沖洗干凈后采用M10水泥砂漿重新進行深勾縫，縫深0.03～0.05 m。

壩基防滲：設計采用固結灌漿方式對兩側壩肩全風化巖層及強風化巖層進行固結灌漿，對全壩段弱風化巖層進行帷幕灌漿處理[6～7]。防滲墻軸線布置于大壩上游側，按單排布孔，孔距1.5 m。灌漿深度至相對隔水層以下5.0 m。

壩體防滲方案比較見表1和表2。

表1 壩體防滲方案比較表

表2 防滲方案工程量及經濟比較

通過表1和表2比較可知：兩方案投資相差不多，方案二對壩體滲流問題只采用上堵方案，未能對壩體內部已形成的縫隙進行處理，未從根本上解決大壩滲漏問題。方案一采用補強灌漿方式對壩體進行加固，能對壩體縫隙進行充填，阻斷滲漏通道，且大壩防滲連續性好，防滲效果更佳，比較易施工。方案二壩體采用聚丙烯纖維混凝土防滲面板，施工機械種類多、工藝復雜且工序多，施工難度較大。方案一僅在庫水位較低時施工，施工導流簡單，不需修建施工臨時圍堰。方案二需放空水庫，修建施工臨時圍堰，但庫區壩前流動淤泥深厚，圍堰修建極難操作。

綜合以上各因素考慮，本次除險加固工程推薦方案一，即壩體補強灌漿結合壩基固結灌漿、帷幕灌漿方案。

5 施工布置

過路碑水庫大壩兩岸均為外接道路，施工交通不存在問題，施工用水可直接取用庫水[8]，現有供電線路和自來水管已架設至壩頭舊管理房，施工用電和生活用水便捷。水庫離村莊較遠，兩側壩肩均有空地，可用于布設施工臨時設施。施工臨時辦公場所可設在現有舊管理房周邊[9]。灌漿原材料和施工設備可布置在兩岸重力墩平臺上及下游空曠處。

由于本工程壩體補強灌漿需在庫水位較低時施工，工程主要安排在枯水期施工，運用沖砂孔放水至低水位。過路碑水庫無供水任務，工程施工對下游用水無明顯影響。因此，為了不影響水庫正常防汛，根據工程量和施工條件，本防滲工程應在當年10月至次年4月期間施工完成。

6 結 語

過路碑水庫大壩經采用壩體補強灌漿結合壩基固結灌漿、帷幕灌漿的方案防滲處理后，經當年的高水位蓄水檢驗，原來的滲水問題全部得到解決，僅在距右側拱肩約60m的河岸灘上發現一處出水點，后據當地老百姓證實乃是古時就有的小泉眼。防滲處理后大壩經過多年的運行，原來的滲水問題至今未再出現，防滲處理獲得成功。