混凝土防滲墻在水庫大壩防滲設計中的應用

曾小波

(鷹潭市河湖管理保護綜合行政執法支隊，江西 鷹潭 335000)

1 工程概況

塘灣水庫位于江西省貴溪市塘灣鎮賽前村，距市區約30 公里，距塘灣鎮約5km，坐落于信江水系羅塘河支流塘灣水上。壩址以上控制流域面積22.6km2，水庫總庫容1345×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖、發電等綜合利用的中型水庫。樞紐工程主要建筑物包括：大壩、溢洪道、壩下涵管、電站及水庫灌區渠系建筑物。

大壩為黏土心墻壩，壩頂高程124.7-124.8m，最大壩高38.8m，壩頂長度162m，壩頂寬度7.3-7.4m，心墻為黏土心墻，心墻頂高程124.3m，底高程88.1m，頂寬1.8m，心墻基槽深入壩基2.5m，底寬13.4m；2001 年水庫除險加固，在原黏土心墻中增設了懸掛式沖抓黏土防滲墻，在大壩中部117m 布置雙排孔，沖抓深度從壩頂124.3m 至106.92m 高程，左、右壩肩布置單排孔，沖抓孔伸入基巖強風化層內1.0m，沖抓孔孔徑為1.1m，單排孔孔距0.78m，雙排孔孔距0.86m。壩頂設有漿砌塊石防浪墻，墻頂高程125.1-125.2 m，墻厚0.5m，壩上游坡坡比為1∶2.26-1∶2.89，采用塊石護坡，壩下游坡設置二級馬道，一級馬道高程111.9-112.0m，寬1.4-1.8m；二級馬道高程為101.7m，寬1.7-1.9m；坡比從上至下依次為1∶2.32-1∶2.35、1∶2.47-1∶2.51、1∶2.5m-1∶2.68，采用草皮護坡。壩腳排水棱體頂高程94.3-94.36m，頂寬1.9-2.4m，外邊坡為1∶1.83-1∶2.56，內邊坡為1∶1.0，壩腳設有排水溝。

2 大壩存在主要問題

2.1 安全鑒定結論

1)據大壩滲流流網理論分析,各工況下大壩穩定滲流期浸潤線均從壩腳排水棱體出逸，滲透坡降也在允許值范圍內，未見異常，因此壩體整體滲透無異常。

大壩左右壩肩均為全風化花崗巖，兩壩肩存在滲漏及繞壩滲漏問題。壩基清基徹底，壩基坐落于全風化花崗巖上，壩基全風化花崗巖透水性較強，具中等透水性，壩基上部基巖存在滲漏問題。

2)大壩體上、下游壩坡均滿足抗滑穩定要求。

2.2 地勘情況

據前期勘察資料及本次勘察資料，大壩上、下游兩側壩體填土(rQ1)為含砂低液限粉土，具中等壓縮性，中等透水性，呈松散-稍密狀，填土質量和填筑質量一般；黏土心墻土(rQ2)以含砂低液限粉土為主，部分為低液限黏土，現場注水試驗滲透系數K 為2.56×10-4-6.85×10-4cm/s，該土體局部含水量高，干密度偏小，孔隙比偏大，具中等壓縮性，局部具中等偏高壓縮性，中等透水性，防滲性不滿足現行規范強制性條文對黏土心墻壩土料的要求(≤1×10-5cm/s)，故壩身黏土心墻存在滲漏問題；沖抓黏土心墻土(rQ3)以含砂低液限粉土為主，部分為低液限黏土，該土體局部含水量偏高及孔隙比偏大，具中等壓縮性，弱等透水性，防滲性不滿足現行規范強制性條文對黏土心墻壩土料的要求(≤1×10-5cm/s)。

根據安全鑒定及地質勘探資料分析：壩址左、右兩岸壩肩分布全風化花崗巖，具中等透水性，防滲性較差，存在壩基滲漏和滲透穩定問題；河谷處黏土心墻座落于弱風化花崗巖及變質巖上，具中等-弱透水性，防滲性較差，作為壩基持力層兩岸巖體均存在壩基滲漏問題，但不存在滲透穩定問題。左壩頭上部為全風化花崗巖，具中等透水性，防滲性較差，：右壩頭上部為全風化花崗巖，具中等透水性，防滲性較差，右壩肩地下水位高程約116.5m，低于水庫正常蓄水位120.75m。故左、右兩岸壩肩均存在繞壩滲漏問題，建議進行防滲處理。

3 大壩防滲加固設計

3.1 防滲方案擬定

大壩防滲加固處理擬定以下2個方案進行比較：

方案一：混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是利用專用的造孔機械設備連續造孔，以泥漿固壁，用導管在注滿泥漿的槽孔中灌注混凝土而筑成的防滲墻體。

壩頂沿壩軸線連續造孔，灌注混凝土防滲墻，防滲墻在大壩兩岸壩肩及壩中部位須伸至不透水層與壩基防滲帷幕緊密銜接。現狀壩頂寬度不足8m，不滿足混凝土防滲墻最小施工場地寬度要求，可將壩頂開挖至122.60m，相應壩頂寬可達10m，滿足施工要求。故混凝土防滲墻高度定為122.60m，防滲墻施工完畢后，壩頂采用黏土填筑至設計壩頂高程，并恢復上下游護坡和壩頂道路，防滲墻厚度60cm，最大深度37.7m。

方案二：高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿法為將裝有特質合金噴嘴的注漿管沿鉆孔下到預定位置，利用高壓將噴射的漿液或水體與土體顆粒攪拌混合，漿液凝固后形成垂直的防滲體。

壩頂沿壩軸線方向布置高壓噴射灌漿孔，共布置1排，孔距1.0m，分序施工。噴射漿液采用水泥黏土漿，要求墻體厚度≥60cm，滲透系數≤1×10-6cm/s，28d 抗壓強度≥6MPa，抗折強度≥0.6MPa。

兩方案比較見表1。

表1 大壩壩身防滲加固處理方案比較表

上述兩種加固處理方案在技術上均可滿足壩體防滲要求，投資混凝土防滲墻較大，但高壓噴射灌漿對施工技術要求較高，施工質量不易控制，混凝土防滲墻目前應用廣泛，施工質量較易把控，綜合考慮，確定方案一為推薦方案(混凝土防滲墻)。工程擬定壩體及淺層壩基采用混凝土防滲墻、壩基基巖采用帷幕灌漿防滲方案。由于本工程大壩屬于低壩，防滲相對不透水層以透水率q≤10Lu 控制，防滲帷幕伸入相對不透水層5m[1]。

3.2 大壩防滲設計

根據防滲方案擬定，壩體防滲選用混凝土防滲墻方案，按規范要求，防滲墻頂高程取122.60m，底高程伸入強風化基巖不少于0.5m，最大墻深約37.7m，結合壩身防滲處理，左壩肩及右壩肩選用帷幕灌漿防滲方案。

1)防滲范圍

對大壩壩體、右岸壩肩23.75m范圍及左岸壩肩28m 范圍進行防滲處理。

2)墻體材料及防滲墻厚度

混凝土防滲墻體要求K≤1×10-6cm/s，允許滲透坡降>60，設計墻厚采用60cm。根據滲流計算結果，混凝土防滲墻最大滲透坡降Jmax =48.5<[J]=60，墻厚滿足設計要求。

圖1 大壩防滲縱剖面圖

圖2 大壩防滲橫斷面圖

4 滲流設計

根據滲流計算成果及地勘資料并經方案比較，本工程防滲體系由混凝土防滲墻和帷幕灌漿組成。

4.1 混凝土防滲墻

液壓抓斗混凝土防滲墻頂高程122.60m，成墻厚度為60cm，墻體允許滲透坡降[J]>60，墻底伸入強風化基巖≥0.5m。

4.2 帷幕灌漿

大壩河床壩基基巖為中等透水性，存在滲漏問題。大壩右壩肩巖體具中等透水性，存在滲漏問題，本工程大壩為3 級建筑物，最大壩高38.0m，根據規范，本工程以q<10Lu 作為基巖相對不透水層，帷幕灌漿深入相對不透水層5m，帷幕灌漿采用單排孔，孔距為2m，遇斷層破碎帶適當加強。

灌漿用水泥標號≥42.5，灌漿施工應滿足《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(SL62-2014)的要求。

根據大壩加固處理設計，按設計斷面進行大壩滲流及壩坡穩定計算[2]。

1)大壩滲流計算

混凝土防滲墻滲透系數取1×10-6cm/s，大壩滲流計算成果見表2。

表2 大壩滲流計算成果表

加固后的大壩0+100 設計斷面壩體浸潤線在下游排水體中出逸，位置較低。相比現狀斷面，設計斷面各土層滲透坡降明顯降低，最大滲透坡降值均小于其允許值。經防滲處理后設計斷面計算滲流量Q=0.07m3/d·m，滲流量降低，同時浸潤線降低，對壩坡穩定有利。

2)大壩壩坡穩定計算

塘灣水庫大壩本次加固采取上、下游坡基本維持現狀，計算工況、計算方法、土層力學參數同大壩現狀壩坡穩定復核計算[3]。

計算成果見表3。

表3 大壩設計斷面抗滑穩定計算成果表

從以上計算成果可知，大壩設計斷面上、下游邊坡均能滿足抗滑穩定要求，設計壩坡滿足穩定要求。

5 結 語

文章針對塘灣水庫存在的壩肩及壩基滲漏問題，結合大壩壩肩及壩基的地質情況，經過方案比選最終確定了大壩防滲設計方案，大壩加固后的滲流穩定計算結果均滿足規范要求，證明塘灣水庫采用混凝土防滲墻結合防滲帷幕灌漿的防滲設計方案合理。