云浮市大洞水庫大壩防滲加固技術研究

郭海龍

（廣東宣源工程設計咨詢有限公司,廣東 江門 529000）

1 引言

水庫大壩防滲是水庫工程的重要安全措施,早期修建的水庫工程在長期使用過程中出現了一定程度的破損現象,對下游居民安全和水庫工程效益產生了不利影響,因此,為了提升水庫安全,采取防滲加固措施是十分必要的。不同的土石壩實際情況各不相同,因此,需要結合壩體的實際情況選取適宜的防滲加固措施,以提升大壩的治理效果,降低工程投資,提高耐久性。

2 大壩現狀

大洞水庫正常蓄水位64.00 m（珠基,以下同）,相應庫容320 萬m3；設計洪水位67.33 m （p=3.33%）,相應庫容415.29 萬m3；校核洪水位68.82 m（p=0.2%）,相應庫容為472.3 萬m3；死水位46.60 m,相應庫容37 萬m3。水庫設計灌溉面積0.46 萬畝, 防洪保護人口0.77 萬、耕地面積0.72萬畝,建有75 kW 的裝機發電站,是一座以灌溉為主,兼顧防洪、發電等綜合效益的小（1）型水庫。大壩為均質土壩,大壩壩頂高程為71.0 m,最大壩高為37.6 m,壩頂長度為177.3 m,壩頂寬度為5 m。前壩坡坡比為1∶2.5,1∶3,1∶4,后坡在壩頂有一道高2 m 直立漿砌石擋土墻,在高程63.04m 處設一戧臺,戧臺以上坡比為1∶2.36,戧臺以下為1∶2.243,在高程為53.08 m處設一戧臺,戧臺以上坡比為1∶2.243,戧臺以下為1∶2.978,壩腳靠近溢洪道位置山坡處現狀無壩體排水設施,壩腳平地處有排水棱體排水。

大壩主要由花崗巖殘積土壓實、回填而成,由于建壩時的施工機械和工藝落后的原因,填筑土的壓實度為0.85～0.889,填土質量較差,壩體填筑土的滲透系數偏大,根據地質資料,填筑土滲透系數平均值為7.08×10-4cm/s,透水性等級屬中等。

結合工程時間情況,對大壩壩頂道路硬化,鋪設瀝青砼路面,拆除重建防浪墻；對上游砼護坡有裂縫板塊拆除,將壩坡沖洗干凈后,按原壩坡坡比鋪設摻5%水泥石粉墊層找平,新澆砼護坡,大壩右壩頭塌陷位置回填石渣,澆筑砼護坡；下游壩坡拆除漿砌石擋土墻,拆除壩坡步級、排水溝,壩坡培厚,新建壩坡排水溝、步級,對壩坡進行草皮護坡；壩腳新建排水棱體,現狀排水棱體保留,并新建褥墊排水將新舊排水棱體聯通。

3 壩體防滲設計

3.1 防滲加固方案比選

壩體處理擬定2 種處理方案,各方案如下：

（1）充填灌漿方案

對各壩壩體進行充填灌漿,沿壩軸線布置兩排灌漿孔,灌漿孔孔距2 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌漿孔進入壩基1.5 m。

（2）劈裂灌漿方案

壩體河槽段采用劈裂灌漿,兩壩頭采用充填灌漿,劈裂灌漿沿壩軸線布置一排孔,孔距5 m,兩壩頭充填灌漿沿壩軸線布置兩排,孔距2.5 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌漿孔進入壩基1.5 m。

壩體處理各方案比較見表1。由表1 可以看出充填灌漿方案采用兩排孔密布,投資最大,但由于其能有效解決壩體壓實度不足及滲漏問題,施工容易,效果較好,故本次設計推薦采用充填灌漿方案[1]。

表1 壩體處理方案比較表

經比較,設計大壩防滲設計采用充填灌漿方案。

3.2 壩體處理設計

壩體充填灌漿沿壩軸線附近布置兩排,充填灌漿孔距2.0 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,孔深達壩基強風化巖頂面。主壩充填灌漿孔251 個,一副壩充填灌漿孔71 個,二副壩充填灌漿孔201 個,三副壩充填灌漿孔74 個。

根據地質勘察報告,本工程大壩填土的干密度離散性較大,壓實不均勻,壓實度約為0.85～0.889,不滿足規范要求；壩體滲透系數為7.04×10-4cm/s,大于規范充許值；根據《云浮市云安區大洞水庫大壩安全評價報告》,建議對大壩進行防滲處理,本次結合地勘以及大壩安全評價結果,對大壩壩體進行充填灌漿：

①漿孔布置

灌漿在現有壩體進行,對壩體進行充填灌漿,雙排,孔距2 m,第一排位于現狀壩軸線上游1.5 m,第二排充填灌漿孔位于現狀壩軸線上,與第一排灌漿孔成梅花型布置,在灌漿孔底部深入壩基1.5 m。本方案工程量：大壩充填灌漿總計175孔,灌漿總進尺為3258.05 m。

②充填灌漿材料

充填灌漿土料各項指標應滿足表2 要求。

表2 灌漿土料各項指標含量表 單位：%

為加速漿液凝固和提高后期強度,充填灌漿允許摻入適量水泥,水泥摻量為干料量的10%,水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥。灌漿漿液物理性能如容重、粘度、穩定性等,應滿足《土壩壩體灌漿技術規范》（SD 266-88）要求。

4 大壩滲流計算

按照《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）的相關規定,滲流計算采用公式法進行,相關滲流理論和公式參考《堤防工程設計規范》（GB 50286-98）、《滲流計算分析與控制》（第二版,毛昶熙主編,中國水利水電出版社）等規范、專著。

4.1 滲流計算工況

擬定下列五種工況進行滲流分析：

工況一：水庫水位為正常蓄水位64.00 m,下游無水的情況；

工況二：水庫水位為設計洪水位67.33 m（P=3.33%）,下游無水的情況；

工況三：水庫水位為1/3 壩高水位,本工況計算大壩（1/3壩高水位50.3 m）,下游無水的情況；

工況四：水庫水位為校核洪水位68.82 m（P=0.2%）,下游無水的情況；

工況五：水庫水位從校核洪水位68.82 m 降至正常水位64.00 m 的庫水位降落期,下游無水的情況。計算時庫水位下降所需時間由庫容曲線及溢洪道泄洪能力推算,t=12 h。

4.2 計算斷面

本次計算取K0+052、K0+103 斷面進行計算。大壩典型計算斷面見圖1、圖2。

圖1 K0+052 斷面

圖2 K0+103 斷面

4.3 滲流計算參數

大壩壩體及壩基各巖土層物理力學參數建議值見表3。

表3 大壩各土層的滲透比降建議值表

表4 大壩壩體滲流計算滲透系數采用表

4.4 滲流計算方法

土壩滲流分析采用河海大學工程力學研究所研發的“水工結構分析系統AutoBANK v7”軟件,計算方法采用有限元法。

4.5 滲流計算成果及分析

按上述滲流理論相關公式、擬定的邊界條件進行大壩穩定滲流分析,大壩在各工況下的滲流計算成果如下。

表5 大壩滲流浸潤線

經計算,大壩加固后,各工況出逸點均位于下游反濾排水棱體范圍內,浸潤線正常。

5 結論

云浮市大洞水庫工程大壩由于建壩時的施工機械和工藝落后,填土質量較差,壩體填筑土的滲透系數偏大。結合云浮市大洞水庫工程的實際情況,對水庫大壩防滲加固方案進行分析。根據類似工程經驗,選取充填灌漿、劈裂灌漿2 種方案進行比選分析,采用充填灌漿方案工程投資低、防滲加固效果好。對壩體進行充填灌漿,灌漿孔成梅花型布置,在灌漿孔底部深入壩基1.5m。采用“AutoBANK v7”軟件對大洞水庫防滲加固效果進行分析,經計算,大壩加固后,各工況出逸點均位于下游反濾排水棱體范圍內,浸潤線正常,灌漿加固效果較好。