水庫大壩險情與防滲加固處理技術應用分析

熊明亮

（豐城市豐東水資源開發利用中心，江西 豐城 331100）

0 引 言

防滲加固處理技術的應用目的是科學處理工程內部的滲流，將壩身與壩基中的滲流控制在標準范圍中，應用原則多為保護滲流出口、前堵后排。要全面了解水庫大壩遇到的險情并加以解決，增強水庫大壩應用的可持續性、安全性。

1 水庫大壩工程概況

潘橋水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用的大（2）型水庫，水庫工程由大壩、泄洪洞、灌溉泄洪洞、節制閘及電站等建筑物組成。大壩為黏土斜墻壩，壩頂長180m、寬9.6 m，壩頂高程76.87m，最大壩高30.0m。大壩壩頂為泥結石路面，上游為干砌石護坡，下游為草皮護坡，高程57.95m 以下為排水棱體，排水棱體表面坡度為1 ∶ 2.0。該水庫于1958 年9 月動工興建，1964 年4 月基本建成，后經多次改建或加固達到現有規模。1960 年中旬時，大壩填筑的高程已達到74.48m，在1964 年5 月由于大壩下游壩坡滲水嚴重，在上游壩坡增加2～4m 的黏土斜墻。1978 年按PMP 洪水校核，壩頂高程由此前的74.48m 增加到76.87m，并將大壩上游黏土斜墻加厚4m，整修下游壩坡和排水棱體。1979 年5 月，由于壩下混凝土輸水涵管出現多處環向裂縫，漏水嚴重，影響壩體安全，對其進行了封堵。1988 年3 月至1992 年12 月針對大壩上游壩坡護坡塊石風化嚴重、灌溉泄洪洞裂縫、滲漏，對水庫大壩進行了除險加固。2007 年6 月江西省水利廳組織專家組對潘橋水庫大壩進行了安全鑒定，提出了《潘橋大壩安全鑒定報告書》，水利部大壩安全管理中心隨后對其進行了核查，核定潘橋水庫大壩為三類壩，需進行除險加固。2009 年10 月8 日至2010 年9 月20 日潘橋水庫進行了除險加固。

2 水庫大壩存在的主要問題

分析水庫大壩多年運行管理資料和現場實際情況，結合安全鑒定結論，發現大壩的上游護坡、下游排水棱體與壩體防滲狀態均不滿足規范要求，存在安全隱患，問題如下：

1）大壩清基不徹底，壩基（肩）巖體具中等透水性，壩基、壩肩存在滲漏問題。庫水位高于66.00m時，大壩下游壩腳存在大片滲漏和散浸現象，兩岸壩體與基巖接觸部位也可見明顯滲漏現象，滲漏水流順排水溝向下游引排。

2）上游護坡塊石質量差，風化嚴重，塊徑小，呈碎塊、散片狀，未設墊層，厚度不滿足設計要求。

3）下游排水棱體未設置反濾層，降低了排水性能，塊石風化強烈，產生了嚴重的淤堵現象。壩腳常年積水，使排水棱體較難順暢排水[1]。

4）大壩壩體與斜墻填土碾壓不密實、施工質量差。借助斜墻填土施工現場的滲透試驗可知，其滲透系數值在3.74×10-4cm/s，壩體表面首段的滲透系數在3.63×10-3cm/s，均不滿足大壩的防滲需求。斜墻填土的壓實度在84.7%左右，壩體表面首段86.2%，均不滿足土壩壓實度的要求。在了解到水庫大壩的實際問題后，需采取科學先進的防滲技術進行除險加固。

3 防滲加固處理技術在水庫大壩中的實際運用

3.1 復核大壩滲流

在開展大壩滲流的復核工作時，要詳細考量壩體與壩基內部的土質情況，明確該類土質的滲透系數，再將該類系數與此前的滲透標準進行全面比較，探索出大壩滲流的具體狀態。比如，在當前項目的壩基中，其存在強風化巖體，該類滲透系數為5.30×10-4cm/s。在完成壩基內部土質滲透系數的探索后，再對壩體中排水棱體、粉質黏土與含砂性質粉質黏土的滲透系數進行全面計算，其對應的系數值分別為6.30×10-4cm/s、3.74×10-4cm/s、5.30×10-4cm/s，滲流計算時壩體土層的滲透系數均采用本次初步設計工程地質勘察的建議值。經觀察，當前壩體與壩基中的滲透系數都未能達到相應的數值標準，嚴重影響水庫大壩的蓄水性。表1 展現了大壩滲流的計算中，各個工況的數據統計情況，要對上游水位、下游水位進行合理規劃。在了解到大壩上游下游的滲流設計值后，要對其形成的滲漏狀態進行科學計算，通過對滲漏量的合理規劃，有效改善大壩滲流效果，增強對大壩滲流的整體控制。

表1 上游與下游水位中的大壩滲流表

3.2 復核壩坡穩定度

表2 展現出壩體中排水棱體、上游斜墻土與原壩體填土的應力指標與容重狀態，要利用對該項數值的整體規劃，強化各個土層各項參數的應用質量。

表2 壩體中的有效應力指標與容重表

完成壩體內物理力學的數值探究后，操作人員還觀察到壩基基巖中的有效應力指標與容重，無論是內摩擦角、凝聚力還是飽和度、濕度都要超出壩體內部標準，其數值分別為40°、50kPa、23.5kN/m3與23.1kN/m3。操作人員在了解了壩體與壩基的基礎情況后，要對上游壩坡與下游壩坡進行科學性設計，即嚴格控制正常蓄水位、設計洪水位與校正洪水位中的洪水頻率、水庫水位、下游水位、安全系數等，利用對該項數值的合理設計，可適時檢查出壩坡抗滑穩定性，若該類數值未達到相應標準，則要將具體的安全標準投放到工況內部系數設計中，加強對壩坡穩定性的設計與改進。

3.3 防滲加固大壩壩身

在了解到當前水庫大壩壩身的具體情況后，要對大壩壩身進行防滲加固處理。進行水庫大壩的滲流與壩坡穩定度復核以后，發現大壩內部存有較大的安全隱患，最大出逸比沒能達到項目規范性要求，對大壩水庫產生較大破壞力，因而要對大壩壩身進行針對性處理，使此后的大壩滲流變得更為穩定[2]。設計大壩加固防滲的處理方案時，要適時明確大壩內部的具體構造，比如，該類大壩壩體的填筑材料較差，采用了多種不同類型的填料，當前壩體內部的填筑料為成分復雜的含礫石粉質黏土，且上游斜墻中的施工材料為粉質黏土，在兩種填料相互混雜的情況下，給填料質量改善帶來了些許問題。為提升大壩壩身的質量改造效果，操作人員適時考察了不同填料的滲透系數與物理學性質，并在壩身軸線位置處安設全新垂直防滲體，采取了2 種防滲加固處理方案。

1）高壓噴射灌漿形式。使用高壓噴射灌漿方式時，要借助鉆機完成鉆孔工作，將灌漿管深埋到土層中，明確預埋深度，借助高壓將水或漿液噴射到土層表面，對土體表面實行不同程度地切割。切割后部分土體顆粒將涌出孔口，剩余與漿液完成攪拌混合，使土體成為全新的凝結體，該類凝結體在抗滲性、強度與密度上都超出原有地層土體，全面增強防滲效果[3]。操作人員要在壩體壩身中設計高壓噴射類防滲體，將該防滲體的中間連接壩基，左右兩側連接壩肩。開展高壓噴射灌漿行為時，要采取擺噴形式，即科學設置灌漿孔，在當前土體中要布置2 排，且2 排間的距離為1m，水泥黏土漿為當前試驗中的主要漿液，墻體的防滲系數1×10-5cm/s、墻體的厚度分別為80cm。28d 后，其整體的抗壓強度要達到6MPa 左右，高壓噴射時的灌漿孔孔距要保持在1.5m 左右。

2）混凝土防滲墻。布置混凝土防滲墻前，要適時確認防滲墻施工的具體寬度，即該寬度要保持在12～14m，而現狀壩頂寬度為9.6m，不能滿足施工要求。操作人員將壩頂開挖至高程76.0m，相應壩頂寬可達13.68m，將部分開挖料放置到下游坡面中，并將防滲墻操作平臺的寬度增加到14m，增強施工建設的基礎需求。壩體內部在建設防滲墻時，采取兩鉆一抓形式，利用沖擊鉆設備擊穿主孔，滿足主孔的深度要求。防滲加固墻體運用混凝土材料，進行專業的現場拌制后，借助導管形式完成混凝土的澆筑工作，當泥漿循環出渣以后，要科學清理砂石泵內部漿液，再利用混凝土泵車將混凝土澆筑成加固防滲墻[4]。防滲墻頂高程高于校核水位0.5m，為高程72.50m，防滲墻及現澆混凝土墻施工完畢后，壩頂填土恢復原狀，并恢復上下游護坡和壩頂道路，防滲墻厚度60cm，最大深度34m。完成2 種施工操作的計劃后，操作人員可發現第2 種方式受內外部環境的因素較少，可將混凝土防滲墻應用到壩身的加固防滲施工中。表3 為當前混凝土防滲墻施工操作時，水泥漿液的配制比例表。

表3 水泥砂漿標準配制比例表

完成大壩壩身的整體改造后，項目管理層要適時檢測各個土層的防滲性能，表4 展現了加固防滲舉措后，大壩壩身的內部性能指標。

表4 加固以后大壩壩身滲透穩定程度表

3.4 改造上游壩坡

在進行上游壩坡的改造時，要適時發現該類壩坡的具體情況。依照此前的地質報告可知，大壩上游壩坡坡面的內部護坡砌石出現嚴重的破損現象，護坡塊石屬砂礫巖、變質巖性質，帶有強風化形式，不僅抗風化能力較弱，還帶有一定的松散、破裂情況，塊石粒度多保持在20～30cm 之間。此前的理想護坡厚度為35cm，而在實際施工后，真正的厚度僅有20cm，難以達到項目應用標準。開展護坡加固設計的過程中，不會拆除大壩上游此前存在的砌石，而是要利用粗砂來填補縫隙，并增設15cm 的粗砂墊層。實際的加固防滲處理中，施工人員要以當前大壩上游護坡的砌石為基礎，在砌石表層鋪設混凝土塊，其整體厚度可維持在15cm 左右，再利用水泥砂漿完成勾縫，該預制塊的整體形態為正六邊形，各邊長度為30cm，并在中間安插不同形式的排水孔，護坡高程在54.88m。在混凝土塊的下部適當安置拋石護腳，該類石塊的厚度在1m 左右。完成上游壩坡的整體修復設計，提升水庫大壩的應用安全。

3.5 修復下游壩坡

在修復下游壩坡中的排水系統時，要全面規劃下游壩坡的具體形態。首先，根據現場考察結合安全鑒定結論，發現大壩下游的排水溝中出現較為嚴重的淤堵現象，排水棱體的表面為塊石，下部為碎石夾黏土，碎石為強風化砂巖、千枚巖，粒徑1～10cm，石料質地疏散，強度低，抗風化能力差。排水棱體未設置反濾層，且石料級配差，多有風化碎屑充填于碎石之間，黏土含量在15%～20%左右，排水不暢、透水性較差，在了解到下游壩坡的具體情況后，要對壩坡內部的排水棱體進行針對性修復，科學控制壩坡內部的更多系數。其次，進行下游壩坡的整體設計時，操作人員利用了抽槽的方法，即部分更換原排水棱體，并將棱體面層的碎石全部更換，填筑了質量更佳的塊石材料，并在下游壩坡附近設置了截水溝與草皮護坡，在該項舉措的影響下，全面提升下游壩坡護坡質量。最后，設計草皮護坡與截水溝時，還要及時關注截水溝的建設形態與內部構成，截水溝的斷面形式與此前的斷面形態相同，使用M7.5 類的含有水泥砂漿的砌塊石。在完成下游壩體的整體修復后，要適時查看其使用狀態，操作人員發現下游壩坡的排水問題得到極大緩解，切實改善下游壩坡的整體建設質量。

4 總 結

綜上所述，通過對水庫大壩的險情處理，有效遏制了壩體滲漏問題的出現。相關部門適當采用大壩的防滲加固技術，分析了影響壩體加固防滲的諸多因素，利用對大壩各部分的持續性控制，提高了水庫大壩滲漏的處理水平，保障該類建筑的應用安全。