小型水庫常用防滲加固措施淺析

萬志強

（榆林市榆陽區(qū)防汛抗旱指揮部辦公室 陜西 榆林 719000）

1 榆陽區(qū)水庫現(xiàn)狀

榆陽區(qū)是榆林市水庫較多的地區(qū)之一，新中國成立以來共建成中、小型水庫80座，這些水庫大壩97%以上是均質土壩。現(xiàn)有100萬m3以上中、小型水庫19座，其中，中型水庫5座，小（一）型水庫7座，小（二）型水庫7座。這些水庫在防洪、減災、農田灌溉、水力發(fā)電、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水、水產養(yǎng)殖、水土保持及水利旅游等方面發(fā)揮了巨大的經濟效益和社會效益。

榆陽區(qū)水庫大都建于上世紀六、七十年代，年久老化失修，病險問題越來越突出，直接影響水庫效益發(fā)揮，威脅人民群眾生命財產安全。主要體現(xiàn)在大壩填土，土料質量及填筑質量未加控制或控制較差，導致現(xiàn)狀壩身填土壓實度與干密度偏低，含水量偏大，滲透系數(shù)偏大，壩后產生較大面積的滲水、漏水及管涌破壞等問題。經滲流穩(wěn)定分析，壩基滲流存在安全問題，往往危及大壩安全運行，因此須對大壩進行防滲加固處理。

以下以某小（二）型水庫為例，進行常用防滲加固措施的對比選擇。該水庫壩身和壩基局部存在嚴重的安全隱患：①由于壩身未經碾壓或碾壓不徹底，填筑質量差，固結效果不明顯，且層厚差異較大，碎石含量較多的部位，土質結構松散，其防滲能力較差，給大壩安全帶來一定隱患。②經現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大壩現(xiàn)狀壩基、壩腳以及壩體與山坡結合部位散浸、滲漏現(xiàn)象嚴重，并有一處集中滲漏點，壩腳下游灘地有沼澤化現(xiàn)象。防滲范圍從0+000～0+035和0+039～0+206，長度 202m；0+035～0+039 范圍內，涵基開挖至原壩基線1m，用水泥含量為15%的水泥土回填，涵洞上部開挖后粘土回填并碾壓，壓實度不低于0.96。

2 大壩防滲加固措施

2.1 大壩防滲措施方案

根據(jù)目前的施工技術水平，并結合當?shù)毓こ痰刭|條件，選擇混凝土防滲墻、沖抓套井粘土井柱防滲墻、多頭小直徑深層攪拌造墻防滲等3種方案。

表1 大壩防滲加固方案投資比較表

2.1.1 混凝土防滲墻

（1）方案布置

沿壩軸線方向在壩中布置塑性混凝土防滲墻，防滲墻墻頂高程67.60m，墻體穿過壩基，伸入原地面以下2.0m，形成一道完整的防滲體系，以控制壩體壩基滲流，降低壩體浸潤線，防止壩體產生滲透破壞，最大成墻深度約15.00m，墻體厚度0.30m。

混凝土防滲墻的設置，減小了壩下承壓水頭，大大降低了下游壩體浸潤線，增強大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定性。其特點為：a)適用性廣：幾乎可適應于各種地質條件，從松軟的淤泥到密實的沙卵石，甚至漂石和巖層；b)適用性強：深可達100m左右；c)與其他防滲措施相比，混凝土防滲墻耐久性較好，防滲效率較高，安全、可靠；d)施工條件要求低；e)成本較高。

（2）防滲墻厚度

混凝土防滲墻厚度按公式：

式中，△H——最大上下游水頭差(m)，上游最高洪水位66.98m，壩軸線下游尾水位54.60m，△H=12.38m；

J——混凝土防滲墻允許水力坡降，按有關資料取J＝80；

則混凝土防滲墻厚T≥△H/J=0.15m，結合施工機械等因素取0.30m。

（3）防滲墻材料

防滲墻采用普通混凝土，其物理力學指標要求如下：

抗壓強度：R≥15.0MPa；

彈性模量：E＜24GPa；

坍落度 18cm～22cm；

擴散度 34cm～40cm；

滲透系數(shù)：K＜i×10-7cm/s，(1＜i＜10）；

允許滲透比降：[J]＞80。

混凝土抗?jié)B標號要求為W6，配置普通混凝土材料要求水泥優(yōu)先采用礦渣硅酸鹽水泥，水泥強度等級不小于32.5級，細骨料（砂）要求細度模數(shù)F·M＝2.4～2.8，砂率35%～45%，粗骨料（石子）最大粒徑不超過20mm～40mm，水泥水灰比為0.6～0.65，水泥用量不小于300kg/m3。

施工時根據(jù)設計標號提高30%～40%，再根據(jù)防滲強度保證率進行試配。

（4）造孔方法

鋸槽法造孔澆注連續(xù)墻是上世紀90年代才發(fā)展起來的一種新的混凝土連續(xù)墻施工技術。已經被廣泛應用于黃河、長江大堤的防滲除險加固工程中。該壩體混凝土防滲墻厚度較薄，深度不大，故采用鋸槽法造孔。防滲墻底部深入原地面以下2.0m，頂高程67.60m。

2.1.2 沖抓套井回填粘土防滲墻（簡稱粘土井柱）

本方案是在壩身采用粘土井柱防滲，粘土井柱是在壩軸線附近用沖抓錐造孔，把原壩身雜填土抓出，形成直井后，回填粘土，經夯實后形成一道連續(xù)的粘土心墻，夯實的同時對井壁周圍的填土有一定的壓實作用，使其密度增加，滲透系數(shù)減少，從而達到增加防滲能力的目的。套孔沖抓粘土井柱防滲墻設計主要包括鉆孔的平面布置，孔距孔深，排距及防滲墻的厚度等。

（1）平面布置

自壩頂軸線方向布置防滲墻，頂高程為67.60m，底部伸至原地面線。

（2）粘土井柱防滲墻

套井采用單排布置，在壩軸線上游側按主、套井相間布置。

（3）粘土井柱防滲墻厚度

式中，T——防滲墻有效厚度（m）；

ΔH——防滲墻承擔的最大水頭差；

J——防滲墻允許的滲透坡降，粘土為5～8，取 8。

經計算T=0.83m。采用單排套井，則選擇的參數(shù)：最優(yōu)套角α為45°，套井半徑為0.6m，孔距0.85m，有效厚度為0.85m，滿足厚度要求。

（4）防滲墻深度

防滲墻從67.60m高程，經人工填土層（壩體）伸至原地面線。最大深度13.00m。

（5）粘土井柱施工

粘土井柱施工采用單排布置，井柱中心線在壩軸線位置，按一主一套相間布置連成井墻，先打主井1、3號井，回填后再打2號井，回填后再打5號井，回填后再打4號井，以此類推。

2.1.3 多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術是運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機把水泥漿噴土體，同時鉆頭旋轉攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強度比天然土強度高得多，滲透系數(shù)較小，并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接成一列，形成連續(xù)墻體起到截滲作用。

式中，△H——最大上下游水頭差12.38m；

J——水泥滲透破壞比降，按有關資料J取80。

混凝土防滲墻厚應不小于T=△H/J=12.38/80=0.15m，結合施工可能帶來的垂直偏差，選用樁徑為390mm。

2.2 方案選用

以上三種方案在技術上都是可行的，均能夠達到控制壩體和壩基滲流，降低壩體浸潤線的目的。現(xiàn)對混凝土防滲墻、粘土井柱防滲墻、多頭小直徑防滲墻三個方案進行技術經濟分析比較。三種方案計算各方案的工程量及投資見表1。

混凝土防滲墻的優(yōu)點是適用性廣，幾乎可適應于各種地質條件，從松軟的淤泥到密實的砂卵石，甚至漂石和巖層，適用性強，深可達100m左右。與其他防滲措施相比，混凝土防滲墻耐久性較好，防滲效率較高，安全、可靠；施工條件要求低。此方案的缺點是：成本較高，工程投資大。

沖抓套井回填粘土防滲墻的優(yōu)點是套孔回填粘土經壓實后，干重度增大，滲透系數(shù)減小，防滲效果好，并可下孔檢查，保證質量。同時，套孔四周壩體干重度增加，壩體獲得加固，且上部采用粘土井柱墻防滲直觀可靠，施工質量容易控制，施工方法簡單，速度快，有較成功的施工經驗。此方案的缺點是施工易受庫水位影響，一般在浸潤線以上施工，只要采取適當?shù)慕邓胧涂蓾M足施工要求。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻，該技術成墻價低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墻耐久性好，且不受庫水位的影響。但該法要求施工成樁垂直度較高，由于機械設備、材料供應等原因，不可避免的會造成較長時間的中斷，且對于泥夾石不易施工。

綜合技術和經濟比較結果決定推薦全壩段壩體采用粘土井柱造墻方案。

3 結語

防滲加固施工后，大壩橫剖面上的計算等勢線分布符合一般均質壩的滲流規(guī)律。計算結果還表明，壩內浸潤線位置、滲流出逸點滲透流量等均有明顯下降，該工程采取粘土井柱垂直截滲墻防滲加固即能夠滿足大壩防滲要求。陜西水利