淺談病險水庫除險加固高壓噴射防滲墻

摘 要：水庫險情主要是由于水庫進入老齡階段及施工、設計不合理等，導致壩體出現滲透變形及破壞。本工程主要對水庫的出現滲漏的類型及原因進行分析，并根據實際情況制定幾種除險加固方案，并選擇最優方案。

關鍵詞：水庫 滲透 除險加固

中圖分類號：R123 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0041-01

1 工程概況[1]

某典型水庫是一座以供水為主，兼顧防洪、旅游等綜合利用的重點小（一）型水庫。大壩為壤土斜心墻土石混合壩，最大壩高為45.4 m，壩頂高程為191.90～192.55 m，壩頂長181 m，壩頂寬7.9～8.3 m。迎水坡170 m高程以下坡率為1∶1.25，170～184 m坡率為1∶2.5，184 m以上坡率為1∶2；背水坡171 m高程以下坡率1∶2，171～187 m坡率1∶1.85 m，187 m以上坡率為1∶2。

2 水庫破壞的類型及原因[2]

2.1 滲透變形

在滲透力作用下發生的土粒或土體移動或滲透破壞現象叫滲透變形。從宏觀上看，這種滲流力將影響壩的應力和變形形態，應用連續介質力學方法可以進行這種分析。從微觀上看，滲透力作用于無粘性土的顆粒及粘性土的骨架上，可使其失去平衡，產生滲流變形的型式主要有管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土。前兩種滲流變形主要出現在單一土層中，后兩種滲流變形則多出現在多種土層中。粘性土的滲透變形型式主要是流土。

2.2 變形破壞

在自重及各種情況下的孔隙水壓力和一些外荷載作用下，使通過壩體或壩坡和地基的抗剪強度降低，產生不均勻變形、裂縫等破壞叫變形破壞。產生變形破壞的型式主要有滑坡、崩岸等。

3 某典型病險水庫采用的方案

3.1 某典型病險水庫存在的主要問題

工程區地勢WN高ES低，屬低山丘陵剝蝕地貌。庫區流域呈扇形，庫盆大致呈NW向展布，四周sh0r6gLTjgGxKSw3FtRd1+r1qeCeUHz1Xe1wyTjUThY=低山丘陵環抱。中間發育，河流蜿蜒曲折在峽谷區穿行，自NW流向SE，河床比降大且以“V”字型河谷為主。區內沖溝發育，兩岸山坡一般較陡但穩定，局部見有卸荷與重力作用產生的小型崩塌，植被發育良好，未發現大的不良物理地質現象。經大壩安全鑒定，并由相關水利部門核查確認，水庫屬三類壩。

勘探資料表明，壩體土體不均一，壩體上部填土全風化碎塊石較多，土體以砂、礫為主要組成成份，且砂粒組中以中粗砂為主。填筑質量大部分較好，總體呈稍密～中密狀。由于壩體土含粉、粘粒偏少，壩體存在滲漏隱患；另外，壩上游正常蓄水位以上及壩下游坡排水棱體以上白蟻危害嚴重，生物孔洞分布較多，易形成集中滲漏通道。壩基上部巖體呈中等透水性，相對不透水層（q≤10 Lu）上限埋置高程左壩肩為180～160 m，右壩肩為188～151 m，壩基為160～151 m。由于左右壩肩正常蓄水位以下存在一定厚度的中等透水帶，故左右壩肩存在滲漏及繞壩滲漏問題。特別是溢洪道進口至右壩肩壩軸線一線，由于該處壩基比較單薄，中等透水帶埋深淺厚度大，壩肩滲漏及滲透穩定問題嚴重。此次除險加固工程的主要工作是對該水庫進行防滲處理。

3.2 水庫防滲處理

（1）方案比選：根據國內病險水庫加固處理技術經驗，本階段壩體防滲加固處理設計選擇了目前應用較為普遍、防滲性能直觀且施工工藝成熟的2種方案進行比較：1）方案1—— 沿壩軸線設塑性混凝土防滲心墻方案。方案布置：自大壩壩頂順壩軸線方向布置塑性混凝土防滲心墻，防滲墻伸入壩基強風化巖層，以截斷壩體和壩基滲流，降低壩體下游浸潤線。經滲流計算，結合施工條件，設計混凝土防滲墻厚度為0.5 m，防滲心墻最大深度按地質剖面設計為51.50 m。2）方案2—— 沿壩軸線設高噴防滲心墻方案。方案布置：自大壩壩頂順壩軸線方向布置高噴防滲心墻，防滲墻截斷壩基強風化巖層。結合工程地質及施工條件，本次設計采用旋噴與擺噴相結合的方式：旋噴孔距為0.7 m，壩肩及壩體172.50 m以下均采用旋噴法；擺噴孔距為1.4 m，壩體172.50 m以上采用擺噴法。3）方案比較與選擇，上述兩個壩體防滲加固方案，在技術上均可滿足壩體防滲要求，兩方案主要工程量及投資對比見表1。

從技術、投資、質量控制及防滲效果等各方面對兩方案優缺點作詳細比較如下：①方案2主體工程直接投資較方案1少31.53萬元。②方案2是一種在堤防、大壩防滲工程中廣泛應用的工法，與其他一些工法相比，具有獨特的優越性且施工工藝簡單且施工進度快，在省內外許多工程中已運用成熟。綜合比較，方案2防滲造價低，效果可靠，施工簡單，故大壩防滲加固設計推薦方案2。

（2）壩體防滲墻設計：①工法的選擇，結合本工程地質及施工條件確定本工程噴射方式采用擺噴、旋噴相結合的方式。旋噴樁直徑采用1.4 m或通過現場試驗確定。②防滲墻厚度設計，高噴防滲心墻厚度D按下式確定：

D≥hw/[J]，式中：hw為防滲墻作用水頭；[J]為防滲墻容許水力比降。

防滲墻物理力學指標要求如下：抗壓強度：R28≥4.0 MPa；彈性模量：<1000 MPa；滲透系數：K<1×10-7 cm/s；允許滲透比降：[J]≥60。

經滲流計算并參照我國已建工程實測、施工機械特點，經滲流計算取防滲墻有效厚度為0.7 m，防滲墻底部貫穿壩基全風化基巖層嵌入弱風化基巖1.0 m，最大深度約為51.5 m。

（3）壩基及壩肩防滲加固。

由地質鉆孔揭露壩基大部為全強風化混合花崗巖體，兩壩肩相對不透水層頂板較高，兩岸山體地下水位相對較高，本次壩肩防滲設計為將壩體防滲墻向兩壩肩延伸。左岸向山體延伸30 m，右岸與溢洪道閘墩連接。壩基及壩肩采用旋噴樁，在壩基強風化透水巖層將壩基高噴防滲墻延伸至相對不透水層以下1.0 m。

4 結論

每個水庫的地質環境及出現的險情不同，在選擇除險加固方案的時，應對具體的水庫險情仔細分析。從技術、經濟等各個方面綜合考慮，采用合理的除險加固方案，確保工程質量。

參考文獻

[1]南昌市水利規劃設計院.烏井水庫除險加固工程初步設計報告[R].南昌：南昌市水利規劃設計院，2011.

[2]白永年.中國堤壩防滲加固新技術[M].1版.北京：中國水利水電出版社，2001.