山東省費縣許家崖水庫除險加固大壩心墻設計

劉 剛

(山東省臨沂市水利勘測設計院，山東臨沂 276000)

山東省費縣許家崖水庫除險加固大壩心墻設計

劉 剛

(山東省臨沂市水利勘測設計院，山東臨沂 276000)

本文分析了費縣許家崖水庫大壩心墻存在的問題及成因，并運用當今先進的防滲加固技術，通過方案對比，擇優進行心墻設計，最終確定選用塑性混凝土防滲板墻進行加固。

防滲;混凝土板墻;心墻設計

1 概況

山東省費縣許家崖水庫是一座以防洪、灌溉、發電、供水、水產養殖為主的大(2)型水庫。大壩系黏土心墻砂殼壩，壩高32.2m，壩長1214m，總庫容2.81億 m3，于1959年10月建成。由于大壩施工中分段突擊、接頭不實、黏土不純，碾壓差等原因，投入運行后，曾多次出現險情，雖經多次搶修加固，病險未除。2011年10月20日，水利部大壩安全管理中心將許家崖水庫定為“三類壩”。存在的主要病險為：大壩心墻填筑質量較差，大壩樁號0+040斷面心墻與壩基結合部位的滲透比降大于允許值，大壩樁號1+100斷面心墻與壩殼結合面的滲透比降大于允許值，下游坡面出逸比降大于允許滲透比降，部分壩段下游坡無排水體，大壩樁號0+970～1+214壩段在高水位時壩后出現滲漏明流。

2 大壩心墻存在的問題及原因

經有資質部門實地勘測和專業人員分析，大壩心墻存在的主要問題及原因如下：

2.1 土質較差，且不均勻

大壩心墻土料來源主要為第四系沖洪堆積物及少量殘坡堆積物，一般呈黃褐色－灰褐色，可塑－硬可塑，含較多中粗砂，局部為黏土，土質不均勻。大壩樁號0+000～1+020段，土質以壤土為主，局部為黏土;大壩樁號1+020～1+214段，心墻土質較為雜亂，以礫質壤土為主，混雜較多的巖石碎塊，局部頁巖呈夾層，注水試驗滲透系數為6.20×10－4～8.55×10－4cm/s;防浪墻與接高心墻未結合，其間存在0.3m的含土角礫夾層，滲透系數為4.75×10－2cm/s，具強透水性，形成滲漏通道。

2.2 碾壓不實，防滲能力差

據實測實驗，接高心墻壤土的壓實密度實測30點，按《碾壓式土石壩設計規范》標準，合格的僅2點，合格率6.7%;原心墻壓實度實測128點，合格6點，合格率僅為4.7%。由于碾壓不實、滲透能力強，據室內實驗，滲透系數為6.04×10－7～2.82×10－4cm/s，其中大于1.0×10－5cm/s的占78.9%。

2.3 心墻與齒墻及前后砂殼結合不好

據鉆探，部分壩段心墻底部直接與壩基泥灰巖接觸，結合不密實。鉆探過程中發現心墻與巖石結合部存在漏水現象。

上游砂殼含土角礫處于飽和狀態，且砂殼厚度較小。壩后砂殼以含土角礫為主，混雜較多泥土，含砂量不符合規范技術要求。壩肩泥灰巖與心墻間存在沖刷問題。

心墻是壩體的核心，存在問題及原因已找到，除險加固設計須針對存在的問題“對癥下藥”。

3 心墻加固設計方案的選定

當今水庫防滲加固工程技術，比較先進的有防滲板墻、高噴灌漿、劈裂灌漿等方法，這些技術各有所長，同時也存在某些局限性。該壩心墻加固究竟采用哪種方法，可以達到經濟、安全、施工方便、工期短的目的，只有從心墻存在問題入手，進行方案比較。

3.1 擬定以下兩個方案進行比較論證，以確定合理方案

3.1.1 方案Ⅰ：塑性混凝土防滲板墻

施工工藝是在原接高斜墻挖除回填壓實前，在原心墻頂部利用薄壁抓斗造槽，并采用泥漿固壁，然后用導管向注滿泥漿的槽孔內澆注摻有泥漿的混凝土置換出泥漿，澆筑成塑性混凝土墻體。

a.截滲墻軸線及高程確定。防滲墻軸線設在防浪墻中心線處，墻頂部位于防浪墻基底，高程150.50m，下端嵌入基巖面以下1m。

b.防滲板墻厚度及位置確定。墻體厚度主要由墻體允許水力坡降控制，另外要考慮施工機具和墻體壽命。墻體允許水力坡降受材料配比影響，有一定的變化范圍?；炷练罎B墻允許水力坡降為80，國內一般采用80～100，塑性混凝土墻允許水力坡降為80，由此計算得，墻厚為36cm，選用墻厚40cm。另外參照《碾壓式土石壩規范》(SDJ 218—84)第4.2.9條，混凝土防滲墻對于中低壩，厚度采用壩高的1/60～1/40，但不小于40cm的原則，本次設計混凝土防滲板墻厚度取40cm，符合規范要求。

c.墻體材料。防滲墻墻體下部3m范圍內采用C15普通混凝土，墻體為剛性，且保證有足夠的抗滲性和耐久性;以上墻體采用塑性混凝土，以充分適應心墻變形。由于塑性混凝土防滲墻彈模低，對壩體變形適應性強，近年來工程中使用較多。塑性混凝土各項指標應達到：

抗壓強度：R28=2MPa(保證率80%);

坍落度：18～20cm;

擴散度：40～42cm;

彈性模量：E28=500MPa;

滲透系數：K≤2 ×10－7cm/s。

黏土黏粒含量和塑性指數應符合規范要求。

膨潤土塑性指數為28，黏粒含量35%。

每立方米塑性混凝土各種材料用量見表1。

表1 每立方米塑性混凝土各種材料用量表 單位：kg

d.塑性混凝土防滲板墻施工。混凝土防滲板墻工程包括造槽和成墻兩種施工工藝，造槽心墻部分采用薄壁抓斗成槽，基巖部分采用沖擊鉆沖孔成槽。?造槽施工。施工時在壩頂大壩樁號0+000～1+214段將原壩頂斜墻開挖至150.50m高程，并推至大壩上下游壩坡上，填筑施工平臺，平臺寬度要求防滲板墻上游寬度9m，下游寬不小于5m，并按施工要求做導漿平臺及排漿溝。造槽是混凝土防滲墻施工成敗的關鍵，為確?；炷练罎B墻施工質量，施工順序為：測量放線——砌筑 C20鋼筋混凝土導墻——鋪設導墻鋼軌——造槽機械就位——挖槽——吸泥清底，在挖槽過程中注入泥漿固壁;?成墻施工。壩體成槽采用液壓抓斗成槽機5CZ—22型沖擊鉆配合成槽，采用“四鉆三抓”法，即先將防滲墻分槽段，由沖擊鉆沖打導向孔，再利用液壓抓斗抓土成槽。壩基巖石成槽采用CZ—22型沖擊鉆沖擊破碎，抓斗取渣。成槽采用泥漿固壁方式，泥漿配比應嚴格根據規范和現場試驗資料確定。

3.1.2 方案Ⅱ：高壓旋噴防滲板墻

其施工工藝是利用鉆機造孔，然后將噴頭管送至預定位置，用高壓噴嘴噴射高壓射流沖擊和破壞土體，同時與灌入的水泥漿摻攪混合。在土中形成凝結防滲墻體，以達到防滲的目的。適用范圍：粉土、含砂量較大的砂土層。技術經濟指標：最大成墻深40m，滲透參數K＜1×10－6cm/s，施工工效平均為150m2/臺班。

a.高壓旋噴位置范圍。高壓旋噴灌漿在防浪墻軸線中心線處。墻頂部位于防浪墻基底，高程150.50m下端嵌入基巖面以下1m，高壓旋噴施工應在庫水位較低時進行，以盡量降低地下水滲流流速，保證灌漿質量。

b.施工參數要求。高壓旋轉噴灌漿采用單排旋噴套接結構形成，采用二管法施工，旋噴樁的直徑1.0m，孔距1.0m，成墻最小厚度0.4m;空壓機的壓力為0.7MPa，流量1.0m3/min，氣嘴數量2個，環狀間隙1.2mm;泥漿泵壓力 30MPa，流量 80L/min，密度 1.5g/cm3，漿嘴數量兩個，漿嘴直徑2.5mm，回漿密度不小于1.3g/m3;提升速度10cm/min。

c.墻體材料。?水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，其細度、安全性和凝結時間應滿足固化水泥漿性能的要求。水泥應保持新鮮，受潮結塊的不得使用，為提高漿液與砂層間的粘結力，內摻水泥用量8%的FS摻加劑，以增強墻體的防裂抗滲性能;?水：配置水泥漿液的水質應符合《混凝土拌合用水標準》(JGJ 63—89)3.0.4條的規定;?水泥漿液：應按確定的配合比1∶1拌制，并應充分拌和，普通攪拌機攪拌時間不得少于30s，水泥漿處制備至用完的時間不應超過4h，漿液溫度應保持在5～40℃。

d.技術要求。高噴灌漿鉆孔采用沖擊鉆鉆進方法，鉆孔孔位與設計孔位偏差不得大于50cm，桿和粗徑鉆具的垂直偏差不超過5%，鉆過暫?；蚪K孔待噴時，孔口應加以保護，若時間過長，應采取措施防止塌孔。鉆進過程中，若泥漿嚴重漏失，孔口不返漿時應立即停止提升，少量返漿時降低提升速度，降低噴射壓力、流量，進行原位灌漿，在漿液中滲入速凝劑，或采取加大泥漿濃度、泥漿中摻砂、向孔內填充堵漏材料等措施，直到孔口正常返漿再繼續鉆進。高噴灌漿過程中發生串漿時，應填堵串漿孔，待灌漿孔高噴灌漿結束，盡快對串漿孔掃孔，進行高噴灌漿，或繼續鉆進。高噴灌漿過程中應采取必要措施保證孔內漿液上返暢通，避免造成壩體劈裂。高噴灌漿因故中斷后恢復施工時，應對中斷孔段進行復噴，搭接長度不得小于0.5m。高噴灌漿結束，應利用回漿或水泥漿及時回灌，直至孔口漿面不下降為止。

e.質量檢驗。施工后，檢驗的時間宜在噴射注漿28天后進行，以防在固結體強度不高時，因檢驗而受到破壞，檢驗點的數量為高壓噴注漿孔數的1%，并不少于3點。檢驗不合格者，應在不合格的點的附近進行補噴或采取有效補救措施，然后再進行質量檢驗。

3.2 加固方案確定

心墻加固方案比較見表2。

表2 心墻加固方案比較

心墻加固從以上兩個方案比較，方案Ⅱ雖然成墻深度大，施工速度較快，但工程可靠性差，造價高;方案Ⅰ具有技術可行、防滲效果好、較方案Ⅱ經濟等優點。結合工程地質條件，從施工質量、工期、有效截斷壩基砂層的透水性及可能產生的滲透變形、節省工程投資等方面考慮，確定采用方案Ⅰ。

4 結語

許家崖水庫大壩心墻存在的險情，過去由于勘探不清，資料不齊，措施不力，致使險情未能根除。該設計通過實地勘探，廣泛收集資料，加以科學分析，方案對比等，確定選用塑性混凝土防滲板墻進行加固。該方案具有以下優點：?對心墻現有土質比較合適;?技術可行，防滲效果好，安全可靠;?造價較低，經濟合算;?施工速度快，工期短。為確保設計方案的實施，施工、監理、材料選定，必須符合規定標準。

1 顧輝，陳衛國．病險水庫土石壩加固設計30例［M］．北京：中國水利水電出版社，2009．

2 山東省臨沂市費縣許家崖水庫除險加固工程初步設計［R］．2012．

Design of Shandong Feixian County Xujiaya Reservoir Danger Removal and Reinforcement Dam Core Wall

LIU Gang

(Shandong Linyi Water Conservancy Survey and Design Institute，Linyi276000，China)

This paper analyzes problems and formation causes of Feixian County Xujiaya Reservoir dam core wall．Current advanced anti-seepage reinforcement technology is used for optimally designing the core wall．Through scheme comparison，it is ultimately determined that plastic concrete cutoff wall is adopted for reinforcement．

anti-seepage;concrete cutoff wall;core wall design

TV62

B

1005-4774(2013)08-0036-03