淺論多頭深攪等厚截滲墻在水庫壩體防滲加固中的應(yīng)用

摘 要：文章根據(jù)史家峪水庫大壩壩體漏滲實(shí)際情況，對比了高噴防滲墻、塑性砼防滲墻和多頭深攪厚截滲墻等防滲措施的優(yōu)缺點(diǎn)。多頭深攪截滲墻在實(shí)際工程建設(shè)中具有施工快捷、造價(jià)低的優(yōu)越性。謹(jǐn)以為類似工程方案比選提供參考。

關(guān)鍵詞：水庫；壩體；加固；防滲墻

1 工程背景和概況

史家峪水庫位于黃河流域姚暹渠支流史家峪河上，地處夏縣廟前鎮(zhèn)史家村東2.5km，是一座以防洪為主、兼顧灌溉的小（一）型水庫。水庫壩址以上控制流域面積27.83km2，流域長14.0km，流域平均寬1.98km，河床縱坡50‰。

水庫始建于1959年5月，1960年5月竣工蓄水，總庫容227.46萬立方米。史家峪水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管及輸水涵洞三部分組成。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高44.56m，壩頂長108m，寬3m，壩頂高程564.8m，大壩上游坡比1：3、1：2.5，高程556m處有一漿砌石擋土墻，墻高5.6m，556m高程以下為干砌石護(hù)坡，下游壩坡不規(guī)則，溢洪道位于大壩左端，為開敝式，溢洪道進(jìn)口底高程557.1m，總長177.6m，原設(shè)計(jì)最大泄量342m3/s。臥管位于庫區(qū)左側(cè)岸坡上，臥管設(shè)4個(gè)進(jìn)水口，每個(gè)進(jìn)水口設(shè)閘門，輸水涵洞與臥管消力池相接，輸水涵洞位于大壩中心，長246.6m。

2 水庫存在的問題

該水庫工程由原晉南專署水利局設(shè)計(jì)，原運(yùn)城縣（即現(xiàn)在的鹽湖、臨猗、永濟(jì)）組織五千民工施工，屬大躍進(jìn)年代的產(chǎn)物。受當(dāng)時(shí)施工條件限制，大壩完全是人工夯打而成，施工時(shí)地基強(qiáng)風(fēng)化層未完全清除，基礎(chǔ)及兩側(cè)壩肩未做結(jié)合槽，壩體施工質(zhì)量較差。高程561.6m以上土全部為風(fēng)化料，壩體上均不同程度具有濕陷性，含有較多砂礫及鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾有塊石和碎石，均勻性差。大壩上下游壩坡不規(guī)則，護(hù)坡?lián)p毀，壩坡有沖溝及裂縫，溢洪道右側(cè)墻沒有達(dá)到設(shè)計(jì)高程，臥管輸水閘均不能正常運(yùn)行，水庫淤積嚴(yán)重。由于大壩存在安全隱患，水庫一直空庫運(yùn)行。2007年11月，經(jīng)運(yùn)城市水利勘測設(shè)計(jì)研究院對水庫安全性進(jìn)行綜合評價(jià)，大壩安全類別為三類。

3 滲流分析

目前由于水庫淤積厚度已達(dá)26m，形成了天然鋪蓋，再結(jié)合大壩運(yùn)行實(shí)際，水庫的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位歷時(shí)較短，在壩體內(nèi)形不成穩(wěn)定滲流，所以設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位時(shí)大壩滲流穩(wěn)定可不考慮。根據(jù)“碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范”（DL/T5395-2007）的要求，采用二維有限元法計(jì)算以下兩種工況的滲流穩(wěn)定：①正常蓄水位與下流相應(yīng)最低水位；②正常蓄水位降落至現(xiàn)狀死水位。

4 處理措施

4.1 概述

史家峪水庫大壩壩體為均質(zhì)土壩，在筑壩時(shí)一方面壩基5-10m風(fēng)化層沒有清除，壩肩沒有做結(jié)合槽，另一方面壩休主要由低液限粉土組成，含有較多砂礫石及鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾有塊石和碎石，且是人工夯打而成，均勻性差，壩體、壩基、壩肩均存在滲漏問題。

4.2 處理方案比較

針對均質(zhì)土壩壩體和壩基的滲漏問題，結(jié)合史家峪水庫的大壩特性、工程地質(zhì)條件，擬采取防滲墻進(jìn)行加固。防滲墻主要有三種：高壓擺噴折線連續(xù)防滲墻、開槽澆筑單排塑性混凝土防滲墻、多頭深攪等厚截滲墻防滲墻，現(xiàn)對該三個(gè)方案進(jìn)行比較。

4.2.1 高壓擺噴折線連續(xù)防滲墻。高壓擺噴灌漿防滲是利用鉆機(jī)，將裝有特質(zhì)噴嘴的注漿管下到預(yù)定位置，然后用高壓水泵或泥漿泵將水、氣和漿液用20Mpa左右的高壓，通過噴嘴定向噴射，垂直提升，沖擊破壞被灌地層結(jié)構(gòu)，使水泥漿液與被灌地層土顆粒摻混，形成壁狀固結(jié)體，借以達(dá)到加固地基和防滲的目的。其成墻厚度一般為150-300mm。

該方法適用地層范圍廣，施工機(jī)具較輕便，有利于避免施工干擾。折線連續(xù)防滲墻比單墻直線前后對接方式更具有連續(xù)可靠、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是需要專業(yè)施工力量，造價(jià)較高，砂卵石石塊較大和基巖風(fēng)化層較厚時(shí)要慎用。

4.2.2 開槽澆筑單排塑性混凝土防滲墻。塑性混凝土是用粘土和（或）膨潤土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一種柔性墻體材料，比普通混凝土或黏土混凝土的彈性模量小得多，與周圍土體的變形模量相近，能適應(yīng)地基的變形，減小了墻體內(nèi)的應(yīng)力，避免墻體開裂，還能節(jié)約水泥材料。塑性混凝土防滲墻采用鉆挖機(jī)械，在壩體及下伏土層中開挖槽孔，然后澆筑塑性混凝土形成連續(xù)防滲墻。

此方法對地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，采用泥漿護(hù)壁和各種不同性能的挖槽機(jī)械設(shè)備，在軟弱土層或沙礫石等堅(jiān)硬地層中均能施工，且能達(dá)到很大深度（50m以上）。墻體連接整體性好，平整度高，垂直度易于保證，防滲效果好。缺點(diǎn)是：防滲墻分序澆注塊之間易出現(xiàn)薄弱帶，消弱防滲效果；施工技術(shù)要求高，需要有專門的施工機(jī)械設(shè)備，造價(jià)太高。

4.2.3 多頭深攪等厚截滲墻防滲墻。多頭深攪等厚截滲墻是利用多頭小直徑深層攪拌機(jī)將水泥噴入土體并強(qiáng)制攪拌，使軟土和水泥發(fā)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)后，軟土硬結(jié)改性形成具有一定強(qiáng)度，抗?jié)B性能好的隔水帷幕-水泥土擋水墻。其壓縮性、滲水性較天然土大為降低，具有顯著的整體性和穩(wěn)定性。多頭深層攪拌等厚截滲墻技術(shù)近年來已較多應(yīng)用于我國的江、河、湖、庫等堤壩的防滲工程，并取得了明顯的效果。

該成墻方法對土料的要求很低，可應(yīng)用于粘土、壤土、砂土以及含礫直徑小于10cm的砂礫石層，其優(yōu)點(diǎn)是：施工簡便、快捷、工效高，能保證墻體的完整性，造價(jià)較低。缺點(diǎn)是：受施工機(jī)具的限制，成墻深度一般為15-25m。

經(jīng)過研究表明：多頭深攪等厚截滲技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）充好利用原壩土體，僅使用易于選購而且價(jià)格低廉的普通水泥構(gòu)成墻體；（2）成墻質(zhì)量可靠，具有混凝土墻和高噴截滲墻的截滲效果和壽命，而且水泥土墻具有一定的塑性，相當(dāng)于塑性混凝土，適應(yīng)壩體變形的能力強(qiáng)；（3）成墻造價(jià)低，造價(jià)僅是混凝土墻的1/2，高噴截滲墻的1/3；（4）施工不開槽避免了混凝土截滲施工時(shí)引起的塌孔、與原壩體結(jié)合不實(shí)等問題；（5）施工工效不低于高噴墻和混凝土墻截滲方法。

綜上所述，多頭深攪等厚截滲墻與高噴墻和混凝土截滲墻 相比具有取材方便，成墻質(zhì)量可靠、成本低、施工簡便以及用工效高等優(yōu)點(diǎn)。

5 大壩截滲墻設(shè)計(jì)

5.1 墻體厚度設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：截滲墻最小厚度為0.45m，考慮到施工可能造成的允許偏差及施工機(jī)具規(guī)格，選用多頭樁機(jī)鉆頭直徑600mm，成墻厚度為45cm。

5.2 墻體布置

截滲墻沿壩軸線平行布置于壩體上游壩腳與淤積面的接觸處，連續(xù)鉆孔成墻。樁位偏差+5cm，墻體垂直度不大于1/200，為保證墻體均勻，相鄰樁搭接長度為20.3cm。攪拌葉輪直徑保證套接，鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度0.5-1.0m/min，提升速度1.0-1.5m/min。

5.3 水灰比

水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，摻入量為12%，水灰比為1：1.5.施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)室內(nèi)及現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體確定。成墻后應(yīng)進(jìn)行注水試驗(yàn)，其透水率應(yīng)小于5Lu。

6 大壩加固后滲流穩(wěn)定分析計(jì)算

滲流分析：大壩除險(xiǎn)加固后滲流計(jì)算工況和加固前一樣，分兩種：正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位；正常蓄水位降落至現(xiàn)狀死水位。

7 結(jié)束語

通過以上多方案比較以及對大壩滲流穩(wěn)定分析計(jì)算得出這樣的結(jié)論：史家峪水庫大壩采用多頭深攪等厚截滲墻防滲加固后，所有工況下壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，大于壩坡穩(wěn)定允許最小安全系數(shù)，坡壩穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧安利.上馬水庫地裂縫成因及工程處理措施探討[J].山西水利科技，2007.