翁塘水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩壩體質(zhì)量、滲漏分析

左 毅

(貴州省黔東南州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，貴州 凱里556000)

1 工程概況

翁塘水庫(kù)地處施秉縣雙井鎮(zhèn)白巖村白水溪上游，距施秉縣城距離31 km。所在河流水系為長(zhǎng)江流域沅江水系舞陽(yáng)河的一級(jí)支流。工程區(qū)位于苗嶺山脈北側(cè)、貴州高原向湘西丘陵過(guò)渡斜坡地帶上。水庫(kù)樞紐主要由大壩、溢洪道、放水涵等建筑物組成。翁塘水庫(kù)為土石混合壩，原設(shè)計(jì)最大壩高19.8 m，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容103 萬(wàn)m3，原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50 a一遇，100 a一遇洪水校核。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)和《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)規(guī)定，工程為小(1)型水庫(kù)，大壩永久性水工建筑物為四等4 級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 ～50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 ～300 a一遇，相應(yīng)建筑物標(biāo)準(zhǔn):主要建筑物為4 級(jí)，次要建筑物和臨時(shí)建筑物為5 級(jí)。

2 壩體質(zhì)量、滲漏評(píng)價(jià)

2.1 壩體概況

大壩為土石混合壩，原壩頂高程814.80 m，最大壩高19.8 m，壩頂寬4.20 m，壩頂長(zhǎng)60.70 m，壩頂因有鄉(xiāng)村公路通過(guò)，并從迎水面坡口穿溢洪道進(jìn)口通行，故較為不規(guī)則。大壩上游壩坡坡比自上而下依次為1∶1.9、1∶2.5，設(shè)置寬1.1 m的1 級(jí)馬道，馬道高程為800.00 m，迎水面均為干砌塊石護(hù)坡;大壩背坡亦采用干砌塊石護(hù)坡，坡比自上而下依次為1∶1.6、1∶2.1，1∶2.0，設(shè)置1 級(jí)馬道高程為805.40 m，馬道寬度為1.1 m。在大壩壩體左側(cè)799.00 m高程處設(shè)有1.1 m×0.8 m(寬×高)的灌溉渠道放水涵洞。下游壩趾設(shè)有梯形排水棱體，但已被雜草叢、碎石堆和碎石土覆蓋［1］。

2.2 壩體砌筑質(zhì)量評(píng)價(jià)

本次共布置4 個(gè)鉆孔，壩體布置2 個(gè)鉆孔，左岸布置1 個(gè)鉆孔，右岸布置1 個(gè)鉆孔。在壩體段作注水試驗(yàn)，基巖段作壓水試驗(yàn)，同時(shí)在鉆孔中取土樣作室內(nèi)試驗(yàn)，共計(jì)6 件。勘探期庫(kù)內(nèi)水位803.47 m。鉆孔揭露壩土情況:①壩體填土來(lái)源于大壩兩岸坡上第四系覆蓋層，壩體填土由人工分層碾壓而成。②壩體填土呈黃褐色，硬塑～可塑，成分主要為紅黏土。本次試驗(yàn)對(duì)大壩填土土試樣做篩分試驗(yàn)和土工常規(guī)試驗(yàn)，試驗(yàn)成果表明大壩填筑材料為紅黏土，大壩為土石混合壩。6 件壩土樣中有6 件土樣滲透系數(shù)均大于1.0×10－5cm/s，占試驗(yàn)土樣的100%。依據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》，土石壩斜墻防滲土料滲透系數(shù)≤1.0×10－5cm/s，故大部分壩土滲透系數(shù)較大，不滿足規(guī)范要求，壩土填筑質(zhì)量差。為了查明壩土的滲透系數(shù)，提供防滲處理的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，依據(jù)《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》(SL345—2007)對(duì)鉆孔壩體段作常水頭注水試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見(jiàn)下表1。

由注水試驗(yàn)可知壩土滲透系數(shù)k=7.45×10－4～8.30×10－4cm/s，均＞1.0×10－5cm/s。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)土石壩滲透系數(shù)≤1.0×10－5cm/s，故該壩土滲透系數(shù)較大，不滿足規(guī)范要求。

表1 鉆孔注水試驗(yàn)成果表

2.3 壩體滲漏評(píng)價(jià)

本次勘探期間庫(kù)水位較低(高程803.47 m)，背水壩坡面未見(jiàn)漏水和滲水現(xiàn)象，僅壩址中央處有滲水現(xiàn)象，為工程地質(zhì)平面圖中所示的2#滲漏點(diǎn)。據(jù)施秉縣水利局和當(dāng)?shù)卮迕窠榻B，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到807 m時(shí)，左右壩址均出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，分別為工程地質(zhì)平面圖中所示的1#、3#滲漏點(diǎn)，3#滲漏量較大，當(dāng)庫(kù)水位繼續(xù)升高時(shí)，滲漏量隨之增大。根據(jù)鉆孔資料、土工試驗(yàn)及鉆孔注水試驗(yàn)表明:大壩為土石混合壩，壩土為紅黏土，填筑質(zhì)量較差，透水性較強(qiáng)，該壩體存在滲漏。通過(guò)對(duì)ZK2 和ZK3 進(jìn)行孔內(nèi)水位觀測(cè)，當(dāng)庫(kù)水位為803.47 m時(shí)，ZK2 孔內(nèi)水位為802.45 m，ZK3孔內(nèi)水位為802.44 m，表明當(dāng)庫(kù)水位較低時(shí)，壩體侵潤(rùn)線位置仍相對(duì)較高，大壩存在安全隱患。從壩土料情況分析，壩體滲漏為迎水壩面分散式滲入壩體，然后向背水壩體集中滲出。

2.4 壩體穩(wěn)定評(píng)價(jià)

大壩為土石混合壩，背水壩面壩面局部出現(xiàn)隆起變形現(xiàn)象。從幾十年來(lái)的運(yùn)行情況看，壩體不存在大規(guī)模崩塌及變形，大壩現(xiàn)狀基本穩(wěn)定。但由于壩體滲漏較嚴(yán)重，壩面局部出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，如不及時(shí)對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理和加強(qiáng)對(duì)大壩的維護(hù)，將導(dǎo)致大壩滲漏加劇，危及大壩安全。

3 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 大壩滲漏處理

擬采取的除險(xiǎn)加固措施為:上游面802.00 m 以上作土工復(fù)合膜防滲、壩體周邊作混凝土截水墻，然后沿截水墻布置帷幕灌漿孔，再對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿，使壩面防滲與壩基防滲形成一個(gè)封閉的防滲體;大壩下游面作整形處理。壩頂高程816.00 m，最大壩高21 m，壩頂增設(shè)排水溝，壩頂寬4 m。大壩迎水面為土工復(fù)合膜防滲，干砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，邊坡自上而下分別為1∶2.2、1∶2.5，背水面邊坡為自上而下分別為1∶1.7、1∶2.0，高程805.40 m處馬道寬2 m。

具體為:清除其迎水面剝脫、風(fēng)化破碎的毛塊石及表層松散的黏土，呈臺(tái)階式開(kāi)挖到密實(shí)黏土層，再將含水率≤30%與原壩土土質(zhì)相近的黏質(zhì)砂土分層夯實(shí)碾壓(層高30 cm，寬高超填≥20 cm)，最后修坡成型達(dá)設(shè)計(jì)邊坡。采用二布一膜土工復(fù)合膜(PVC膜厚0.5 mm、兩布≥700 g/m2)鋪在10 cm厚細(xì)砂墊層上，膜上鋪10 cm 厚細(xì)砂保護(hù)層，保護(hù)層上干砌8 cm厚C15 混凝土預(yù)制塊護(hù)面。二布起保護(hù)層并有排水作用，提高抗拉強(qiáng)度，與相鄰材料間摩擦系數(shù)也較大，細(xì)砂墊層能增加組合膜的穩(wěn)定性和避免壩面局部毛石尖棱角邊導(dǎo)致二布一膜的劃破。壩體周邊作C15 混凝土截水墻，二布一膜鋪伸至截水墻與其咬接，然后沿截水墻布置壩基帷幕灌漿孔，單排孔、孔距3.0 m，孔深為孔口設(shè)計(jì)水頭的2/3 倍，灌漿壓力為0.2 ～0.4 MPa，再對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿，使壩面防滲與壩基防滲形成一個(gè)封閉的防滲體。

背水面作整形處理，下游堆石區(qū)在壩體底部下游水位以下部分，采用能自由排水的、抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的石料填筑，采用最高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。下游水位以上部分，可以使用與原堆石區(qū)相同的材料，可以采用較低的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，或采用質(zhì)量較差的石料。下游護(hù)坡采用干砌塊石，或由堆石體內(nèi)選取超徑大石，運(yùn)至下游坡面，以大頭向外的方式碼放。

3.2 壩頂構(gòu)造設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范規(guī)定土石壩壩頂高程不低于靜水位，現(xiàn)校核洪水位為815.95 m，要求壩頂高程≥815.95 m，高于現(xiàn)在壩頂高程(814.80 m)1.15 m。經(jīng)壩頂高程復(fù)核計(jì)算現(xiàn)狀的溢洪道情況壩頂高程不能滿足要求，通過(guò)加大壩壩頂整形到816.00 mm，復(fù)核的壩頂高程為816.00 m，通過(guò)加高0.05 m 就夠高程了，但因壩頂要求過(guò)車和人，為保證人身安全防浪墻取1 m，墻頂高程為817.00 m。防浪墻厚0.3 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分縫長(zhǎng)度為10 m，用鍍鋅鐵皮止水，刷瀝青木板填縫。壩頂采用0.2 m 厚泥結(jié)石路面，單面排水，坡度2%，傾向下游。

3.3 大壩壩坡排水設(shè)計(jì)

下游采用干砌塊石護(hù)坡，為避免雨水漫流沖刷壩坡，加固和完善下游壩坡排水設(shè)施。下游壩面增設(shè)沿壩坡周邊的縱向排水溝以便集中排除壩面集水，斷面尺寸0.3 m×0.3 m。

［1］李映波.三洲塘水庫(kù)壩體防滲處理［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2011(03):44－45.