病險水庫大壩防滲加固設計實例分析

摘要：及時對病險水庫大壩進行防滲加固，保證水庫處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。本文比較選擇了水庫大壩除險防滲加固的方案，設計并使用了合適的加固方案，對此方案進行布置和設計。計算分析后可知大壩下游壩坡最大出逸滲透坡降比加固前減小，滿足大壩滲透穩(wěn)定性的規(guī)范要求，防滲加固的效果顯著。

關鍵詞：大壩；除險加固；多頭小直徑攪拌樁；防滲墻；設計

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，生產(chǎn)和生活對資源的需求量增加，水庫大壩的建造施工項目越來越多。但是一些水庫大壩由于年久失修或技術不成熟等原因，存在著壩體滲漏情況嚴重的問題，影響了水庫的正常運行和人們的生命財產(chǎn)安全。如何對其進行防滲加固成為了工作人員需要解決的問題。下面結(jié)合實例對此進行討論分析。

1 工程概況

某水庫集水面積30.6km2，總庫容2487×102m3，其中庫容1456×102m3，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。

水庫工程等級為Ⅲ等，永久建筑物級別為3級，洪水標準采用千年一遇校核、五十年一遇設計。大壩壩址區(qū)地震動峰值加速度0.10g，與地震基本烈度Ⅶ度相等，需進行抗震安全的復核。

在水庫運行多年來，因為工程建設一直處在特殊的歷史時期，一定程度上影響了工程施工質(zhì)量。雖經(jīng)多次加固維修，仍然存在多處嚴重的問題。2007年4月，水利部門組織有關專家對該水庫進行安全鑒定，結(jié)論為“三類壩”，建議盡快進行除險加固。

2 加固前大壩結(jié)構(gòu)復核

攔河壩為均質(zhì)土壩，土壩結(jié)構(gòu)復核包括內(nèi)容為：壩頂高程、壩體邊坡穩(wěn)定和大壩滲流穩(wěn)定等。本文著重介紹壩體邊坡和滲流穩(wěn)定復核計算。

2.1 土壩邊坡穩(wěn)定復核

大壩為3級建筑物，按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定，采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法，計算采用STAB程序。計算斷面取最大樁號0+609.30斷面（最大壩高斷面）。根據(jù)穩(wěn)定分析計算結(jié)果（見表1），各種工況下邊坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

2.2 土壩滲流穩(wěn)定復核

為了判別本工程大壩的滲流特性，確定壩體浸潤線的位置，以及判斷土體的滲透穩(wěn)定性，采用理正滲流分析計算程序，對大壩進行滲流穩(wěn)定計算。計算采用理正滲流軟件，大壩防滲加固前各工況下滲流計算成果見表2。

理論計算結(jié)果能滿足規(guī)范要求。考慮到本次地勘試驗結(jié)果雖然滲透系數(shù)總體不大，但仍有局部較大的數(shù)據(jù)，并且土樣容重差異性很大，說明壩體填筑質(zhì)量差，據(jù)反映，大壩在以往進行灌漿處理時，在新閘邊壩頂突然下沉50cm，說明壩體填土均勻性很差，且壩體填土①1的水平滲透系數(shù)為2.63×10-4cm/s，大于1.0×10-4cm/s，不滿足規(guī)范對均質(zhì)土壩的防滲要求。因此，需對大壩進行防滲處理，杜絕隱患。

3 大壩防滲加固設計

3.1 方案比選

本工程水庫大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高15.0m，加固工程施工時不能放空水庫，施工預降水位為23.50m，壩坡淹沒范圍比較大，且上游壩坡無寬敞平臺用作壩基防滲施工。因此，本工程適合選用壩體垂直防滲方式，在壩頂布置防滲線，防滲體垂直進入壩基相對不透水層。本次除險加固設計選用3種方案進行比較（見表3）。

3.2 防滲方案布置

在壩頂防滲墻后1.2m處布置水泥攪拌樁防滲墻，防滲墻軸線長度1118.64m，采用多頭小直徑攪拌樁施工成墻，墻體最小厚度0.35m。防滲墻面積1.41萬m2，最大深度15.60m。墻體需穿透壩體與壩基接觸帶，并深入相對不透水層1.00m。

對于涵洞段，考慮到受涵洞加固施工的影響，該段防滲墻在開挖拆除老涵管后進行施工。新建涵管的截水環(huán)與下部及兩側(cè)防滲墻聯(lián)結(jié)形成封閉的防滲體。為了防止涵管變形對防滲墻的影響，涵管在防滲墻上下游均設置變形接頭。涵管上部采用回填粘土+復合土工膜防滲，從而和壩體防滲墻形成整體。土工膜與下部及兩側(cè)防滲墻采用柔性連接。土工膜規(guī)格為二布一膜（200/0.5/200）。

3.3 防滲墻設計

3.3.1 墻體厚度估算

t≥H[/J]

式中：H——防滲墻最大作用水頭，取10.2m；

J——防滲材料允許水力比降，水泥土攪拌樁取80。

根據(jù)防滲墻抗?jié)B及耐久性要求，結(jié)合攪拌樁機的鉆頭直徑和成墻厚度，水庫防滲墻厚度為0.35m，滿足一般平原水庫的水頭要求。

3.3.2 技術參數(shù)要求

多頭小直徑攪拌樁防滲墻墻體質(zhì)量技術參數(shù)要求如下：

（1）防滲墻體滲透系數(shù)K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）；

（2）無側(cè)限抗壓強度R28≥1.0MPa；

（3）允許滲透破壞比降J≥80；

（4）垂直度不大于1/200；

（5）水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比不小于15%，漿液水灰比0.5-1.0，水泥摻入量和水灰比具體參數(shù)據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

4.3 滲透穩(wěn)定計算

計算方法同加固前滲透穩(wěn)定計算，水泥攪拌樁

防滲墻滲透系數(shù)取為1×10-6cm/s。滲透穩(wěn)定計算結(jié)

果見表4和計算簡圖1-4。

由計算結(jié)果可知，在各種計算工況下，大壩下游壩坡最大出逸滲透坡降均較處理前減小，最大出逸滲透坡降為0.28，小于土的允許滲透坡降0.49，大壩滲透穩(wěn)定滿足要求。由表5推算，經(jīng)過防滲處理后，防滲處理效果明顯。因此，說明所采取的防滲處理方案對大壩滲透穩(wěn)定和防滲是有效的，通過防滲加固處理，能夠消除危及大壩安全的隱患。

4.4 攪拌樁防滲墻施工

水庫大壩攪拌樁防滲墻施工使用型號為MSMTW-53230的攪樁機，5軸，鉆桿中心有孔，可注漿或注氣，中心距320mm，鉆頭直徑353-460mm。本工程鉆頭直徑選用440mm，有效成墻厚度35cm，單幅成墻長度1280mm。

大壩攪拌樁防滲墻施工采用“兩攪兩噴，一次成墻”施工工藝。攪拌樁固化劑采用P.O42.5水泥，據(jù)現(xiàn)場試驗確定水泥摻入量（占天然土重的百分比）15%，水灰比0.5。下沉鉆進速度0.6-1.0m/min，提升速度為鉆進速度的1.5倍；攪拌鉆桿（軸）轉(zhuǎn)速約60r/min；噴漿壓力控制在1.0-1.4MPa，噴漿量控制在30L/min，攪拌次數(shù)為2；攪漿時間>3min；深度誤差不允許超過±10cm，樁徑偏差<4%，孔位偏差<5cm。

5 結(jié)語

綜上所述，該水庫除險防滲加固工程完成后，從監(jiān)測資料來分析，壩體的滲漏情況明顯好轉(zhuǎn)，大壩運行比工程前更加穩(wěn)定，防滲墻起到了較好的效果，符合設計要求。這說明了采用多頭小直徑攪拌樁加固土壩防滲墻，不僅成本低，而且防滲效果好，在水庫大壩防滲加固工程中值得推廣應用。

參考文獻：

[1]劉蕓華，史小平.病險水庫大壩防滲加固砼防滲墻設計要點[J].江西建材，2014年第4期.

[2]朱祖友.水庫大壩除險加固防滲設計處理分析[J].黑龍江水利科技，2013年第10期.