后樓水庫(kù)攔河壩防滲處理方案選擇

郎 穎

（撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 遼寧 撫順 113008）

1 工程概況

后樓水庫(kù)位于清原縣紅河上游，距清原滿族自治縣灣甸子鎮(zhèn)0.2km，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫(kù)集雨面積81km2，壩址以上河道長(zhǎng)度15.3km，河道平均比降14.4‰。后樓水庫(kù)于1974年完工,后樓水庫(kù)總庫(kù)容為1462.68萬(wàn)m3,樞紐等別為三等，永久性建筑物為三級(jí),本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水，相應(yīng)水位481.80m，相應(yīng)庫(kù)容為1174.23萬(wàn)m3；校核標(biāo)準(zhǔn)采用1000年一遇洪水，相應(yīng)水位483.38m，相應(yīng)庫(kù)容為1462.68萬(wàn)m3；正常蓄水位為481.50m，相應(yīng)庫(kù)容為1121.70萬(wàn)m3；防洪限制水位為478.30m，相應(yīng)庫(kù)容為666.00萬(wàn)m3；死水位470.90m，相應(yīng)庫(kù)容為104.00萬(wàn)m3。

水庫(kù)攔河壩為粘土斜墻土壩，設(shè)計(jì)壩頂高程483.80m（實(shí)測(cè)483.50m～483.80m），防浪墻頂高484.70m，主壩壩長(zhǎng)390m，副壩壩長(zhǎng)105m，主壩與副壩軸線成13°角，最大壩底寬130m；壩頂寬4.0m，上下游各設(shè)二級(jí)坡，上游邊坡自上而下為1∶2.5和1∶3.0，下游邊坡自上而下為 1∶2.0、1∶2.5～1∶3.5，變坡處高程為474.50m，并在變坡處設(shè)戧臺(tái)，上游戧臺(tái)寬2.0m，下游戧臺(tái)寬1.5m。上游坡采用塊石護(hù)坡，無(wú)反濾墊層，下游第一級(jí)坡為塊石護(hù)坡，第二級(jí)坡為條帶式網(wǎng)格護(hù)坡，坡腳設(shè)塊石護(hù)腳。

粘土斜墻頂高程483.30m，頂部厚2m，底寬6m，上游坡比為1∶2.5，下游坡比為1∶2.0，粘土斜墻防滲體設(shè)計(jì)壓實(shí)干容重1.6g/cm3，壩殼料干容重 1.7g/cm3。

攔河壩有4處明顯漏水,壩后形成沼澤化,屬于險(xiǎn)壩。

2 攔河壩滲漏分析

大壩下游壩坡有4處漏水，結(jié)合鉆探鉆孔漏水情況分析，壩基滲漏較為嚴(yán)重的主要原因：

合攏段漏水：據(jù)施工原始資料介紹，合攏時(shí)為了搶時(shí)間，基巖面未處理好就回填粘土，施工質(zhì)量較差。合攏后就發(fā)現(xiàn)下游河床漏水，漏水量達(dá)1L/s，當(dāng)時(shí)壩下游第二階坡為1∶2.5，由于滲漏嚴(yán)重，壩坡浸潤(rùn)滑動(dòng)，采取放坡，加蓋重處理，壩坡成1∶3.0～1∶3.5。合攏段漏水原因?yàn)閴位鶐r與粘土斜墻之間接觸帶部位接觸不良及填筑時(shí)未做好排水,基槽部位粘土含水量過(guò)大,填筑質(zhì)量很差,鋪土厚度大,層間存在虛土層等問(wèn)題,還有輸水洞壩下埋管部位沉降不同引起裂縫漏水和岸坡處理不當(dāng)?shù)仍蚵┧?/p>

由于下游壩基和壩體透水性較差，下游浸潤(rùn)線較高，影響壩體穩(wěn)定，原設(shè)計(jì)的1∶2.5的下游壩坡曾發(fā)生滑坡，使下游壩坡的坡度變?yōu)?∶3.0～1∶3.5。現(xiàn)狀大壩基槽較深部位粘土斜墻基礎(chǔ)與基巖之間存在砂層，形成斜墻與基巖之間存在漏水通道,斜墻與壩基砂礫石之間未設(shè)反濾過(guò)渡，因此存在壩體內(nèi)部發(fā)生管涌的可能。斜墻基礎(chǔ)未設(shè)混凝土蓋板，只采取壓力灌漿的方法效果較差,基槽粘土滲漏問(wèn)題因可灌比不滿足規(guī)范要求,（后樓水庫(kù)可灌比M=9.6,規(guī)范要求M＞15可灌水泥砂漿,＞10可灌注水泥粘土漿）。采取壓力灌漿的方法無(wú)法解決壩基滲漏問(wèn)題，又因下游壩殼和地基透水性很差、浸潤(rùn)線較高，大壩壩殼處于極松散飽和狀態(tài)，采取排滲加蓋重的加固方案不可靠。故本次加固設(shè)計(jì)采用較徹底的三種方案進(jìn)行比較，選用最佳方案。

3 大壩防滲加固方案比較

方案一：土工膜方案

在攔河壩上游坡腳開(kāi)挖一道梯形槽，底部開(kāi)挖至強(qiáng)風(fēng)化巖，梯形槽的邊坡為1∶1和1∶2，在梯形槽底部澆筑500mm厚、2m長(zhǎng)的混凝土蓋板，在混凝土蓋板下進(jìn)行大壩帷幕灌漿。土工膜上端插入大壩粘土斜墻內(nèi)，并做可靠的防滲處理，下端與混凝土蓋板澆筑一體，右端嵌入溢洪道左邊墩。這樣就使土工膜形成一道整體的防滲屏障。該方案細(xì)部布置見(jiàn)圖1:

在鋪設(shè)土工膜前需修建施工圍堰，圍堰分兩期。圍堰底高程為465.00m，考慮到安全加高、風(fēng)浪爬高和汛后輸水洞導(dǎo)流等因素，圍堰頂高程定為472.5m；圍堰頂寬5m，迎水坡坡比為1∶2，背水坡坡比為1∶2.5，迎水坡鋪設(shè)防滲土工膜。

方案二：混凝土防滲墻方案

混凝土防滲墻澆筑位置為大壩上游壩坡戧臺(tái)處。自上而下澆筑400mm厚的C5塑性混凝土防滲墻。防滲墻上端與大壩粘土斜墻緊密連接，底部深入強(qiáng)風(fēng)化巖1.00m，并與大壩帷幕灌漿相連接，右端與大壩右岸的溢洪道左邊墩緊密連接。同樣使大壩形成一個(gè)完整的防滲體系。

圖1 土工膜防滲方案

方案三：延長(zhǎng)粘土斜墻方案

本方案同樣需修建施工圍堰，具體布置型式與方案一相同。在大壩前壩腳開(kāi)挖一道梯形槽，梯形槽底部同樣開(kāi)挖至強(qiáng)風(fēng)化巖，邊坡為1∶1和1∶1.8，在梯形槽底部澆筑500mm厚、5m長(zhǎng)的混凝土蓋板，在混凝土蓋板下進(jìn)行大壩帷幕灌漿。將原粘土斜墻底部開(kāi)挖一部分，并將其延長(zhǎng)，延長(zhǎng)部分的粘土斜墻與原粘土斜墻接觸部位做可靠處理。新建的粘土斜墻底部延長(zhǎng)至混凝土底板，并與其緊密連接。這種處理方法同樣能夠解決大壩漏水問(wèn)題。該方案細(xì)部布置見(jiàn)圖3：

圖2 混凝土防滲墻方案

表1 大壩防滲方案投資比較表

4 大壩防滲方案投資比較

本次除險(xiǎn)加固比較的三種方案為：大壩上游壩坡鋪設(shè)土工膜（方案一）、大壩壩頂偏上游側(cè)設(shè)混凝土防滲墻（方案二）和延長(zhǎng)粘土斜墻（方案三），并根據(jù)其優(yōu)、缺點(diǎn)和投資比較選擇最佳方案。

方案一：土工膜方案

工程總投資1699.89萬(wàn)元

優(yōu)點(diǎn)：防滲效果好。

缺點(diǎn)：需放空庫(kù)水、修建施工圍堰、用輸水洞導(dǎo)流，工期緊，施工工序多，難度較大，使用年限短，施工質(zhì)量對(duì)防滲效果影響較大。

方案二：混凝土防滲墻方案

工程總投資1383.01萬(wàn)元

優(yōu)點(diǎn)：工序簡(jiǎn)單，無(wú)任何施工導(dǎo)流等臨時(shí)工程，防滲效果好，使用年限長(zhǎng)，一勞永逸。

方案三：延長(zhǎng)粘土斜墻方案

工程總投資2173.12萬(wàn)元

優(yōu)點(diǎn)：防滲效果好。

缺點(diǎn)：同樣需放空庫(kù)水、修建施工圍堰、用輸水洞導(dǎo)流，工期緊，施工工序多，難度較大，施工質(zhì)量對(duì)防滲效果影響較大。

5 大壩防滲方案選擇

根據(jù)投資比較：工程直接投資最少的是方案二（防滲墻方案），為1383.01萬(wàn)元；稍多的是方案一（土工膜方案），其工程投資為1699.89萬(wàn)元，比方案二的投資高316.88萬(wàn)元；投資最高的為方案三，其工程投資為2173.12萬(wàn)元，比方案二的投資高790.11萬(wàn)元。另外因方案一、三均需放空庫(kù)水，將破壞第二年的水庫(kù)供水，水庫(kù)下游7000多畝水田需改旱田，每畝需要補(bǔ)償700元，預(yù)計(jì)補(bǔ)償500萬(wàn)元。放空庫(kù)水還將影響到下游撫順市的重點(diǎn)旅游景點(diǎn)—紅河谷漂流補(bǔ)水，紅河谷漂流每天的營(yíng)業(yè)收入最高達(dá)120萬(wàn)元，紅河谷漂流流量為80萬(wàn)m3/d，后樓水庫(kù)每年給紅河谷漂流補(bǔ)水800萬(wàn)m3，按10天計(jì)算，損失預(yù)計(jì)高達(dá)1000萬(wàn)元以上，并且方案二的施工工序簡(jiǎn)單施工方便，不受汛期影響，使用年限長(zhǎng)，一勞永逸。根據(jù)以上比較結(jié)論推薦采用方案二（混凝土防滲墻）的方案。

6 大壩防滲墻及帷幕灌漿布置

6.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻澆筑位置為大壩上游壩坡戧臺(tái)處。采用液壓開(kāi)槽抓斗機(jī)開(kāi)挖后，滿槽灌400mm厚的C5塑性混凝土防滲墻。由于液壓開(kāi)槽抓斗機(jī)不能在斜坡段作業(yè)，兩岸斜坡段防滲墻改為斗寬600mm挖掘機(jī)開(kāi)挖后灌C5塑性混凝土防滲墻，待防滲墻混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到80%后，進(jìn)行帷幕灌漿。防滲墻上端與大壩粘土斜墻緊密連接，底部深入強(qiáng)風(fēng)化巖1.00m。

6.2 帷幕灌漿范圍

后樓水庫(kù)壩基強(qiáng)風(fēng)化帶深度6.1m～20.8m，其透水率8.7Lu～23Lu屬中等透水層弱風(fēng)化帶深度14.5m～26.2m，透水率7.5Lu～9.1Lu，屬弱至中等透水層，微風(fēng)化帶透水率0.05Lu～6.86Lu屬極微至弱透水層。

全壩段壩基帷幕灌漿接大壩右岸山坡、溢洪道右導(dǎo)流墻、堰體、溢洪道左導(dǎo)流墻、大壩壩基及大壩左岸坡帷幕灌漿。后樓水庫(kù)弱風(fēng)化巖透水率為7.5 Lu～9.1Lu，故兩岸山體灌漿延伸范圍以正常高水位與弱風(fēng)化巖面線相交處為終漿線。

6.3 帷幕灌漿深度

后樓水庫(kù)壩高只有18.30m，壩基透水層埋深較深，故采用懸掛式帷幕灌漿。按規(guī)范規(guī)定，帷幕灌漿孔深度在0.3～0.7倍的壩高范圍內(nèi)選擇，決定河床部分灌漿深度為16m，兩岸灌漿深度為8m，溢洪道及其岸坡灌漿深度定為8m，底部深入弱風(fēng)化巖面線。

根據(jù)后樓水庫(kù)大壩工程地質(zhì)條件及以往的灌漿經(jīng)驗(yàn)。后樓水庫(kù)帷幕灌漿為單排孔，最終孔距為1m，施工可分三個(gè)次序進(jìn)行，即孔距4m、2m最后達(dá)到1m，在斷層破碎帶可局部2排孔或加密孔距。

6.4 帷幕灌漿的壓力選擇

根據(jù)水庫(kù)正常高水位水頭選擇灌漿壓力0.3MPa（壓力表壓力）灌漿應(yīng)按有關(guān)規(guī)范規(guī)章進(jìn)行，灌漿效果檢查孔按總孔數(shù)的10%，壓力試驗(yàn)透水率不大于10Lu。

6.5 灌漿材料

灌漿材料為42.5級(jí)水泥，可適當(dāng)加入速凝劑硅酸鈉（水泥用量的3%）。

7 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)闈B漏會(huì)造成水庫(kù)的水量損失，攔河壩會(huì)因滲透水流的潛蝕作用而影響下游壩坡和壩基的滲透穩(wěn)定，從而危及大壩安全，所以后樓水庫(kù)攔河壩的滲漏問(wèn)題是水庫(kù)除險(xiǎn)加固的重要問(wèn)題，后樓水庫(kù)攔河壩采用400mm厚C5塑性混凝土防滲墻及防滲墻下帷幕灌漿方案，防滲處理后徹底解決了壩下滲漏問(wèn)題，壩后沼澤地不見(jiàn)了，經(jīng)幾年運(yùn)行效果良好。陜西水利

[1]王清友，孫萬(wàn)功，熊歡，塑性混凝土防滲墻[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008。

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