淺談黃平中華山水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法

■李常青 ■貴州和力建設(shè)項(xiàng)目管理咨詢有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550018

1 工程概況

中華山水庫(kù)位于黃平縣一碗水鄉(xiāng)石坡村境內(nèi)，工程地理位置處于東經(jīng)107°52'，北緯27°08'，距黃平縣城52km，有鄉(xiāng)村公路從壩頂通過(guò)，交通較為便利。

水庫(kù)所在流域?yàn)闉踅担怯鄳c河右岸一級(jí)支流平溪河支流川巖河上游卜水塘河段，全流域面積19．40km2，主河道全長(zhǎng)8．5km，壩址以流域面積3．8km2。工程主要任務(wù)是農(nóng)業(yè)灌溉，設(shè)計(jì)灌溉面積6550畝，工程實(shí)際灌溉面積3030畝。

2 工程建設(shè)歷史

中華山水庫(kù)工程由原貴州省水利科學(xué)研究所設(shè)計(jì)，建設(shè)管理單位為黃平縣中華山水庫(kù)工程指揮部，施工單位為湖南省邵東縣水利水電工程公司。

工程于1991年8月動(dòng)工興建，1993年12月完成大壩樞紐工程，1994年12月完成灌溉渠系總干渠，中干渠。由于資金缺口較大，左干渠、右干渠雖作出設(shè)計(jì)，但尚未修建。

水庫(kù)工程樞紐包括大壩、左岸溢洪道、放水設(shè)施等。大壩原壩型為瀝青玻璃絲布油氈防滲加剛性面板堆石壩，最大壩高31．5m，壩頂高程1014．0m，壩頂長(zhǎng)136．5m，壩頂寬4．0m，迎水面坡比1∶1．1，C10 混凝土預(yù)制塊護(hù)面，下游坡比1∶1．3。

由于該工程系貴州省水利科學(xué)所的科研試驗(yàn)項(xiàng)目，不確定因素較多，建成后，水庫(kù)不能蓄水，大壩滲漏主要存在:大壩沉降變形拉裂防滲體產(chǎn)生的壩體滲漏，和壩基滲漏等問(wèn)題，至使大壩上游面局部剛性面板、防滲油氈?jǐn)嗔眩瑝蚊嫠荨?001年經(jīng)黔東南州水利電力勘察設(shè)計(jì)院對(duì)該工程進(jìn)行防滲加固設(shè)計(jì)，對(duì)大壩上游面進(jìn)行粘土填筑，將原壩坡由原坡比 1∶1．1 調(diào)整為 1∶2，馬道以下壩面坡比 1．2．5，設(shè)一級(jí)馬道，馬道高程為1000．0m。對(duì)壩基防滲(帷幕)灌漿、大壩上游壩面采用鋪設(shè)土工膜進(jìn)行防滲處理，面層鋪砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，工程達(dá)到現(xiàn)有規(guī)模。

圖1 壩體剖面結(jié)構(gòu)圖

3 水庫(kù)大壩存在的主要問(wèn)題

工程建成運(yùn)行期間，大壩主要存在以下問(wèn)題:

(1)工程建成蓄水后，大壩上游面即出現(xiàn)局部剛性面板、防滲油氈?jǐn)嗔眩瑝蚊嫠莠F(xiàn)象，未能正常蓄水。(2)2001年12月防滲加固工程完工后，水庫(kù)能夠正常蓄水運(yùn)行。至2005年大壩壩體又出現(xiàn)滲漏，下游壩坡腳滲水量大，滲水量約10-25L/s，大壩上游面右岸一級(jí)馬道壩肩距趾墻3、10m處各出現(xiàn)壩面滲漏塌坑兩處，拉裂壩面土工膜，形成透水通道，危及大壩的安全。

圖2 上游壩面及塌坑點(diǎn)

4 大壩滲漏成因分析

根據(jù)查閱當(dāng)時(shí)的工程設(shè)計(jì)及施工資料，水庫(kù)壩體主要分為兩個(gè)堆石區(qū)，大壩主壩體下部為Ⅰ堆石區(qū)(高程1000m以下)，為主要承載區(qū)，施工時(shí)用于Ⅰ堆石區(qū)的石料來(lái)源有弱風(fēng)化、微風(fēng)化及新鮮的砂巖。大壩主壩體上部(高程1000m以上)為Ⅱ堆石區(qū)，石料質(zhì)量較Ⅰ區(qū)低，施工時(shí)用于該堆石區(qū)的石料來(lái)源有中風(fēng)化以下的砂巖。但是，在工程施工時(shí)，大壩堆石料選料不符合要求，堆石料級(jí)配極不合理，中小填料嚴(yán)重不足，形成架空空間;原設(shè)計(jì)為拋石的變成了整車倒石，堆石體也沒(méi)有進(jìn)行壓實(shí)(碾壓)，致使壩體建成不久，即造成不均沉降變形。壩頂及下游砌石護(hù)面沉陷成波浪形狀，陷深達(dá)20cm以上，既有水平變形又有垂直變形，在坑探時(shí)，發(fā)現(xiàn)在1．5m以上較密實(shí)，1．5m以下為架空空間，1．8m以下松散堆體，造成剛性護(hù)面與壩體堆石體之間有明顯架空空間。致使上游防滲瀝青玻璃絲布油氈結(jié)構(gòu)和剛性護(hù)面存在變形拉裂，壩面塌陷，造成水庫(kù)大壩滲漏。

2001年對(duì)該工程進(jìn)行防滲加固設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)方案為:大壩上游增加粘土斜墻(壓實(shí))，迎水面采用土織物復(fù)合防滲膜防滲(二布一膜);壩基及周邊設(shè)截流墻，并進(jìn)行帷幕灌漿防滲;改造了壩頂防浪墻，下游壩面重新修整。原上游壩坡由原坡比1∶1．1調(diào)整為1∶2，馬道以下調(diào)整為1．2．5，馬道高程為1000．0m。2001年12月防滲加固工程完工后，水庫(kù)能夠正常蓄水運(yùn)行。至2005年大壩壩體又出現(xiàn)滲漏，下游壩坡腳滲水量大，滲水量約10-25L/s，大壩上游面右岸一級(jí)馬道壩肩距趾墻3、10m處各出現(xiàn)壩面滲漏塌坑兩處，拉裂壩面土工膜，形成透水通道，危及大壩的安全。

水庫(kù)大壩第二次進(jìn)行防滲加固后，正常運(yùn)行了3年，在期間，在馬道上部，接近馬道高程出現(xiàn)多次沉降區(qū)域，雖經(jīng)局部處理后仍能運(yùn)行，但在2005年終被擊穿，形成較大的滲漏通道。究其成因，主要有兩方面:一是，壩體斜墻填筑料壓實(shí)性較差，填筑不均勻，局部碾壓不密實(shí)，層間存在滲漏通道，填筑料并非均勻粘土，部分為風(fēng)化渣料，不能起到防滲作用。二是，壩體斜墻填筑料后堆石體發(fā)生較大變形沉降，帶動(dòng)上面粘土層塌陷，拉裂防滲膜，形成滲漏通道。為什么沉陷多出現(xiàn)在馬道高程上部，主要是粘土填筑厚度受馬道設(shè)置影響，突然有較大的變薄，阻礙滲漏的途徑變小，水壓又相對(duì)較大，受下部堆石體變形影響突然變大，故而容易形成沉陷和滲漏通道。

5 大壩除險(xiǎn)加固方法

堆石壩堆石體孔隙率大，壩體變形較大，容易拉裂壩體防滲結(jié)構(gòu)，危及大壩安全。壩體出現(xiàn)病險(xiǎn)情況主要原因在于未能有效控制變形，隨著壩體變形的發(fā)展其防滲系統(tǒng)常遭到多次破壞。

目前對(duì)病險(xiǎn)堆石壩的加固，一般采用局部拆除重建、振沖壓實(shí)，或局部灌漿的方法進(jìn)行處理。采用灌漿技術(shù)加固堆石壩主要是針對(duì)較低堆石壩，或是堆石壩淺表層局部的灌漿處理。

根據(jù)對(duì)黃平中華山水庫(kù)大壩滲漏成因的分析，認(rèn)為該工程應(yīng)以控制堆石壩變形為根本，兼顧防滲系統(tǒng)重置的加固技術(shù)方案:

(1)上游防滲系統(tǒng)的拆除重建。對(duì)壩體斜墻填筑料填筑不均勻，碾壓不密實(shí)部位進(jìn)行壓實(shí)重填，確保壓實(shí)質(zhì)量。對(duì)斜墻內(nèi)風(fēng)化渣料進(jìn)行清理，換填均勻粘土。迎水面采用PVC復(fù)合土工膜防滲，膜厚0．5mm，認(rèn)真鋪填防滲膜墊層，趾墻、鍵槽及邊墻設(shè)置周邊縫，復(fù)合土工膜在周邊縫和相隔一定距離設(shè)置足夠褶皺，確保復(fù)合土工膜能適應(yīng)一定范圍內(nèi)的沉降和變形。(2)對(duì)堆石壩體(上游側(cè))進(jìn)行充填灌漿。根據(jù)國(guó)內(nèi)對(duì)堆石壩進(jìn)行充填灌漿的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程堆石壩體(上游側(cè))采用水泥(砂漿、水泥砂漿泥漿)漿液和穩(wěn)定漿液進(jìn)行灌漿。穩(wěn)定漿液灌漿布置在灌漿區(qū)域下游側(cè)，對(duì)水泥漿液灌漿起到封閉作用。其余的采用水泥漿液灌漿，在空洞較大的部位，根據(jù)情況灌注水泥砂漿、泥漿或細(xì)石砼。