五峰秦家灣水庫防滲加固設(shè)計(jì)

摘 要：秦家灣水庫于1971年1月動(dòng)工興建，1972年12月基本完成，受當(dāng)時(shí)施工技術(shù)條件限制，水庫運(yùn)行40年后，下游壩面出現(xiàn)潮濕、長青苔現(xiàn)象。文章以秦家灣水庫的工程地質(zhì)條件和具體情況，對(duì)水庫存在的滲漏問題，提出了相應(yīng)的防滲加固措施，效果明顯，水庫樞紐已經(jīng)正常運(yùn)行，對(duì)水庫發(fā)揮社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

關(guān)鍵詞：秦家灣水庫；除險(xiǎn)加固；防滲；土石壩

引言

我國是世界上擁有水庫最多、總庫容最大的國家，水庫的正常運(yùn)行對(duì)國民生活具有十分重要的意義。我國現(xiàn)有水庫多數(shù)是在“大躍進(jìn)”和十年動(dòng)亂期間興建的，在特殊的歷史背景下，由于缺乏科學(xué)知識(shí)，多數(shù)為“三邊”工程。到目前水庫已運(yùn)行三四十年，各種水庫病害逐漸顯現(xiàn)出來，而滲漏是其中最普遍，也是最突出的問題。文章通過對(duì)五峰秦家灣水庫的防滲處理措施進(jìn)行分析和總結(jié)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

秦家灣水庫位于湖北省秦家灣五峰土家族自治縣五峰鎮(zhèn)茅坪村，距五峰鎮(zhèn)35km，屬長江流域五峰天池河流域上游右岸一潮濕山溪小支流上，是一座以防洪、灌溉、人畜飲水等綜合利用的小（2）型水庫，總庫容為13.52萬立方米。水庫壩頂高程1112.02m，壩高11.80m，壩頂寬度3m。近幾年，水庫下游壩面出現(xiàn)潮濕問題，壩腳也有漏水現(xiàn)象。為保證下游2000畝農(nóng)田和1000人的生命和財(cái)產(chǎn)安全，水庫防滲加固處理已是刻不容緩。

2 工程地質(zhì)

2.1 壩基工程地質(zhì)

壩基巖體由志留系下統(tǒng)（S1lm）頁巖構(gòu)成，分為基巖強(qiáng)風(fēng)化帶、中等風(fēng)化帶。秦家灣水庫大壩建壩時(shí)，對(duì)大壩地基強(qiáng)風(fēng)化頁巖層未進(jìn)行抽槽，只清除了表層松散耕植土和部分角礫夾粉質(zhì)粘土，根據(jù)鉆探揭露和調(diào)查，大壩壩基直接坐落在強(qiáng)風(fēng)化頁巖上。

2.2 大壩填土工程地質(zhì)

大壩為均質(zhì)土壩，填筑土料主要來源于水庫左岸第四系全新統(tǒng)殘坡積角礫夾粉質(zhì)粘土、礫砂。角礫、礫砂物質(zhì)成分為以頁巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，多呈強(qiáng)風(fēng)化狀，褐黃色。填土碾壓方式主要為人工夯實(shí)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果，壩體填土的滲透系數(shù)為2.33×10-4cm/s，大值平均值為3.72×10-4cm/s，為中等透水性，壩體會(huì)出現(xiàn)滲漏及滲透變形，危及大壩安全。

通過對(duì)水庫大壩的調(diào)查和相關(guān)的地質(zhì)勘察，壩體和壩基均存在滲漏問題，不滿足水庫的正常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，存在安全隱患，經(jīng)安全鑒定為三類壩，需進(jìn)行防滲加固處理。

3 水庫防滲加固設(shè)計(jì)

大壩為均質(zhì)土壩，經(jīng)研究，采用“高噴灌漿+復(fù)合土工膜”方案較經(jīng)濟(jì)適宜。在1106.00m高程以上壩面進(jìn)行復(fù)合土工膜防滲；又根據(jù)壩基巖體由志留系下統(tǒng)（S1lm）頁巖構(gòu)成，分為基巖強(qiáng)風(fēng)化帶、中等風(fēng)化帶，填筑壩體為均質(zhì)土壩的特點(diǎn)，在壩面1106.00m高程以下加固防滲處理設(shè)計(jì)上進(jìn)行了高壓旋噴灌漿和高壓擺噴灌漿兩種加固防滲處理方案的比較研究。

3.1 復(fù)合土工膜防滲

本工程土工膜的防滲水頭為10m左右，水壓力較小，根據(jù)計(jì)算，可選規(guī)格為250g/m2/0.5mm/250g/m2的兩布一膜的復(fù)合土工膜。為保護(hù)土工膜，先對(duì)原上游壩面進(jìn)行碾壓整形，整坡后再鋪設(shè)0.10m厚的粗砂墊層，然后鋪設(shè)復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜下部埋入1106.00高程處的防滑齒墻內(nèi)，壩肩處埋入混凝土路肩內(nèi)，形成封閉的防滲系統(tǒng)。

3.2 高噴灌漿防滲

高噴灌漿可分為高壓旋噴灌漿和高壓擺噴灌漿，兩者都有獨(dú)自的特點(diǎn)。方案對(duì)比如表1所示。

由于下游坡腳已有排水棱體，大壩也能滿足防滲和安全運(yùn)行要求，投資較低，因此大壩下部采用高壓擺噴灌漿處理。

3.3 排水棱體整治

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)排水棱體表面不平、局部塊石缺失。對(duì)排水棱體進(jìn)行整修，采用干砌塊石填筑，維持原排水棱體斷面不變，在排水棱體壩頂及壩腳設(shè)縱向排水溝。

4 大壩滲流計(jì)算

本次大壩滲流計(jì)算采用有限單元二維穩(wěn)定滲流計(jì)算方法，滲流計(jì)算的流場(chǎng)控制均建立在拉普拉斯方程的基礎(chǔ)上。即：

不同工況加固前和加固后所得的計(jì)算成果如表2、表3所示。

根據(jù)表2和表3可知，壩體經(jīng)采用高壓擺噴灌漿和復(fù)合土工膜防滲處理后后，大壩單寬滲流量顯著降低，壩體下游側(cè)最大滲透坡降也小于壩體的允許滲透坡降值0.64，浸潤線在各種工況下均從排水棱中出逸，滿足要求。

5 結(jié)束語

病險(xiǎn)水庫大壩除險(xiǎn)加固工程中的加固防滲設(shè)計(jì)是工程中的重要方面，我國眾多的中小型病險(xiǎn)水庫大壩普遍存在滲漏和滲透穩(wěn)定的病害問題。不同水庫往往存在不同的問題，根據(jù)土石壩的工程地質(zhì)條件、產(chǎn)生病害的不同原因，我們可以選擇不同的多種施工技術(shù)，并進(jìn)行方案比較，綜合治理病險(xiǎn)水庫大壩，不僅質(zhì)量能夠得到保證，工程投資也更低。

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作者簡介：王永普（1992-），男，漢族，湖北省咸寧市，在讀研究生，單位：三峽大學(xué)，研究方向：流體力學(xué)（水利工程）。