杭斗克水庫加固防滲方案比選分析

趙倩 常志朋

【摘要】本文通過現狀大壩存在防滲問題的分析，確定了可能壩基防滲處理方案的布置及其適應性。在此基礎上，選擇了2種主要壩基防滲方案進行比較討論。從技術可行性、防滲效果、施工難易程度和施工工期等角度分析，多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻方案最合理。本文對類似小型水庫工程除險加固具有一定參考價值。

【關鍵詞】杭斗克水庫；除險加固；防滲；方案選擇

1、工程概況

杭斗克水庫位于新疆和田地區皮山縣木吉鄉境內，屬平原灌入式水庫，主要引蓄桑株河河水及上游泉水。水庫原設計庫容100萬m3，現狀實測庫容為80萬m3，對應設計水位1345.88m，水庫淹沒面積47萬m2。杭斗克水庫年調蓄水量345萬m3。杭斗克水庫工程主要由擋水工程、放水工程等建筑物組成。

水庫大壩為均質土壩，以西壩壩端為起始樁號，原壩線全長500m，水庫最大壩高5.0m，一般壩高4～5 m，壩體上下游護坡均為土護坡。水庫壩頂寬3.5～4.5m，壩體上游坡坡比為1：2，下游坡坡比為1：2，現狀壩頂高程1346.7～1347.74m。

放水涵閘設計放水流量0.15m3/s，涵閘進水口高程1344.00m，閘后無消力池，下游直接接水庫放水渠，放水渠為土渠。

2、工程防滲存在的問題

①壩體填筑質量較差，由于填筑土料為粉土，限于當時技術條件無碾壓機械，采取土方每加高1m泡水沉實的方法；

②上游土護坡破壞嚴重，上游為土護坡，未采取其他防滲措施；

③壩體滲漏嚴重、滲透不穩定，斷面的壩體滲透比降均大于壩體土允許水力比降，壩體滲透變形為管涌型，故壩體滲透是不穩定的；

④壩基滲漏嚴重、滲透不穩定。由于建設時未進行壩肩和壩基的清基處理，計算斷面壩基滲透比降均大于壩基允許水力比降，壩基將會產生滲透破壞，滲透變形為管涌型。

3、加固防滲方案選擇

3.1 大壩壩體

壩體采用壩后加高培厚方式，增加大壩壩體防滲體厚度，并結合采用壩前護坡鋪設土工膜方式保證大壩壩體滲流穩定安全及控制滲漏量。

3.2 壩基防滲方案選擇

本次壩基防滲處理方案優選主要根據0-050～0+500段壩基地質情況以及當地天然建筑材料條件，在壩基防滲處理選擇中主要考慮采用多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻和土工膜水平防滲兩種壩基防滲型式。通過壩基滲流穩定分析及壩體、壩基設計優化，在滿足壩體、壩基穩定、安全與應力條件要求的情況下各壩基防滲處理方案成果如下：

方案一：多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術是運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機，把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，用水泥土墻作為防滲墻達到截滲的目的。該方法是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強制攪拌后，水泥和軟土將產生一系列物理—化學反應，使軟土硬結改性。該項技術是在普通深層攪拌樁技術基礎上發展而成的，它保留了普通深層攪拌樁技術取材方便、施工無噪音、無污染、工程效果好等優點外，主要在一機多頭（一般為3個鉆頭）和小直徑（200～300mm）成墻兩個方面有所突破，并可連續成墻。

因壩基粉土厚度較大（揭露厚度16～17m），而水庫壩體較低，所以防滲墻深度確定主要從壩基滲透穩定角度考慮， 兼顧減少壩基滲漏量。經采用不同防滲深度比較，防滲墻深度6m時，即滿足保證壩基滲透穩定，又可以使壩基滲漏量減少42.4%，比較經濟合理，故確定防滲墻底高程1338.00m，深度6m，混凝土強度等級C20，抗滲等級W6，抗凍等級F200。

方案二：土工膜水平防滲

土工膜鋪蓋設計，主要是根據透水地基的厚度、地層土滲透系數、壩前水深和地層土容許的滲透坡降等指標，通過水力學計算來確定垂直于堤壩軸線的合理長度。

根據規范，土工膜所需厚度應按作用水頭，地層中可能存在裂隙的形狀與大小，以及土工膜的抗拉強度和破壞應變等，借薄膜理論來估算，根據經驗，對于低水頭堤壩，要求厚度一般為0.5～0.6mm，本工程取0.5mm。土工膜鋪蓋長度也應按計算確定，一般鋪蓋長度取3～5倍上下游水頭差，即L=（3～5）×H。本工程最大水頭差約為4.0m，因此本工程適宜的水平鋪蓋長度應在12～20m之間，借鑒已建工程經驗，本工程擬定選擇20m長水平鋪蓋塑膜。設計時應注意：①土工膜下應該設反濾層，以防止鋪蓋萬一穿孔時造成地層土流失，采用非織造土織物的復合土工膜可以同時滿足運行需要。②大面積鋪蓋下很可能會積水、積氣，應根據具體情況采取工程措施，將它們排除。③注意鋪蓋和堤壩防滲體、與其連接的結構物以及岸坡的有效連接，以形成完整的封閉防滲體系。

經技術經濟比選認為：多頭小直徑層攪拌混凝土防滲墻成墻質量可靠，具有砼墻和高噴截滲墻的截滲效果和使用壽命；施工干擾較少，操作廣便，工效較高，一個臺班成墻100～160㎡，施工進度較快，施工工期均較短；成墻質量可靠，運行風險低。本次選擇方案一作為推薦方案。

4、結論

本文主要選擇了2種壩基防滲方案進行比較討論。圍繞這些方案均能滿足壩基滲流穩定及應力要求的實際情況，在確定各種方案的設計基本參數，施工組織設計之后，初步進行壩基防滲處理優化設計。從技術可行性、防滲效果、施工難易程度和施工工期等角度分析，多頭小直徑深層攪拌混凝土防滲墻方案最合理。

本工程已經于2011年通過了驗收，從初期的蓄水效果來看，除險加固前的壩后滲水出溢已經完全解決，說明防滲效果還是比較理想，對類似小型水庫工程除險加固具有一定參考價值。

參考文獻：

[1]林昭.碾壓式土石壩設計〔M〕.鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]姜帆， 宓永寧， 張茹.土石壩滲流研究發展綜述[J]. 水利與建筑工程學報，2006，4（4）：94-97.