白山凌水庫大壩防滲加固方案比選

王國亮 馬 瑞 張誦彥

白山凌水庫總庫容620 萬m3，是一座以灌溉、養殖、滯洪等綜合利用的重點小（1）型水庫。土壩建成以來一直存在滲漏問題，尤其汛期高水位時，主要表象為地表潮濕，有明顯水跡或小片的積水且有流動現象。根據水庫工程特點及目前土石壩防滲加固技術，結合白山凌水庫壩身、壩基等實際情況，提出以下加固方案進行比較。

一、防滲加固方案

1.沖抓套井回填粘土防滲墻（簡稱粘土井柱）

本方案是在壩身及壩基采用粘土井柱防滲，大壩兩端與山體接觸部位風化基巖采用帷幕灌漿。

（1）平面布置

自壩頂軸線方向布置防滲墻，頂高程為49.0m，底部深入壩基②層重粉質壤土2.0m，兩端伸處伸入風化巖石1.0m。

（2）粘土井柱防滲墻

套井采用單排布置，在壩軸線上游側按主、套井相間布置。

（3）粘土井柱防滲墻厚度

按式T=△H/I 計算。

式中：

T—防滲墻有效厚度（m）；

△H—防滲墻承擔的最大水頭差；

I—防滲墻允許的滲透坡降，粘土為5～8，取7。

上、下游最大水位差11.6m，經計算T=1.66m。采用單排套井，則選擇的參數：最優套角α 為45.0，套井半徑為1.2m，孔距1.7m，有效厚度為1.6m，滿足厚度要求。井柱防滲墻共需布井106 根，總進尺1177m。

（4）防滲墻深度

防滲墻從49.0m 高程，經壩身填土（人工）重粉質壤土，伸層壩基土2.0m，兩端伸處伸入巖石1.0m。

（5）粘土井柱施工

粘土井柱施工采用單排布置，井柱中心線在壩軸線位置，按一主一套相間布置連成井墻，先打主井①、③號井，回填后再打②號井，回填后再打⑤號井，回填后再打④號井，以此類推。

2.混凝土防滲墻方案

方案布置：沿壩軸線方向在壩中布置塑性混凝土防滲墻，防滲墻墻頂高程49.0m（平校核洪水位），經壩身填土（人工）重粉質壤土，底部伸入壩基土2.0m，靠近溢洪道端部伸入風化砂巖1.0m；形成一道完整的防滲體系，以控制壩體壩基滲流，降低壩體浸潤線，防止壩體產生滲透破壞，最大成墻深度約14.0m。墻體厚度0.3m，大壩兩端與山體接觸部位風化基巖采用帷幕灌漿。混凝土防滲墻的設置，減小了壩下承壓水頭，大大降低了下游壩體浸潤線，增強大壩下游壩坡抗滑穩定性。

3.多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻方案

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造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，同時鉆頭旋轉攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強度高，滲透系數較小，并具有整體性、水穩定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接成一列形成連續墻體，可有效起到截滲作用。

二、方案技術經濟比較

1.粘土井柱（方案一）

粘土井柱防滲方案優點是上部采用粘土井柱墻，防滲效果可靠，施工速度快。缺點是施工易受庫水位影響，防滲墻上、下兩部分不能同時施工，延長了施工周期；形成的墻體防滲性能上、下存在差異，施工質量不容易控制，不利于防滲效果的分析。

2.混凝土防滲墻方案（方案二）

混凝土防滲墻是水工建設中采用較普遍的一種地下連續墻，是透水體防滲處理的一種有效措施。混凝土防滲墻是利用專用的造槽機械設備營造槽孔，并在槽孔內注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。施工中可科學調整混凝土配合比，并采用新的防滲材料，根據不同的壩體應力應變要求建造低彈模、塑性、柔性連續墻，用于防滲加固。

（1）防滲墻厚度

混凝土防滲墻厚度計算公式：T ≥△H/J，式中：

△H—最大上下游水頭差（m）；

J—混凝土防滲墻允許水力坡降，按有關資料取J ＝60；

則混凝土防滲墻厚T ≥△H/J=0.194m，結合施工機械等因素取0.3m。

（2）防滲墻材料

防滲墻采用普通混凝土，物理力學指標要求為：

抗壓強度:R ≥15.0MPa；

彈性模量:E ＜24GPa；

坍落度:18～22cm；

擴散度:34～40cm；

滲透系數:K ＜i×10-7cm/s(1 ＜i ＜10）；

允許滲透比降:[J]>80。

混凝土抗滲標號要求為W6，配置普通混凝土材料要求水泥優先采用礦渣硅酸鹽水泥，水泥強度等級不小于32.5 級，細骨料（砂）要求細度模數F·M ＝2.4～2.8，砂率35%～45%，粗骨料（石子）最大粒徑不超過20～40mm，水泥水灰比為0.6～0.65，水泥用量不小于300kg/m3。

施工時根據設計標號提高30%～40%，再根據防滲強度保證率進行試配。

（3）造孔方法

鋸槽法造孔澆注連續墻是一種新型混凝土連續墻施工技術。已經被廣泛應用于黃河、長江大堤的防滲除險加固工程中。且該壩混凝土防滲墻厚度較薄，深度不大，故采用鋸槽法造孔。

3.多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻（方案三）

防滲墻施工初步采用ZCJ-25 型深層攪拌機噴漿造墻，該機鉆頭間帶有剛性連鎖裝置，可實現一次成墻，一機共有3～6 個鉆頭，本次設計采用5 個鉆頭，鉆桿間中心距320mm。

防滲墻厚度按公式T=△H/[J]計算。

式中：

T—最小防滲墻厚度（m）；

△H—最大上、下游水頭差（m）；

[J]—高噴防滲墻允許水力坡降，參考相關資料取60。

上、下游最大水位差11.6m經計算得T=0.194m，考慮到施工可能帶來的垂直偏差，選用樁徑為400mm，搭接處理論最小成墻厚度240mm，樁間最大搭接80mm，可滿足防滲墻厚度的要求，大壩兩端與山體接觸部位風化基巖采用帷幕灌漿。

三、方案選用

對粘土井柱、混凝土防滲墻、多頭小直徑深層攪拌樁三個方案進行技術經濟比較，通過各方案設計的要求，計算各方案的工程量及投資如表1。

表1 大壩防滲加固方案比較表

方案一：由于白山凌水庫上、下游水位差較大，不利于采用此方案。本次加固設計不予選用。

方案二：施工難度不大，施工速度快，成墻可靠，且混凝土防滲墻適應性較廣，適用于各類地層，強度高，防滲性能好，耐久性好，投資較適中，但施工工作平臺要求較高，施工時要將大壩壩頂降低1.0m，施工平臺寬度達到10.0m，且投資較大。由于現狀白山凌水庫大壩后較陡，需要大量的土方來滿足施工要求，增加了投資，所以本次加固設計不予選用。

方案三：該技術成墻價低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墻耐久性好，且不受庫水位的影響。該技術在長江大堤和淮河大堤上得到廣泛應用，有較成熟的經驗；同時，白山凌水庫防滲深度最大只有14.0m，且壩基為重粉質壤土，比較適合多頭小直徑的使用，所以本次加固設計選用此方案。

綜合技術和經濟比較結果，推薦全壩段采用方案三多頭小直徑深層攪拌樁進行防滲加固。大壩兩端壩體與基部巖石接觸部位采用帷幕灌漿處理