防滲處理設計在水庫除險加固工程中的應用

楊 奎

(浙江省水利水電勘測設計院惠州分院，浙江 惠州 516000)

1 工程概況

惠東縣平山街道上屋仔水庫位于惠東縣平山街道東南部，距縣城約5km，屬于西枝江水系。上屋仔水庫壩址以上集雨面積0.93km2，干流長度1.74km，河流坡降I=0.094。上屋仔水庫樞紐工程由主壩、溢洪道、輸水涵管各一座組成，水庫總庫容為83萬m3，正常庫容58萬m3，有效庫容為41萬m3，死庫容17萬m3。設計洪水標準按20a一遇，校核洪水標準按200a一遇。

上屋仔水庫始建于1958年，施工質量較差，又于1976年擴建水庫，培厚主壩后坡，1979年特大洪水時，主壩被沖毀，1980年修復，上屋仔水庫在2002年3月1日進行加固建設。上屋仔水庫建庫時，由于當時設計標準低，施工質量較差，筑壩前未進行過地質勘察工作，壩基工程地質條件未查明，壩身填筑質量差，工程可能存在著安全隱患。

2 水庫滲漏現狀分析

2.1 水文地質

根據現場地質測繪，壩址區的地表水體主要為河水，分布較廣泛。地下水類型主要以基巖裂隙水為主。基巖裂隙水主要以塊狀巖類裂隙水為主，主要分布在強、弱風化巖帶中，由地表水補給，水量較為豐富。壩體地下水埋深9.40(BZK1)，穩定水位相對應高程35.29m。勘探時庫水位約40.00m，主壩體地下水位略低于庫水位約3.0-4.0m，可見地下水主要受庫水的補給，向下游排泄，有產生繞壩滲漏的可能性，但大壩運行至今未發現繞壩滲漏現象。

2.2 壩基、壩肩滲透

壩基由粉質黏土及全-強風化基巖帶組成。根據現場注水試驗成果，上段粉質黏土滲透系數K值為9.77×10-6cm/s，屬微透水；下段粉質黏土滲透系數K值為6.70×10-5cm/s，屬弱透水；凝灰巖全風化帶滲透系數K值為7.71×10-5cm/s，屬弱透水層；壩基滲漏問題不突出。兩岸壩肩覆蓋凝灰巖殘坡積土及風化土，山體雄厚，壩首未發現低于水庫正常蓄水位的埡口和鄰谷，也沒有發現通往鄰谷的構造斷裂帶，故壩肩滲漏問題不突出[1]。

2.3 壩體滲漏

壩體由粉質黏土填筑而成，局部含少量碎塊、砂，均勻性較差，滲透系數K值平均值為4.75×10-4cm/s，屬中等透水性，壩體填筑土抗滲性能不滿足滲透系數<1×10-4cm/s的要求，建議對壩體進行防滲處理及大壩在原有基礎上加寬[2]。

2.4 壩基及壩肩滲漏

壩基由粉質黏土及全-強風化基巖帶組成。填土與原土接觸緊密，防滲效果比較好，無接觸帶滲漏。兩岸壩肩覆蓋凝灰巖殘坡積土及全風化土，山體較雄厚，抗滲透的能力較強，未發現繞壩滲漏現象[4]。

2.5 壩基穩定性及滲透變形

壩基由粉質黏土全-強風化基巖帶組成，屬于良好地基土。根據運行五十余年情況及工程地質條件綜合分析，不存在壩基深層滑動問題。壩基容易產生滲透變形的土層為質黏土及全風化帶，其滲透變類型為流土型，建議設計上對壩基進行滲透穩定性復核[5]。

2.6 溢洪道

溢洪道位于大壩右岸，由山體開挖形成，兩側有擋土墻，底板為混凝土護面，目前沒有崩塌、滑坡等不良物理地質現象。溢洪道地基持力層粉質黏土，底板為混凝土面，抗沖刷能力強。

3 防滲處理設計庫除險加固工程中的應用

3.1 做好前期準備及勘察工作

在上屋仔水庫除險加固工程的實施之前，防滲處理設計的應用需做好前期準備與勘察工作，為工程有序開展提供支持[6]。做好當地水文、水質等具體情況及資料的勘察與準備，加強對土壤含水率、滲透系數等相關數據的了解，獲取灌溉地形圖等相關圖紙與信息。

3.2 灌漿技術施工設計

1)臺階布置。將施工平臺搭設在進水口，選擇0.5的混凝土蓋板。灌漿技術在應用中，施工需與該部位混凝土澆筑同時結束，所以0.5m厚貼坡混凝土難以提前形成。通過設置臺階式灌漿平臺，能確保混凝土澆筑的可靠性。臺階寬、高及最大混凝土蓋分別為3.2m、15m、10m[7]。

2)水泥漿制漿站。為確保工期，避免對施工產生影響，采取集中制漿的方法。將制漿站設置在工程上游圍堰右側，確定制漿站的面積與水泥存儲量分別為15m×10m、180t以上。

3)排污設計。在綠色發展理念下，本次除險加固工程遵循綠色施工理念，要做好污水排放設計工作。塔體混凝土預埋Φ219排污管，并將二次回填槽預留在管口。確定預留槽尺寸為60cm×60cm×60cm。利用排污管道，將處理后的污水排放到設計好的地方。

3.3 大壩防滲灌漿要點

3.3.1 壩體部分

塑性指數：規程要求塑性指數7-17，塑性指數在12.0-14.0范圍內，平均值為13.0，滿足規范7-17的要求。壩體由粉質黏土填筑而成，局部含少量碎塊、砂，均勻性差。根據現場鉆孔注水試驗資料統計，壩體填筑土現場注水試驗滲透系數K值為1.73×10-4×10-4cm/s，滲透系數K值平均值為4.75×10-4cm/s，屬中等透水性。根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》(SL189-2013)均質壩防滲土料滲透系數要求，壩體填筑土抗滲性能不滿足滲透系數<1×10-4cm/s的要求，建議對壩體進行防滲處理。

3.3.2 壩基與壩肩部分

根據地勘資料，大壩的壩基由粉質黏土及全-強風化基巖帶組成。壩基滲漏問題不突出。兩岸壩肩覆蓋凝灰巖殘坡積土及風化土，山體雄厚，壩首未發現低于水庫正常蓄水位的埡口和鄰谷，也沒有發現通往鄰谷的構造斷裂帶，故壩肩滲漏問題不突出。防滲起點是B0+000，截止樁號為B0+258處，共計防滲長度258m[8]。

3.4 壩址區邊坡開挖坡比建議

大壩壩體各部位透水性不均勻，總體呈中等透水狀態。從標準貫入實驗及天然孔隙比看，大壩填土不均勻，主要呈稍實狀態，密實度欠佳。根據工程經驗，考慮到地下水、主要軟弱結構面及初始應力狀態的影響，基于安全考慮提出邊坡開挖坡比建議值見表1。

表1 壩址區邊坡開挖坡比建議值表

3.5 設計方案

3.5.1 方案一：壩體劈裂灌漿

用一定的灌漿壓力，將壩體平行壩軸線鉆孔兩排，同時灌注合適的泥漿，進行控制性劈裂灌漿，形成鉛直連續的防滲帷幕。

3.5.2 方案二：高壓擺噴灌漿

高壓噴射水、氣或漿切割地層，灌注水泥漿，切割和置換土層部分細粒土，形成墻體。高壓擺噴采用三重管法施工，折角20°，擺角20°，擺噴折接，孔距1.5m[9]。

3.5.3 方案三：混凝土防滲墻

采用液壓抓斗成槽或沖擊鉆成槽，澆筑塑性混凝土，形成的連續密實的墻體。首先需平整場地、鋪設枕木、架鋼軌、修導向槽；鉆孔成槽并澆筑混凝土；相鄰槽段連接，常用于大型工程。三種方案的比選見表2。

表2 大壩防滲處理方案比選

從表2中可以看出，采用劈裂灌漿優點是設備簡單，施工速度快，造價較低，但其耐久性稍差，防滲墻厚度較小；采用塑性混凝土防滲墻加固施工質量容易保證，防滲效果好，耐久性好，但考慮到現狀壩頂寬度不夠，而塑性混凝土防滲墻施工要求作業面大(13m以上，需降低壩頂高度2.5m)，造價較高，速度較慢[10]。

綜上所述，本次水庫大壩的防滲處理采用設備簡單，施工速度快，固結強度大、防滲可靠性高的高壓擺噴灌漿方案對大壩進行防滲加固。

4 結 語

防滲處理設計在水庫除險加固工程中發揮著重要作用，能有效提升水庫安全性與可靠性。在具體設計運用中需做好前期準備工作，并做好壩體部分、壩基部分的處理，同時也要對三種灌漿方案進行對比，最終確定法可靠合理的灌漿方案，為水庫除險加固提供幫助。未來，對于水庫除險加固施工依然是重點，防滲處理設計是人們關注的重點，需不斷做好細節控制，確保施工質量。