東邊水庫土壩防滲措施淺析

趙 丹

(北大荒集團(tuán)黑龍江八五八農(nóng)場(chǎng)有限公司，虎林 158419)

1 工程概況

東邊水庫位于黑龍江省海倫市東林鄉(xiāng)鎮(zhèn)東村南，克音河支流雙岔河右支岔上，壩址位于E127°20′,N47°30′。水庫集雨面積214km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。

東邊水庫總庫容6371×104m3，水庫屬于中型山區(qū)水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，按50a一遇洪水設(shè)計(jì)，按300a一遇洪水校核。

2 土壩地質(zhì)條件

壩體巖性基本為高液限黏土構(gòu)成，總體呈可塑-硬塑狀態(tài)，具微弱透水性，滿足防滲設(shè)計(jì)要求；抗滑穩(wěn)定性好。

壩基第四系松散層為上細(xì)下粗的雙層結(jié)構(gòu)地基。該淤泥層厚度為0.20m-0.50m，頂面埋深為(原始地面算起)2.7m-3.0m，底面高程為203.44m-203.69m，累計(jì)長(zhǎng)度為350m，壓縮系數(shù)(α1-2)為0.610MPa-1，屬中等壓縮性土，固結(jié)沉降已趨于穩(wěn)定，抗滑穩(wěn)定性較好。

壩基上部有厚度2.00m-4.20m的微弱透水黏性土，抗?jié)B透能力強(qiáng)。下部粉土質(zhì)細(xì)砂和級(jí)配不良細(xì)礫為中等-強(qiáng)透水層，經(jīng)計(jì)算壩基年滲漏量很小，可不予考慮。在高水頭的作用下，砂性土易發(fā)生滲透破壞，破壞形式分別為流土、管涌類型。粉土質(zhì)細(xì)砂的允許滲透水力比降建議值〔J〕允許=0.25；級(jí)配不良細(xì)礫的允許滲透水力比降建議值〔J〕允許=0.15。

基底為相對(duì)不透水的泥巖，無滲漏和滲透穩(wěn)定問題。

3 土壩防滲復(fù)核

復(fù)核計(jì)算的目的是要確定壩體浸潤(rùn)線的位置及壩下游壩坡和壩基的出逸比降，校核土壩壩坡和壩基的滲透穩(wěn)定，采取相應(yīng)的防滲措施。

3.1 壩基滲流安全復(fù)核

壩基滲流安全復(fù)核按均質(zhì)壩在有限深雙層地基上的計(jì)算方法。

壩基滲流安全復(fù)核按均質(zhì)壩在有限深雙層地基上的計(jì)算方法。計(jì)算公式如下：

(1)

式中：A為越流系數(shù)；L為臨水側(cè)弱透水層長(zhǎng)度，150m;h為CD段弱透水層底板承壓水頭，m;H為壩前水深，m；k0為強(qiáng)透水壩基滲透系數(shù)，7.05×10-3cm/s;k1為弱透水壩基滲透系數(shù)，2.5×10-6cm/s;T0為透水堤基層厚度，m;T1為弱透水堤基層厚度，m。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001，當(dāng)下游滲透出逸比降Jc-x>允許出逸比降J允時(shí)，滲流不穩(wěn)定。應(yīng)設(shè)置排水蓋重層。

Jc-x=h/T1J允=(Gs-1)(1-n1)/K

(2)

排水蓋重層的厚度t可按下式計(jì)算：

(3)

式中：J允為表層土在壩下游坡腳點(diǎn)c至c以下范圍x點(diǎn)的滲透比降；GS為表層土的土粒比重；n1為表層土的孔隙率；K為安全系數(shù)，取1.5。

計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 壩基滲流計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，三種設(shè)計(jì)工況下，表層土在壩下游坡腳點(diǎn)的滲透比降均>允許滲透比降0.64。所以，壩基滲流不穩(wěn)定，需要進(jìn)行壩基防滲處理。

4 土壩防滲措施

滲流計(jì)算結(jié)果，壩基滲流不穩(wěn)定。從計(jì)算過程可以看出，壩基滲流不穩(wěn)定的主要原因是壩基黏土覆蓋層較薄，而覆蓋層之下的砂的透水性比較強(qiáng)，滲透系數(shù)為7.05×10-3cm/s。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，如果采用排水蓋重的措施，則工程量會(huì)很大，占地面積也大，所以不適合這種方式。設(shè)計(jì)針對(duì)0+700-1+150已經(jīng)有滲漏險(xiǎn)情的壩段，采用垂直防滲的措施；對(duì)0+300-0+750及1+100-1+350采用排水減壓井。

4.1 多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻

對(duì)0+700-1+150已經(jīng)有滲漏險(xiǎn)情的壩段，采用垂直防滲的措施，徹底根治大壩滲漏的險(xiǎn)情。同時(shí)，采用垂直防滲可以降低壩體浸潤(rùn)線，對(duì)下游壩坡穩(wěn)定起到較好作用。

比較三種垂直防滲措施：

1)高壓擺噴混凝土防滲墻方案

2)垂直鋪塑防滲帷幕方案

3)多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻方案

三種垂直防滲措施造價(jià)比較見表2。

表2 垂直防滲造價(jià)比較成果表

從造價(jià)上比較：多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻是最優(yōu)的，其次是垂直鋪塑防滲帷幕，而高壓擺噴混凝土防滲墻造價(jià)最高。

三種垂直防滲措施都具有施工速度快、防滲效果好的優(yōu)點(diǎn)，能夠徹底解決水庫滲漏及滲透變形問題。

從施工工藝及效果比較：高壓擺噴混凝土防滲墻方案要求施工場(chǎng)地大，現(xiàn)壩頂寬度僅為5m，影響施工機(jī)械的布置及交通。垂直鋪塑防滲帷幕方案施工做不到基巖面以下，而且防滲膜易損壞，從長(zhǎng)期防滲效果看并不理想。多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻方案施工簡(jiǎn)單，防滲效果持久。

所以采用多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻方案。多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，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(dá)到截滲的目的。多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻既經(jīng)濟(jì)、施工方法又簡(jiǎn)單。

防滲墻厚度20cm，頂高程在壩頂以下1m，即216.97m，底高程在弱風(fēng)化泥巖面下1m。樁號(hào)0+700-1+150，長(zhǎng)450m。

4.2 排水減壓井

對(duì)于0+300-0+750及1+100-1+350壩段，計(jì)算壩基滲流不穩(wěn)定。為了減小背水坡腳附近的滲流壓力，防止發(fā)生滲流破壞，在下游設(shè)置排水減壓井。將排水減壓井設(shè)置在排水溝底的中央，井口水位應(yīng)高于溝水位0.1m。

整個(gè)減壓井由設(shè)在井孔中的井管(包括沉淀管、濾管、升水管等)、反濾層、井口結(jié)構(gòu)等幾部分組成。井管直徑為0.2m，井管進(jìn)入透水層深度為2.5 m。

井間壓力水頭：

(4)

式中：a為井距，m；s為上游滲流進(jìn)口到井列線的距離，m；H為上游水深，m；F為函數(shù)。

(5)

式中：T為地基強(qiáng)透水層厚度，m；W為井伸入強(qiáng)透水層的貫入深度，2.5m；r0為井的半徑，0.1m。

校核水位條件下，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 排水減壓井井間距計(jì)算成果

根據(jù)計(jì)算成果，設(shè)計(jì)在以下斷面設(shè)置排水減壓井：0+300、0+380、0+450、0+520、0+580、0+630、0+675、0+715、0+750、1+150、1+180、1+215、1+260、1+305、1+350?？傆?jì)15處。

5 結(jié) 論

東邊水庫已經(jīng)施工完成，目前土壩防滲控制運(yùn)行良好，無不利滲流跡象。