石板河水庫雙曲拱壩除險加固地質分析及防滲研究

楊勇建

摘 要：病險水庫除險加固，行之有效的防滲方案是決定工程成敗的關鍵。石板河水庫存在壩體填筑質量差、壩基（肩）及壩體滲漏、滲流穩定性差等問題。為合理處理水庫滲漏、消除病險隱患，根據滲漏現狀和鉆孔勘探資料，經論證分析設計優選工程適宜性強、技術經濟優越的防滲帷幕灌漿與漏水集中點反壓灌漿相結合的除險加固方案，可為類似水庫防滲加固設計及施工提供參考。

關鍵詞：雙曲拱壩;地質條件;帷幕灌漿;除險加固

中圖分類號：TV223.4 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）11-0059-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.013

Geological Analysis and Anti-Seepage Research of Arch Dam

Reinforcement Engineering of Shibanhe Reservoir

YANG Yongjian

（Guizhou Zhongcheng Tianhe Water Conservancy Engineering Co.， Ltd.， Gui'an 550003，China）

Abstract： An effective anti-seepage scheme is the key to the success or failure of the project for the reinforcement engineering of dangerous reservoirs. The problems such as poor filling quality in dam body， leakage at dam foundation （shoulder） and dam body， poor seepage stability and so on has existed in Shibanhe reservoir. In order to reasonably deal with the reservoir leakage and eliminate the hidden dangers， according to the current leakage situation and drilling exploration data， the risk elimination and reinforcement scheme of anti-seepage curtain grouting combined with back pressure grouting at leakage concentration point with strong engineering suitability and superior technology and economy has been demonstrated and optimized. After the reinforcement project implementation， will obtain obvious anti-seepage reinforcement and repair effect， and the normal flood control， water storage and other functions of the reservoir will be restored， which can provide reference for similar reservoirs anti-seepage reinforcement design and construction.

Keywords： double curvature arch dam; geological conditions; curtain grouting;danger elimination and reinforcement

1 工程概況

石板河水庫位于貴州省大方縣西南鼎新彝族苗族鄉境內的小箐河上游河段，壩址以上流域集雨面積為4.55 km2。水庫建于1988年5月，于1991年5月完工，水庫樞紐工程主要由砌石拱壩、壩頂溢洪道、沖沙管、放水管等組成。經調查，大壩建成后壩體與壩基（肩）均出現滲漏現象，后經多次除險加固防滲處理后，現大壩仍存在滲漏現象。為提出合理的防滲處理方案，對石板河水庫壩址區進行地質及水文地質調查[1-2]，并在壩頂和兩壩肩共布設4個勘察鉆孔對壩體填筑料、壩基巖體等進行取樣觀察，對壩區地質及水文情況進行了解，鉆孔總進尺202.4 m，壓水試驗27段。

2 壩址工程地質及水文地質條件

為準確評價壩體質量和加固防滲方案設計提供依據，在壩體上布置4個鉆孔（ZK1～ZK4）進行勘察。根據鉆孔勘探及現場調查，壩址區出露地層為二疊系峨眉山玄武巖組（P2β）及第四系（Q），其中二疊系峨眉山玄武巖組（P2β）廣泛分布于庫區，巖性為暗綠、灰綠色隱晶質玄武巖，厚152～280 m，根據鉆孔揭露，壩址區淺表巖體風化嚴重，強風化層厚2.5～10.0 m，弱風化層厚10～15 m;第四系沖洪層主要分布于河床，成分為砂礫石、淤泥等，厚2～10 m，第四系殘坡層，成分為腐殖土、砂壤土、碎（塊）石土，主要分布于兩岸高程1 562 m以上斜坡臺地及低洼地帶，厚0.5～3.0 m。壩基巖體經取樣試驗，壩址巖石物理力學性質指標試驗成果，如表1所示。

據區域地質調查顯示，庫區及壩址區無斷裂構造通過，區域性斷裂構造距壩址區較遠，壩址處地質構造較簡單。玄武巖巖層產狀不明顯，受區域地質構造影響，巖石中裂隙比較發育，主要發育有三組裂隙：第一組裂隙產狀為走向35°，傾向45°，傾角近直立，連通率45%;第二組裂隙產狀為走向20°，傾向80°，傾角近直立，連通率33%;第三組裂隙產狀為走向75°，傾向60°，傾角接近直立，連通率35%。這三個方向上的裂隙在壩址區強風化巖層中相互切割，使強風化巖石塊體穩定性較差。D6765809-7F44-4914-BDD4-865C1CEA68E9

3 大壩質量評價

3.1 大壩滲漏現狀

3.1.1 壩體滲漏。根據現場調查顯示大壩下游壩面出現多處滲水點，表現為浸潤和射流兩種情況。浸潤表現為壩面沿浸潤點向下形成濕潤帶，射流表現為水流沿壩體孔隙匯聚后在壩面集中流出，現場檢查水位為1 540.5 m，壩體下游面左側1 524.5～1 529.0 m高程處呈濕潤狀態;壩體下游面右側1 526.0～1 528.0 m、1 536.0～1 541.5 m高程處呈濕潤狀態;溢流壩段下游面1 534.5～1 546.5 m、1 506.0～1 515.5 m高程處呈濕潤狀態。當水位抬升時，溢洪壩段下游面（高程1 543.5 m）呈射流狀漏水。

3.1.2 壩基（肩）滲漏。據地表地質調查，右壩肩下游面1 525.25 m高程壩體與壩基接觸部位有一處集中漏水點，滲透量為0.5 L/s;在左壩肩至溢洪道下游岸坡存在面狀浸滲帶，浸滲帶高程為1 534.5～1 546.5 m，長約11 m，寬約10 m，面積約110 m?，該區域有明顯滴水及浸潤現象，在河床下游測得總滲漏量18～22 L/s。

3.2 壩體質量評價

現狀大壩下游壩面存在多處滲漏，為了解壩體質量和基巖的風化性、透水性等情況，在壩體上布置ZK2、ZK4鉆孔進行勘探。鉆孔揭露情況有以下幾種。①大壩建基面為弱風化玄武巖，壩基巖石飽和抗壓強度值為63.0 MPa，巖石屬中硬巖，巖體較完整，屬BⅡ類巖體。壩基巖體強度滿足中等高度拱壩建基要求。②壩體部分為強至弱風化玄武巖及砂巖為骨料的水泥砂漿澆筑體，鉆孔在0～3.0 m時垮孔嚴重，且在壩體上、下游面孔隙有反水現象，分析為正常水位至壩頂高程壩體孔隙較大，建議進行補強灌漿處理。根據鉆孔取芯情況，巖芯多呈灰白色，長柱狀，少數呈短柱狀及碎塊狀，孔隙內水泥漿填充，芯樣側表面光滑，膠結較良好，局部有少量氣孔，局部完整性差，芯樣采取率35%～97%。鉆孔中部分巖芯揭露骨料呈強風化狀，占5%左右，其強度稍低，壩體砌筑材料質量局部較差，需進行補強防滲灌漿處理[3]。③壩體透水率為1.8～17.4 Lu，壩體內孔隙較大，大壩下游壩面存在浸潤面及集中滲漏點，砌體密實性及滲流穩定不符合規范要求[4]，壩體存在嚴重安全隱患。④基巖與壩體接觸帶巖體透水率為10.7～28.5 Lu，兩壩肩強風化巖體中巖體透水率為2.1～19.5 Lu，弱風化基巖巖體透水率為0.3～4.9 Lu，為弱透水層。通過鉆孔分析，壩基肩巖裂隙發育，少量水泥漿填充，透水率較大;壩體與壩基接觸帶滲漏較嚴重，透水率高達28.5 Lu。大壩存在庫水沿壩體與壩基接觸帶滲漏以及庫水沿基巖裂隙帶繞壩滲漏問題。現場檢查在左壩肩下游岸坡存在面狀浸滲帶，浸滲帶高程為1 515～1 527 m，長約11 m，寬約10 m，面積約110 m?，該區域有明顯滴水及浸潤現象;右壩肩存在一處集中滲漏，出水點高程為1 525.5 m，滲漏量約0.5 L/s，大壩滲漏影響大壩穩定，存在安全隱患。綜合考慮，壩體工程質量為不合格，需進行全面防滲加固處理，以恢復水庫的正常功能。

4 水庫除險加固防滲處理

4.1 防滲方案比選

壩基巖體中裂隙比較發育，地表巖石風化強烈，造成淺表巖體透水性較好。巖石中的風化裂隙、節理裂隙是壩址區地下水運移滲漏通道[5]。水庫壩體、壩基（肩）均存在滲漏，滲漏點相對較多，總滲漏量為18～22 L/s，滲漏量隨水位變化有所增減。壩體、壩基（肩）滲漏對大壩安全穩定和水庫效益有較大的影響。結合水庫工程特性及滲漏現狀，優選兩種防滲方案進行技術及經濟比選，如表2所示。

方案一是2011年除險加固時采用的方案，該方案未能徹底解決壩體和壩基（肩）滲漏的問題。經實際調查，壩體防滲補強灌漿僅采用壩體下游面水平造孔灌漿的方式存在局限性，施工時常會發生漿液無法灌注的情況。當年在下游壩腳設置混凝土灌漿平臺進行帷幕灌漿，現場勘察時發現灌漿平臺的基礎置于強風化玄武巖上，且斜孔灌漿的施工質量也不易控制。

方案二采用壩頂豎直灌漿+壩體集中漏水點反壓灌漿的方式，由于大壩為雙曲拱壩，且大壩偏薄，大壩上、下游面為1 m厚的M10砂漿砌C15混凝土預制塊，壩頂布置鉆孔要避開預制塊，并避免從壩面穿出。經過比選，方案二是安全可行的，且能更有效地增強壩體強度和防滲效果，同時能更有效地對壩體與壩基的接觸滲漏帶進行帷幕防滲。另外，方案一雖然灌漿工程量較節省，但考慮到局部修復灌漿平臺和斜孔灌漿等增加的費用后，方案一總投資230.62萬元;而方案二的工程措施主要為造孔和灌漿，其總投資為224.58萬元，較方案一節省了6.04萬元。方案二安全可靠且投資也更為節省，故優選帷幕灌漿（防滲線沿壩頂布置）+壩體集中漏水點反壓灌漿防滲方案。

4.2 大壩防滲處理方案

大壩防滲帷幕線兩壩肩沿上壩公路布置，壩體段沿壩頂中線布置，其中溢流堰段帷幕線距上游堰頂0.6 m布置，整個帷幕防滲線長162.0 m，按單排孔布置，孔距為2.0 m，共布孔82個;其中1#～19#沿右岸上壩公路布置，20#～72#鉆孔沿壩頂布置，73#～82#沿左岸上壩公路布置，形成一個封閉的帷幕防線。兩壩肩帷幕灌漿起灌高程為水庫正常蓄水位（1 546.5 m）高程，壩體補強灌漿（20#～72#）起灌高程為壩頂高程;壩基段采用帷幕灌漿，均采用自下而上的灌漿方式，壩體內補強灌漿每段為2.0～4.0 m，且壩體與壩基接觸帶必須采用一段灌漿;兩岸坡段采用帷幕灌漿，并采用自上而下的灌漿方式，基巖灌漿每段5.0～8.0 m。防滲處理的帷幕灌漿底線高程依據勘察鉆孔壓水試驗資料，即不大于巖石透水率5 Lu以下一段，兩壩肩防滲帷幕以處理強風化帶及淺層基巖裂隙性滲漏為主，進入基巖弱風化帶一段5.0 m，逐漸向兩邊延伸到灌漿底線弱風化帶一段與正常水位線的交界。其中1#帷幕灌漿孔底線高程為1 529.8 m，82#帷幕灌漿孔底線高程為1 534.9 m，壩基帷幕灌漿孔低限高程為1 490.0 m。施工中根據先導孔情況調整帷幕灌漿底線高程，防滲標準為巖石透水率不大于5 Lu;帷幕灌漿灌入的水泥漿將在壩體、壩基及兩壩肩形成較厚的帷幕防滲體，水泥漿能增強壩體強度，防滲體能截斷壩體滲漏通道、基巖風化裂隙，并增長基巖節理裂隙滲漏的滲漏途徑[6]。帷幕灌漿邊界沿壩軸線向兩壩肩延伸，至水庫正常水位與基巖弱風化帶且超出一段，即終止布置帷幕灌漿孔。D6765809-7F44-4914-BDD4-865C1CEA68E9

在壩體下游面集中滲漏部位處布置反壓灌漿孔，鉆孔垂直于壩面。為防止鉆穿壩體，孔底至大壩迎水面水平距離不小于0.5 m，共布15個孔，其中B1#～B5#孔深為3.2 m，B6#～B8#孔深為4.0 m。B9#～B15#孔深為5.4 m。壩體下游反壓灌漿立面圖如圖1所示。

灌漿結束后，用檢查孔檢查灌漿效果，應布置工程量10%的檢查孔，檢查孔布于帷幕中心線上地質條件復雜的部位、吸漿量大的孔段附近和孔斜過大、灌漿情況不正常的部位;在一個壩段或一個單元內至少布置一個檢查孔，檢查孔應比灌漿孔深5.0 m，檢查孔工作應在該部位灌漿結束14 d后進行。壓水試驗分段卡塞，采用五點法。檢查孔應取巖芯計算獲得率并加以描述，檢查結束后按要求進行灌漿和封孔。檢查內容主要有：基巖帷幕灌漿，通過壓力試驗檢查其單位透水率是否小于5 Lu，若單位透水率小于5 Lu，即認為帷幕防滲達到要求，否則需補灌;壩體補強灌漿，通過壓力試驗檢查其單位吸水量是否小于3 Lu，若單位吸水量小于3 Lu，即認為帷幕防滲達到要求，否則需補灌。

5 結語

石板河雙曲拱壩受當時建設標準偏低、施工機械水平不高、灌漿技術落后等因素的共同影響，大壩存在壩體填筑質量差、壩基（肩）及壩體滲漏等問題，大壩病險問題較為突出。根據工程特性和鉆孔勘探揭露成果，設計優選防滲效果較好、工程投資省、施工簡單的“帷幕灌漿（防滲線沿壩頂布置）+壩體漏水點反壓灌漿”加固補強防滲方案，為高效優質的施工建設提供了強有力的技術支持。

參考文獻：

[1] 夏玉峰.病險水庫大壩防滲加固技術方案及質量控制[J].陜西水利，2020（7）：200-201，204.

[2] 劉高華.六六溪水庫砌石拱壩安全復核及壩體補強加固防滲處理[J].吉林水利，2017（10）：28-31.

[3] 劉王勇.某水庫雙曲拱壩壩體防滲加固技術淺析[J].陜西水利，2020（8）：189-190，193.

[4] 向紅利，劉慧霞，譚劍波.小竿嶺水庫埋石混凝土雙曲拱壩安全復核及除險加固防滲處理[J].水利規劃與設計，2017（2）：125-129，153.

[5] 張輝.水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術研究[J].地下水，2021，43（2）：255-256.

[6] 朱智元.水庫大壩防滲加固設計與復核計算[J].水科學與工程技術，2019（5）：57-59.D6765809-7F44-4914-BDD4-865C1CEA68E9