平海鎮(zhèn)江斯坑水庫除險加固工程大壩防滲設(shè)計分析

何愛政

(韶關(guān)市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司惠州分公司，廣東 惠州 516008)

1 項目背景

江斯坑水庫位于惠東縣平海鎮(zhèn)，始建于1959年，建庫集雨面積1.8km2，設(shè)計灌溉面積40hm2，屬于小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等。水庫主要組成包括大壩、溢洪道、輸水涵，原設(shè)計總庫容為32萬m3，正常庫容13.49萬m3，死庫容1萬m3，興利庫容為12.49萬m3。江斯坑水庫從建成至今已運行長達(dá)62年，逐漸暴露出諸多問題，如：壩體填筑土滲透系數(shù)較大、壩基存在透水性砂層、壩頂高程不滿足規(guī)范要求、溢洪道尺寸偏小，消能防沖不完備、輸水涵下游無消能措施等問題。根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL258-2017)和水利部《水庫大壩安全鑒定辦法》規(guī)定，惠東縣水利局委托相關(guān)技術(shù)單位對江斯坑水庫進(jìn)行了安全鑒定，根據(jù)安全鑒定結(jié)論，江斯坑水庫大壩被評為“三類壩”，由于現(xiàn)狀壩頂高程不滿足規(guī)范要求，大壩面臨著漫頂潰壩的風(fēng)險，嚴(yán)重危及水庫下游人民生命及財產(chǎn)安全，為減少水庫對下游防洪安全構(gòu)成的威脅，降低因臺風(fēng)造成的防洪壓力，對本水庫進(jìn)行除險加固顯得尤為必要和迫切。

2 大壩防滲能力現(xiàn)狀

2.1 壩體部分

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，大壩壩體主要為填筑土，孔隙稍發(fā)育，造成壩身填土含水量大，且土質(zhì)不均勻，壓實度較差。大壩現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔注水試驗，根據(jù)試驗結(jié)果顯示滲透系數(shù)K值處于9.59×10-5-3.62×10-4cm/s的范疇內(nèi)，均值2.23×10-4cm/s，屬中等透水性。參考規(guī)范SL189-2013，壩體填筑土抗?jié)B性能不滿足要求(<1×10-4cm/s)，因此必須對壩體開展防滲處理。

2.2 壩基部分

壩基由粉質(zhì)黏土、粗砂、砂質(zhì)黏性土及全風(fēng)化-強風(fēng)化花崗巖組成。壩體大部分地段與粗砂層直接接觸，壩基滲透系數(shù)較大，會造成壩體接觸面及壩基滲流，需進(jìn)行防滲加固措施。

兩岸壩肩為花崗巖殘坡積土及全風(fēng)化土，抗?jié)B透的能力較強，未發(fā)現(xiàn)繞壩滲漏現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場注水試驗成果，花崗巖殘坡積土及全風(fēng)化土的滲透系數(shù)K值為4.93×10-5-6.66×10-5cm/s，屬弱透水性，壩肩滲漏問題不突出。

3 江斯坑水庫除險加固工程大壩防滲設(shè)計

3.1 大壩防滲設(shè)計

通過對地質(zhì)勘察成果的分析研究，水庫大壩的壩體和壩基均不滿足防滲要求，因此須對壩基和壩體進(jìn)行防滲處理。根據(jù)地質(zhì)鉆孔勘察成果，壩基有相對不透水層，滿足防滲要求，因此須從壩頂至壩基不透水層封閉起來，才能達(dá)到防滲目的，根據(jù)地勘成果以及規(guī)范要求，本次防滲采用的防滲體須伸入相對不透水層的深度≥1.2m(壩中位置的相對不透水層較薄，按1.2m確定，兩側(cè)較厚部分伸入長度可>1.2m)，防滲底邊界需平順連接，避免有較大突變。本次大壩的主要范圍為壩體和壩基，防滲起點是B0-000.85，截止樁號為B0+112.13處，平面防滲長度共計113m；深度為進(jìn)入相對不透水層≥1.2m。

3.2 大壩防滲方案比選

本次設(shè)計擬采用以下方案進(jìn)行比較分析。

3.2.1 大壩防滲方案

方案一：深層水泥攪拌樁防滲墻。

此方案主要是利用專業(yè)的深層攪拌機械設(shè)備對軟土與水泥漿進(jìn)行就地攪拌，由此相差密實、穩(wěn)定且強度較大的水泥結(jié)構(gòu)體。通過攪拌樁的有效搭接可形成連續(xù)防滲強，深度最大15m。大壩深層攪拌樁結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 深層攪拌樁結(jié)構(gòu)示意圖

方案二：大壩劈裂灌漿。

此方法主要是在壩體平行壩軸線方向進(jìn)行鉆孔，設(shè)置兩排鉆孔，灌注泥漿，實現(xiàn)控制性劈裂灌漿，由此形成防滲帷幕。大壩劈裂灌漿結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 劈裂灌漿結(jié)構(gòu)示意圖

方案三：高壓擺噴灌漿。

此方法主要是利用高壓噴射水、氣、漿對地層進(jìn)行切割，并灌注水泥漿，由此形成防滲墻體。高壓擺噴采用三重管法施工，折角、擺角均為20°，擺噴折接，孔距1.5m。大壩高壓擺噴灌漿結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 高壓擺噴灌漿結(jié)構(gòu)示意圖

方案四：混凝土防滲墻。

此方案主要是利用液壓抓斗成槽，或是沖擊鉆成槽，灌注塑性混凝土后形成連續(xù)墻體。防滲墻厚度按0.4m確定，大壩混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 方案比選

4種方案的比選見表1。

表1 大壩壩基防滲處理方案比選

綜上分析顯示，上述4種方案中，高壓擺噴灌漿方案綜合優(yōu)勢較大，設(shè)備簡單、施工速度快，固結(jié)強度大、防滲可靠性高，推薦應(yīng)用。

3.3 大壩滲流穩(wěn)定計算

3.3.1 計算方法

根據(jù)計算分析，擬采用以下方法對壩體進(jìn)行加固：對大壩進(jìn)行高壓擺噴灌漿防滲，降低浸潤線滿足穩(wěn)定要求；大壩迎水坡與現(xiàn)狀坡比一致，背水坡設(shè)計為1∶3。本次滲流穩(wěn)定分析采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編制的《水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)AutoBANK(v7.08)》計算，其采用有限單元法計算原理。根據(jù)實際情況，滲流分析計算選擇主河槽處最大斷面K0+054為代表斷面，大壩加固后計算模型詳見圖5。

圖5 計算斷面模型圖

3.3.2 滲流穩(wěn)定計算成果分析

1)從大壩剖面流網(wǎng)形態(tài)來看，大壩各計算斷面滲流規(guī)律符合高壓擺噴灌漿滲流形態(tài)。擺噴灌漿后60%水頭成功消殺，大壩浸潤線降低，防滲情況滿足要求。

2)從關(guān)鍵部位的滲透坡降值來看，下游壩坡最大逸出坡降0.166-0.207，壩體滲透穩(wěn)定性滿足要求(<0.48)。

3)壩體加固后大壩計算滲流量大幅減少，且伴隨庫水位上升而增大，符合現(xiàn)狀大壩運行情況。

4 結(jié) 語

綜上所述，基于當(dāng)前我國水利工程發(fā)展背景下，除了將資金、人力、物力放在新建項目上，還必須重視已建水庫的安全鑒定與除險加固工作，保證水庫效益的充分發(fā)揮，也減小相關(guān)安全隱患。在水庫大壩除險加固中，防滲是一項關(guān)鍵工作，尤其是地基處理不當(dāng)引起的滲漏問題較多，且補救難度相對加大，在工程實踐中必須根據(jù)大壩工程地質(zhì)條件、病害原因與部位，合理制定防滲方案，并做好綜合比選工作，通過大壩滲流穩(wěn)定計算明確防滲設(shè)計方案的效果，切實保證大壩病害問題得到有效處理。