黃田水庫大壩防滲加固方案分析

張文勇

（平遠縣水利服務中心,廣東 平遠 514600）

1 引言

滲流破壞是大壩常見的破壞形式,對水庫工程效益的正常發揮影響較大。在長期使用過程中,有較多的水庫大壩出現了一定程度的滲漏現象,對下游居民的安全產生了一定的影響[1-3]。因此,針對這一類型水庫采取防滲加固措施是十分必要的。不同的水庫大壩所在區域地質、水文條件不盡相同,因此,防滲加固措施需要結合工程實際情況,選取經濟、技術可行的方案[4-6],提高工程的最終質量。

2 工程概況

黃田水庫位于廣東省平遠縣河頭鎮,距平遠縣城27 km。水庫壩址以上集水面積140 km2。黃田水庫工程是以防洪為主,兼有灌溉、發電、供水的綜合利用的水庫工程。水庫原設計總庫容為5230 萬m3,設計灌溉面積2.5 萬畝,擔負平遠縣主要工廠及縣城6 萬人口城鎮居民供水任務,水電站裝機1500 kW。黃田水庫興建于1966 年,1972 年12 月后水庫建成投入運行。

3 歷史加固情況

水庫建成蓄水后不久發現右壩段條形山下游坡及左壩段右側山坡多處漏水。1986 年冬至1987 年,為保大壩安全建貼坡排水,在大壩右壩段進行灌漿處理。1989 年蓄水至251.5 m 時,右壩段條形山下游坡高程237 m～240 m 間發現4處集中漏水點,在水庫水位2545 m 時,又在條形山下游坡高程244 m 處發現漏水點。1993 年至1995 年對右壩段及左壩段右側共270 m 范圍進行灌漿處理,灌漿深度至基巖面以下3 m,灌漿分兩步實施,第一步用劈裂灌漿的方法灌注填筑土層及殘積土層面以下3 m,第二步用基礎帷幕灌漿的方法灌注殘積土與巖層的交接帶,即從殘積土層頂部至基巖面以下3 m。

4 大壩加固方案選擇

4.1 壩體加固方案

根據設計壩頂高程計算結果,大壩現狀壩頂高程滿足要求。現大壩上游坡實測坡比基本為1∶2.5,且右岸壩段上游坡在高程256 m～243.5 m 位置存在滑坡體,滑坡體厚度3.5 m～40 m,長度85 m,寬度約33 m,岸坡陡立或反坡。除險加固工程對上游坡進行培厚加固,壩坡比放緩至1∶2.75,維持下游原坡比不變,對下游坡進行平整后補種草皮護坡。

4.2 壩體及壩基防滲處理方案

根據地勘工作的成果,壩體填土主要來源于附近山坡上坡積土和細砂巖全風化土,填筑最大厚度46 m,左壩段填筑厚度大,右壩段以條形山作為壩體的組成部分,填筑厚度小左壩段填筑填土壓實度范圍值為76.8%～97.6%,平均壓實度為89.6%＜96%,壓實度低。右壩段填土壓實度范圍值為89.0%～98.2%,平均壓實度為94.5%～96%,壓實度稍低,未能滿足《碾壓土石壩設計規范》（SL 274-2001）壓實度不低于96%～98%的要求。大壩左壩段現場注水試驗滲透系數K=9.47×10-4cm/s～1.08×10-5cm/s,平均為K=2.25×10-4cm/s,具中等透水性：右壩段壩體填土其現場注水試驗滲透系數K=1.38×10-3cm/s～4.03×10-3cm/s, 平均為K=4.55×10-4cm/s,具中等透水性。

大壩左壩段壩基及壩肩為中等～弱透水層：大壩右壩段壩基為弱透水層,壩肩為弱～中等透水層,大壩右壩段上游坡已岀現塌滑,大壩左壩段主河床位置壩軸線上下游清基不徹底,有沖積砂卵礫石層,存在滲漏問題。大壩兩岸山體較雄厚,地下水位高于庫水位,壩肩山體多屬弱透水性,不會產生繞壩滲漏。大壩反濾棱體多由弱風化的砂巖組成,反濾棱體中上部未見有水滲出,說明反濾棱體排水正常。

根據黃田水庫大壩現狀以及存在密實性差等問題,選取3 種防滲加固方案進行比選。

方案一：加固后壩頂高程為260.20 m,與現狀壩頂高程齊平。壩體防滲方案與上游壩坡培厚加固相結合,釆用粘土斜墻方式。考慮到該方案壩體防滲措施布置在上游,故壩基采用截水槽的方式進行防滲處理。

方案二頂高程為260.20 m,在上游壩坡培厚加固防滲采用塑性混凝土防滲墻。

方案三：壩頂高程為260.20 m,在上游壩坡培滲釆用兩排劈裂灌漿。

從以下幾個方面對三個方案進行比較：（1）方案三（劈裂灌漿方案）：該方案在黃田水庫大壩歷史加固中多次采用,使用效果表明,該方案可在短期內消除大壩滲漏隱患,但壩體所在區域地質構造活動強烈,發育較多的結構面、斷裂帶等,在使用一段時間后,大壩又將出現滲漏現象,治理效果不徹底缺乏耐久性,同時,該方案無顯著的經濟優勢。（2）方案二（防滲墻方案）：在防滲效果、耐久性方面均優于方案一,但該方案施工難度大,工期長,工程投資高。方案投資比方案一、三分別多954 萬元、823 萬元。（3）方案一（粘土斜墻方案）：不但可以實現壩體培厚加固,同時可處理黃田水庫大壩的滲漏問題,施工簡單,經過調查土料場儲量、質量均能滿足要求。

從耐久性、經濟性等多方面考慮,采用方案一作為推薦方案。

5 壩體防滲加固效果分析

5.1 防滲設計

（1）在壩頂設C20 砼防浪墻高1.0 m,防浪墻頂高程261.20 m,土壩頂高程260.20 與實測現狀壩頂高程齊平。為保證上游粘土斜墻填筑厚度,大壩壩頂寬由現狀5 m 加寬至7 m,采用瀝青混凝土路面厚110 mm。

（2）現大壩上游坡實測坡比基本為1∶2.5,右岸壩段在256 m～243.5 m 高程位置存在滑坡體。校核水位、水位驟降工況上游壩坡穩定安全系數不滿足要求,故本次除險加固對上游坡坡比放緩至1∶2.75。為保證新老土體結合緊密,原壩坡采用臺階式開挖后填筑粘土斜墻。

（3）下游坡維持下游原坡比不變,重新植草護坡,壩腳原有棱體、貼坡排水保持不變。

壩體及壩基防滲。為解決大壩壩體滲透系數大,壩體浸潤線高,出水點水力比降大于所在部位土體的允許比降,壩基強風化層透水性較強等問題,對大壩壩體及壩基進行防滲處理：①壩體防滲。根據大壩現狀和存在問題,結合上游培厚加固,壩體防滲采用粘土斜墻方案按《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）,粘土斜墻自上而下逐漸加厚,頂面的水平寬度不小于3.00 m。現頂面的水平寬度不小于500 m,底面17 m～36 m：粘土斜墻頂部與壩頂防浪墻連成完整體系,均滿足規范要求。②壩基防滲。壩基防滲采用粘土截水槽,粘土截水槽斷面為梯形,截水槽的底寬按粘土的允許滲透比降0.2H取為5 m。粘土截水槽底部開挖至相對不透水層頂面[7-8]。

圖1 穩定性計算簡圖

5.2 計算工況及結果

正常運用條件：①水庫正常蓄水位258 m,下游無水時穩定滲流；②水庫設計洪水位25892 m,下游無水時穩定滲流；③1/3 壩高水位,下游無水時穩定滲流：（0+327.600 斷面不考慮該工況）。

非正常運用條件：①水庫校核洪水位260.03 m,下游無水時穩定滲流；②水庫校核洪水位260.03 m 驟降至溢流堰頂高程250.00 m,水庫水位降落時不穩定滲流。計算參數見表1、表2,計算結果見表3。

表1 左壩段計算參數

表2 右壩段計算參數

表3 滲流計算結果

6 結論

在長期的使用過程中黃田水庫大壩出現了較為嚴重的滲漏現象,雖然多次采取防滲加固處理,但危險性仍較大。結合工程實際情況,選取了3 種防滲加固方案進行比選分析,采用壩體防滲結合上游壩坡培厚加固,釆用粘土斜墻方案,既能實現壩體培厚加固,又能處理大壩滲漏問題,施工簡單,作為推薦方案,經過滲流復核計算,正常運用條件和非正常運行條件下加固處理后的黃田水庫大壩滲流滿足相關要求。由于水庫大壩加固次數較多,且加固效果不理想,因此在實施加固過程中,應加強質量控制,嚴格按照方案施工,保證加固效果。