鄒 林，湯能見，覃智清

（1.長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212；2.咸寧水利勘查設(shè)計(jì)院，湖北 咸寧 437000）

1 概 況

細(xì)沖溝水庫始建于1974年冬季，1976年春竣工，位于通城縣大坪鄉(xiāng)韓嶺村，座落在陸水支流鐵柱港上游的鴉雀山。水庫承雨面積0.4km2，水庫原總庫容25.75萬m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的?。?）型水庫。該工程等級(jí)為Ⅴ等，主要建筑物是黏土心墻壩，級(jí)別為5級(jí)。細(xì)沖溝水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)洪水位為188.44 m，相應(yīng)下泄洪流量為5.5m3／s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇，校核洪水位為188.8m，相應(yīng)下泄流量為8.9 m3／s。水庫正常高水位187.7m，死水位172.0m。

細(xì)沖溝水庫運(yùn)行30多年來，出現(xiàn)不少問題。如壩基透水性強(qiáng)，未做防滲處理；大壩填筑質(zhì)量差，滲透系數(shù)較大，不滿足規(guī)范要求，壩腳存在滲水現(xiàn)象，無排水設(shè)施；設(shè)計(jì)、校核水位高出心墻頂部，造成壩體滲流狀態(tài)不安全等等。本次對(duì)細(xì)沖溝水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固，需進(jìn)行大壩滲流計(jì)算，為制定加固方案提供依據(jù)。

2 大壩滲流計(jì)算

2.1 心墻、代料土體透水特征

心墻填筑料物質(zhì)組成主要為粉質(zhì)黏土，局部夾有黏土、壤土、碎石、淤泥質(zhì)壤土和少量植物根莖等，填筑較混亂，無明顯的規(guī)律，粉質(zhì)黏土呈黃褐色、灰褐色，可塑狀，稍濕，黏性較強(qiáng)，可搓成細(xì)條。大壩心墻填筑土不均勻，其防滲性相對(duì)較差，滲透系數(shù)為6.79×10-5cm／s，具有弱透水性。

大壩代料主要為壤土料，呈褐黃色、灰褐色，稍濕，可塑，見有鐵錳質(zhì)浸染，夾有較多的風(fēng)化塊石、碎石，其成分主要為附近山體殘積土，可見有原巖結(jié)構(gòu)，但大部分礦物成分已經(jīng)風(fēng)化，塊石浸水易崩解。壤土料分布于大壩上下游，是大壩代料的主要組成成分。滲透系數(shù)為3.1×10-3cm／s，具有中等透水性，滲透偏大。

表1 大壩體滲透系數(shù)表

滲流計(jì)算指標(biāo)根據(jù)安全鑒定地質(zhì)勘察土工試驗(yàn)物理力學(xué)指標(biāo)，計(jì)算參數(shù)見表1。

2.2 大壩現(xiàn)狀滲流計(jì)算

2.2.1 計(jì)算內(nèi)容及工況選取

滲流計(jì)算的內(nèi)容是根據(jù)上、下游水位，求出壩體浸潤(rùn)線及其出逸點(diǎn)位置、壩體和壩基滲流量以及壩體內(nèi)部滲透坡降，為大壩壩坡穩(wěn)定復(fù)核和水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。本工程土質(zhì)心墻壩根據(jù)滲流計(jì)算需要擬定了2個(gè)正常工況和1個(gè)非常工況，如表2所示。

表2 大壩滲流計(jì)算工況表 （單位：m）

2.2.2 計(jì)算原理

平面穩(wěn)定滲流計(jì)算的基本原理可歸結(jié)為求解滿足具體問題邊界條件的擬調(diào)和方程：

式中：H＝y(tǒng)＋p／γ為滲流場(chǎng)的水頭函數(shù)；p為壓力；γ為水的容重；kx為土的水平方向滲透系數(shù)；ky為土的垂直方向滲透系數(shù)。

2.2.3 計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

通過有限元軟件對(duì)大壩現(xiàn)狀進(jìn)行滲流計(jì)算，結(jié)果如下：各種工況下大壩等勢(shì)線圖見圖1；各種工況下壩體滲透坡降、滲流量、逸出點(diǎn)高程見表3。

圖1 各種工況下大壩滲流計(jì)算等勢(shì)線圖

表3 大壩滲流計(jì)算成果表

3 滲流計(jì)算結(jié)果分析與安全評(píng)價(jià)

結(jié)合大壩安全鑒定及本次除險(xiǎn)加固補(bǔ)充地質(zhì)勘察及初步設(shè)計(jì)滲流計(jì)算復(fù)核，對(duì)細(xì)沖溝水庫大壩滲流分析的結(jié)果歸納如下：

（1）壩基基巖透水性強(qiáng)，且未做防滲處理，致使壩體單位滲流量大。

（2）心墻防滲性能差，不能起到好的防滲作用，致使壩體浸潤(rùn)線位置較高。

（3）地勘報(bào)告建議心墻J允許取1.13，壩體代料J允許取0.15。計(jì)算成果表明心墻滲透坡降和壩殼代料逸出坡降均不滿足要求，且下游逸出點(diǎn)高程較高，容易發(fā)生滲透破壞。

（4）設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位均高出心墻頂部，造成壩體滲流性態(tài)極不安全。

4 結(jié)論與建議

通過本次對(duì)大壩現(xiàn)狀的分析，水庫運(yùn)行至今由于施工質(zhì)量和運(yùn)行管理不善等方面的原因，主要建筑物在滲流方面存在病險(xiǎn)情，嚴(yán)重威脅水庫的正常安全運(yùn)行，水庫大壩迫切需要整治加固，以消除水庫建筑物的隱患，使水庫達(dá)到規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)，恢復(fù)正常興利功能。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，大壩防滲處理的原則是“上堵下排”，上堵的措施有垂直防滲和水平鋪蓋防滲，下排的措施有反濾透水鋪蓋、導(dǎo)滲溝和減壓井等。一般而言，垂直防滲措施能有效地解決滲漏問題，適用于新建壩的防滲處理和已建壩的防滲加固，水平防滲措施能在一定程度上控制大壩的滲透問題，但對(duì)改善大壩的滲透穩(wěn)定效果不明顯，且只適用于新建壩；下排措施雖然施工簡(jiǎn)單，但投資較大，只能在一定程度上控制大壩的滲透穩(wěn)定問題，對(duì)減小大壩的滲漏問題不起作用，且易失效，日后維護(hù)工作量大，對(duì)水庫大壩的防滲除險(xiǎn)加固應(yīng)根據(jù)大壩的工程地質(zhì)條件、歷年險(xiǎn)情、水庫的功能等因素，合理分析，使工程措施經(jīng)濟(jì)合理，行之有效。

該壩防滲處理措施主要考慮如下3種比選方案：

方案1：壩體高壓噴射灌漿。高壓噴射灌漿方法是利用射流作用切割摻攪地層，改變?cè)貙拥慕Y(jié)構(gòu)和組成，同時(shí)灌入水泥漿和復(fù)合漿形成凝結(jié)體，以達(dá)到加固心墻和防滲的目的。

高噴灌漿，單排，灌漿孔距0.8m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，允許滲透坡降為60，設(shè)計(jì)有效成墻厚度1.0m。

方案2：壩體混凝土防滲墻。對(duì)壩體心墻采用混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理，墻體有效成墻厚度為0.3m，防滲墻自壩頂從心墻中心線灌至心墻底深入基巖強(qiáng)風(fēng)化層1.0m。

方案3：壩體黏土灌漿。黏土灌漿是將鉆孔內(nèi)的漿液在灌漿壓力作用下，直徑較小顆粒組成的漿液滲透到土體大顆粒的空隙內(nèi)。其滲透程度隨壓力而增加，由于在滲透過程中能量消耗大，影響范圍小，灌溉壓力對(duì)地層的擠壓作用也很有限，如果適當(dāng)?shù)卦龃蠊酀{壓力，當(dāng)其在孔壁上引起的切向拉應(yīng)力大于地層的小主應(yīng)力與土壤的抗拉強(qiáng)度之和時(shí)，應(yīng)會(huì)使土體發(fā)生劈裂，漿液沿裂縫流動(dòng)，能量消耗小，浸入范圍大，當(dāng)灌漿停止時(shí)，壓力減小，土體回彈壓縮漿液，促使?jié){體排水固結(jié)，進(jìn)而提高漿體密度。

3個(gè)方案其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如表4。

表4 比選方案工程量及工程投資對(duì)照表

上述3種方案中，從工程技術(shù)方面來看，心墻加固采用高噴灌漿、混凝土防滲墻和粘土灌漿都是可行的，都是十分成熟的防滲處理技術(shù)，廣泛用于堤防和水庫大壩的加固工程中。

從投資來看，黏土灌漿投資最省，高噴灌漿最多，其次是混凝土防滲墻。

從施工難度看，混凝土防滲墻施工較簡(jiǎn)單，也易于保證工程質(zhì)量，彈性模量低，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，從根本上控制壩身滲漏及白蟻隱患，且在其它工程上已積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。本著投資合理，措施安全，技術(shù)可行的原則，綜合比選，推薦混凝土防滲墻方案為大壩防滲除險(xiǎn)加固處理措施。