北川開(kāi)茂水庫(kù)主壩填筑施工采取的反滲排水措施

黃　芬，　張　奇

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

北川開(kāi)茂水庫(kù)主壩填筑施工采取的反滲排水措施

黃芬，張奇

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：北川開(kāi)茂水庫(kù)主壩(面板堆石壩)填筑施工期間，由于趾板建基面遠(yuǎn)低于上、下游高程，壩體內(nèi)存在反向滲水問(wèn)題。在施工過(guò)程中，采取在壩體內(nèi)設(shè)置自流式反向排水系統(tǒng)自由排水至趾板上游集水坑，然后抽排至基坑以外的措施，有效地解決了壩體內(nèi)水流產(chǎn)生反向水壓的問(wèn)題，避免了其對(duì)主壩填筑質(zhì)量造成不良影響。

關(guān)鍵詞：面板堆石壩；反滲排水；碎石盲溝；排水管；開(kāi)茂水庫(kù)

1概述

北川開(kāi)茂水庫(kù)位于涪江安昌河左岸一級(jí)支流何家溝上，壩址距北川新縣城約4km，總庫(kù)容 為

2 453萬(wàn)m3，是一座以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主，兼顧農(nóng)村人畜供水等綜合利用的中型水利工程。

主壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程為612m，河床堆石區(qū)最低建基面高程556m，最大壩高56m，壩頂寬6m，壩軸線長(zhǎng)約357.35m，壩頂設(shè)防浪墻。上游壩坡為1∶1.4，下游壩坡為1∶1.4，下游壩坡在585m高程處設(shè)3m寬的馬道?；炷撩姘逑略O(shè)墊層區(qū)和過(guò)渡區(qū)，水平寬度分別為3m、4m。大壩分區(qū)自上游至下游依次為壩體蓋重區(qū)、上游粘土鋪蓋區(qū)、面板、特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、下游堆石區(qū)。主壩填筑典型剖面見(jiàn)圖1。

2反向滲水產(chǎn)生的機(jī)理

開(kāi)茂水庫(kù)主壩在壩基開(kāi)挖和趾板清理結(jié)束后，整個(gè)壩基段地勢(shì)呈上游低、下游高。主壩趾板最低建基面高程為556m，主壩填筑區(qū)域下游面高程為561m，主壩基坑上下游高差達(dá)5m；加之主壩上游河床高程為574m，下游河床高程為571m，平段趾板建基面及趾板下游20m范圍內(nèi)為整個(gè)主壩區(qū)域內(nèi)的最低處，主壩區(qū)域內(nèi)的水流會(huì)順著高低走向流動(dòng)，全部匯集到平段趾板建基面及趾板下游20m范圍內(nèi)，在壩前形成反向水壓力。

3反向滲水的主要來(lái)源

(1)開(kāi)茂水庫(kù)所處的北川縣極易降暴雨，多年平均年降水量為1 225.8mm，歷年一日最大降水量為286.6mm。根據(jù)庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件，左右壩坡岸坡坡度為25°～30°，加之主壩基坑的匯水面積大約為0.2km2，因此，大量的降雨極易匯集到主壩基坑形成反向滲水。

(2)在施工過(guò)程中，考慮到何家溝枯水期的流量較小且未設(shè)置下游圍堰，下游河床和主壩基坑的高差形成的反向滲水將滲透到壩基內(nèi)；同時(shí)，上游圍堰的形成，圍堰防滲體基礎(chǔ)以及堰體本身的滲流導(dǎo)致了壩前反向滲水量的增加。

(3)左右壩坡巖溶均較發(fā)育，巖體均以弱風(fēng)化為主，部分存在強(qiáng)風(fēng)化巖體，局部因夾層使風(fēng)化深度較大，兩岸岸坡的巖體滲水不斷滲流至主壩基坑，在壩前形成反向滲水。

(4)在大壩填筑期間，大量的施工用水也容易形成反向滲水。填筑區(qū)域內(nèi)堆石料的填筑灑水量按5%控制，大量的灑水順地勢(shì)匯集至距趾板平段及下游20m范圍內(nèi)，增大了壩前反向滲水量。

4反向滲水的危害

(1)在主壩填筑施工過(guò)程中，大量水源聚集于趾板平段下游側(cè)20m范圍內(nèi)，該區(qū)域主要為特殊墊層料、墊層料、過(guò)渡料和部分堆石料的填筑，對(duì)于特殊墊層料和墊層料，含水量的增加在碾壓的過(guò)程中極易形成所謂的“彈簧土”現(xiàn)象，即含水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最優(yōu)含水率而無(wú)法壓實(shí)，進(jìn)而嚴(yán)重影響主壩的填筑質(zhì)量。另外，針對(duì)“彈簧土”所需采取的施工措施，比如挖除換填，不僅耽誤整個(gè)施工進(jìn)度，還將增加施工成本。

(2)鑒于面板堆石壩壩料分區(qū)從上游到下游各區(qū)壩料的滲透性是逐漸增大的，如此實(shí)施是不能保證來(lái)自下游向上游的反向水壓力對(duì)墊層料以及后期澆筑面板的破壞。大量的反向滲水造成的反向水壓力一旦增加到墊層坡面無(wú)法承受的程度，即超過(guò)了墊層料的允許比降，將導(dǎo)致墊層料的滲透破壞，從而進(jìn)一步破壞墊層料的顆粒級(jí)配，使墊層料失去其控制滲流的功能。同時(shí)，在上游粘土鋪蓋及蓋重未填筑之前，反向水壓力還有可能抬動(dòng)擠壓邊墻或壓裂面板、破壞止水。一旦面板出現(xiàn)貫穿性的裂縫，將會(huì)形成一個(gè)滲水通道，庫(kù)區(qū)內(nèi)的水將直接滲入到壩體內(nèi)，從而破壞整個(gè)壩體的結(jié)構(gòu)，甚至威脅到大壩的安全運(yùn)行。

因此，必須對(duì)填筑施工過(guò)程中的反滲問(wèn)題格外重視。在施工中，必須采取有效的措施，減少和消除反向滲水造成的危害，確保上游壩坡不發(fā)生反向滲透破壞。

5反向滲水的處理方法

5.1岸坡排水

隨著趾板混凝土澆筑施工和大壩的填筑施工，在左右壩肩合適的位置設(shè)置臨時(shí)截水溝，用以攔截邊坡地表水，然后沿趾板上游側(cè)從左右壩肩分別開(kāi)挖排水溝，在趾板上游(壩0+174.64，0-082.34)設(shè)置一個(gè)集水坑，集水坑的長(zhǎng)寬高均為2m。將兩岸岸坡的匯水及滲水經(jīng)由排水溝引至集水坑，用水泵抽至放空洞?？紤]到趾板后期的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿施工所帶來(lái)的大量施工用水，在集水坑上修建了一個(gè)小型的抽水泵站，以加強(qiáng)其抽排能力。此外，在主壩下游設(shè)置集水坑，用水泵常年抽水。

5.2壩體排水

5.2.1反滲排水管及碎石盲溝

趾板的澆筑采用的是不設(shè)永久縫跳塊澆筑的施工方法，Ⅰ序塊長(zhǎng)12～16m，Ⅱ序塊長(zhǎng)2m，Ⅱ序塊采用低熱膨脹混凝土，與相鄰兩側(cè)混凝土澆筑間隔時(shí)間不少于28d，待Ⅰ序塊溫度和自身體積變形趨于穩(wěn)定后再澆筑Ⅱ序塊。在趾板Ⅱ序塊混凝土澆筑之前，預(yù)埋經(jīng)防腐處理、直徑為110mm的鋼管做為反滲排水管。因趾板平段共設(shè)置了3個(gè)Ⅱ序塊，則排水管共3根。鋼管內(nèi)側(cè)采用土工布包裹，用于防止?jié)B水滲流帶走特殊墊層料中的細(xì)顆粒，同時(shí)，在趾板內(nèi)側(cè)(0+174.64至0+248.13)設(shè)置碎石盲溝與排水管進(jìn)行銜接。碎石盲溝寬50cm，高20cm。碎石盲溝的施工方法為：人工將土工布鋪入溝槽，鋪入土工布時(shí)，溝面須預(yù)留一定卷邊用以包裹碎石填料；此外，土工布之間留有40cm的搭接長(zhǎng)度，以保證過(guò)濾效果。土工布施工完畢，及時(shí)回填特殊墊層料并采用手扶式振動(dòng)碾分層碾壓。如此實(shí)施，反滲排水管和碎石盲溝形成了一個(gè)自流式反滲排水系統(tǒng)，將趾板附近的滲水引至上游集水坑。同時(shí)，碎石盲溝的設(shè)置，也有效地避免了填筑施工中特殊墊層料和墊層料的“彈簧土”現(xiàn)象。

5.2.2排水體

為了使壩體的滲水集中、有效地從壩體外排，在施工過(guò)程中，采取了在壩體內(nèi)離趾板15m的主堆石區(qū)設(shè)置排水體。排水體的底部座落在基巖上，排水體為圓柱體，直徑為1m，高度為2m，排水體采用卵石填筑。為避免細(xì)料進(jìn)入排水體內(nèi)造成堵塞，排水體外包細(xì)鐵絲網(wǎng)。排水體和主堆石料之間填筑50cm厚的過(guò)渡料，在排水體周邊過(guò)渡料填筑時(shí)，采用手扶式振動(dòng)碾分層碾壓。在擠壓邊墻上的排水孔和排水體之間埋設(shè)反滲排水管，穿過(guò)墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)區(qū)域。排水管一端深入排水體，另一端伸出擠壓邊墻，排水管內(nèi)側(cè)采用土工布包裹。如此實(shí)施可使壩內(nèi)的滲水流到排水體內(nèi)，通過(guò)排水管自由排至趾板、流入上游集水坑，然后被抽排至放空洞。

按照這種方式，Ⅱ序塊中的反滲排水管、碎石盲溝與排水體形成了一個(gè)自流式反滲排水系統(tǒng)，將壩前和壩體中的反滲來(lái)水成功地進(jìn)行引排。反向排水平面布置情況見(jiàn)圖2，反向排水剖面見(jiàn)圖3。

此外，在施工過(guò)程中，完成了兩岸高邊坡的截水溝和排水溝，既保證了邊坡的穩(wěn)定，也有效地減少了壩前的反滲水量。本工程亦采取了先進(jìn)的混凝土擠壓邊墻施工技術(shù)，加強(qiáng)了對(duì)墊層料的約束，既保證了墊層料的壓實(shí)密度，也增強(qiáng)了其抗反滲透破壞的能力。

5.2.3排水管封堵

考慮到枯水期反滲水量相對(duì)較小，為減小封堵難度，將封堵時(shí)間選在枯水期進(jìn)行。混凝土面板澆筑時(shí)，沿?cái)D壓邊墻上游面將排水鋼管割斷，在排水管內(nèi)部設(shè)置阻塞器，采用膨脹水泥砂漿(摻水玻璃)進(jìn)行封堵，然后在其表面焊接5mm厚的鋼板。當(dāng)混凝土面板澆筑完成后，將趾板Ⅱ序塊混凝土中的排水管封堵。封堵方法為：采用膨脹水泥砂漿(摻水玻璃)進(jìn)行封堵，管口用5mm厚的鋼板焊接，并在管口位置澆筑混凝土墩予以保護(hù)。當(dāng)所有的排水管封堵完畢，及時(shí)進(jìn)行上游粘土鋪蓋的填筑，并通過(guò)壩體滲壓計(jì)的觀測(cè)，適時(shí)加快粘土鋪蓋的填筑速度以平衡反滲水壓力。

6結(jié)語(yǔ)

開(kāi)茂水庫(kù)主壩修建在深厚的河床覆蓋層上，存在反向滲水的問(wèn)題，嚴(yán)重影響到壩體的填筑施工以及后期的面板澆筑。在開(kāi)茂水庫(kù)主壩填筑施工中，采取自流式反向排水系統(tǒng)，成功地解決了壩體反向滲水的問(wèn)題，有效地保護(hù)了特殊墊層料和后期澆筑面板的穩(wěn)定。開(kāi)茂水庫(kù)主壩已填至573m高程，四根排水管均有水流流出，充分說(shuō)明所采取的措施已達(dá)到大壩滲水外排的目的。

黃芬(1971-)，女，四川大竹人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張奇(1990-)，男，湖北長(zhǎng)陽(yáng)人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號(hào):1001-2184(2015)02-0061-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV52;TV561

作者簡(jiǎn)介: