小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中黏土防滲淺析

陳光伸

【摘要】浪水坪水庫(kù)在建成以來(lái)經(jīng)歷了多次地震，且在修建期間，因?yàn)榍寤煌耆勾髩稳菀装l(fā)生不均勻沉陷，先天缺陷加上后天的地震等自然災(zāi)害，使得水庫(kù)出現(xiàn)嚴(yán)重的病險(xiǎn)情況，本文針對(duì)浪水坪水庫(kù)的主要病險(xiǎn)情況，對(duì)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，論述壩基和壩體的防滲處理措施。

【關(guān)鍵詞】小型水庫(kù)；浪水坪；加固；防滲處理

浪水坪水庫(kù)的主要問(wèn)題在于清基不完全和工程建造期間分段建造造成土料均一性差等問(wèn)題，使得大壩易發(fā)生不均勻沉陷和滲漏，加之該地區(qū)多次發(fā)生地震等自然災(zāi)害，加劇了病險(xiǎn)程度，使得目前大壩的滲漏現(xiàn)象更為嚴(yán)重，對(duì)大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理已經(jīng)勢(shì)在必行，本文主要針對(duì)壩體和壩基的除險(xiǎn)加固進(jìn)行論述，針對(duì)壩體主要采取的防滲墻方案，針對(duì)壩基采取的是帷幕灌漿方案，以下將對(duì)浪水坪水庫(kù)的基本情況進(jìn)行論述，并對(duì)壩體和壩基的防滲處理方案進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

一、工程概況及主要問(wèn)題

浪水坪水庫(kù)位于云南省境內(nèi)，麗江市中部永勝縣內(nèi)，距縣城公路里程59km。浪水坪水庫(kù)的修建始于1970年，歷時(shí)10年。浪水坪水庫(kù)的主要功能是灌溉，同時(shí)兼顧防洪，其設(shè)計(jì)灌溉面積0.90萬(wàn)畝，總庫(kù)容465萬(wàn)m3。從規(guī)模上看屬于小型水庫(kù)，從防洪標(biāo)準(zhǔn)看，其原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇。

浪水坪水庫(kù)樞紐由大壩、溢洪道和輸水涵洞組成，其大壩為均質(zhì)土壩，壩高25m。自大壩建成以來(lái)，由于工程建設(shè)時(shí)的問(wèn)題和建成后的自然災(zāi)害（例如麗江地震），導(dǎo)致水庫(kù)病險(xiǎn)加重，水庫(kù)的設(shè)計(jì)功能無(wú)法正常發(fā)揮，給當(dāng)?shù)鼐用裨斐梢欢ǖ耐{。經(jīng)過(guò)考察，其主要問(wèn)題如下：

首先，是工程建造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，一是清基不徹底造成軟基現(xiàn)象，使得壩基、壩體及壩下涵管不均勻沉陷；二是在工程建造期間分塊填筑，各區(qū)間進(jìn)度不一，壩面填筑高低不平，土料均一性差，碾壓質(zhì)量差，壩體密實(shí)度差，導(dǎo)致壩體滲漏、繞壩滲漏嚴(yán)重，例如在浪水坪順壩軸線長(zhǎng)60m一帶產(chǎn)生水平滲漏，同時(shí)發(fā)現(xiàn)5個(gè)地方出現(xiàn)小股管涌；滲流匯集于壩腳，實(shí)測(cè)滲流量0.006m3/s，順流右岸與左岸高程2500米左右壩體與山坡交接處，發(fā)現(xiàn)多處繞壩滲流。大壩未設(shè)防浪墻，下游壩坡未設(shè)戧臺(tái)，上、下游壩面護(hù)坡缺損嚴(yán)重。下游壩坡未設(shè)排水棱體。

其次是由于自然災(zāi)害所導(dǎo)致的問(wèn)題，水庫(kù)建成后，先后發(fā)生地震，給水庫(kù)造成了一定的危害，其中以1996年麗江7.0級(jí)地震最為嚴(yán)重，造成壩體滲漏、繞壩滲流加?。惠斔吹鼗料?，裂縫增寬，滲流量增大；溢洪道邊墻及底板多處開(kāi)裂。

除此之外，還有溢洪道的淤積問(wèn)題，水庫(kù)庫(kù)容小，涵洞斷裂等問(wèn)題，都使得水庫(kù)的病險(xiǎn)問(wèn)題加劇。

二、加固除險(xiǎn)中防滲設(shè)計(jì)

針對(duì)水庫(kù)的主要病險(xiǎn)問(wèn)題，對(duì)浪水坪水庫(kù)進(jìn)行加固出險(xiǎn)是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題，其中防滲處理是重要內(nèi)容之一，本文就浪水坪水路加固除險(xiǎn)防滲處理進(jìn)行研究，主要針對(duì)的是大壩壩體和壩基進(jìn)行處理方案研究。

（一）大壩壩體防滲加固處理

在壩體防滲加固處理方面，現(xiàn)有兩個(gè)方案，一是壩體充填灌漿，二是防滲墻方案。從施工難度上來(lái)看，方案二的施工難度較大；從工程造價(jià)上來(lái)看，方案二的造價(jià)較大，且當(dāng)?shù)厝鄙傧嚓P(guān)原料；但是從最終的防滲效果來(lái)看，方案二相比方案一有明顯優(yōu)勢(shì)?？紤]到大壩加固除險(xiǎn)的效果，最終確定采用黏土混凝土防滲墻方案。

首先考慮到輸水涵洞沉陷和變形滲漏的問(wèn)題，首先要對(duì)補(bǔ)強(qiáng)涵洞進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，采取的方案是對(duì)涵洞外側(cè)采用鉆孔灌漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。設(shè)計(jì)采用灌漿孔共6個(gè)，灌漿孔垂直涵洞軸線采用雙排孔，上、下游孔距壩軸線均為3m布置，孔距2m，單孔深40m，總進(jìn)尺240m，灌段總長(zhǎng)78m，灌漿頂界高于涵洞底板8m，底界低于涵洞底板5m。灌漿材料與相鄰壩基的相同。

其次是進(jìn)行大壩壩體的防滲墻加固處理方案的具體方法設(shè)計(jì)，在防滲墻軸線的布置上，選取的位置是在大壩培厚加固后的壩軸線上游2.0m，設(shè)計(jì)防滲墻的厚度為0.6m，防滲墻底界按進(jìn)入全風(fēng)化層0.5m控制，防滲墻工程量為2690m2。防滲墻下接帷幕灌漿，孔距為2m，防滲墻與帷幕灌漿搭接長(zhǎng)度為1m，帷幕灌漿底界按進(jìn)入弱透水層q<10lu5m控制。防滲墻控制指標(biāo)：抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S6，強(qiáng)度為C10，彈性模量在2×104MPa左右，K<1.0×10-7cm/s。

防滲墻施工選用鉆孔成槽，泥漿固壁，直升管法澆筑混凝土。

采用防滲墻方案進(jìn)行防滲處理，首先需要考慮防滲墻材料的配比和選擇，普通的混凝土彈性當(dāng)量較大，而適當(dāng)?shù)丶尤胝惩量梢越档突炷翉椥阅Ａ?，加大混凝土的變形性能，一定程度上可以?jié)約水泥用量，同時(shí)可以改善澆筑時(shí)的堵管現(xiàn)象，至于粘土的添加含量，需要結(jié)合當(dāng)?shù)卣惩恋奶匦赃M(jìn)行一定的配比試驗(yàn)，使混凝土的特性得到最大的改善，在保證強(qiáng)度的前提下，盡可能地降低彈性當(dāng)量和滲透系數(shù)，在配比過(guò)程中主要考慮的因素有當(dāng)?shù)卣惩恋纳傲：?、粉粒含量、黏粒含量及塑性指?shù)等。其次是固壁材料的選用，用作固壁材料的膨潤(rùn)土在當(dāng)?shù)貥O為缺乏，需進(jìn)行外地采購(gòu)。最后將簡(jiǎn)述配置泥漿的具體參數(shù)，如下：配置泥漿的粘土粘粒含量應(yīng)大于40%，塑性指數(shù)大于20，含砂量小于5%，二氧化硅和三氧化鋁的比值為3～4。固壁泥漿的粘度應(yīng)滿(mǎn)足20～25s，膠體率大于97%，失水量小于10mm/min，比重以現(xiàn)場(chǎng)不塌孔為準(zhǔn)。

在具體施工操作上，需注意以下幾點(diǎn)，首先泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度在1m到6m之間；其次保證混凝土連續(xù)澆筑，最多中斷時(shí)間不超過(guò)40min；對(duì)于槽孔內(nèi)的混凝土要保證上升的高度的穩(wěn)定性和一定的上升速度，上升高度的差值要保持在0.5m以?xún)?nèi)，速度要保證大于2m/h；最后需要注意的是在澆筑過(guò)程中應(yīng)預(yù)埋Ф127mm灌漿管。

（二）大壩壩基防滲加固處理

對(duì)浪水坪水庫(kù)壩基地層進(jìn)行考查，確定其地層巖性為中厚層狀頁(yè)巖、砂巖互層，對(duì)其進(jìn)行鉆孔壓水試驗(yàn)表明壩基地層透水率為q=3.31～5.91Lu，可以分析浪水坪水庫(kù)的壩基為弱透水層，滲漏量較小，目前主要存在的問(wèn)題是在大壩建設(shè)時(shí)，未能完全清除壩基中的強(qiáng)風(fēng)化層，因此壩基地層發(fā)生不均勻沉陷，從而對(duì)大壩的安全造成一定的影響。其次對(duì)大壩壩肩進(jìn)行考查，發(fā)現(xiàn)其地層與壩基相同，同樣為弱透水率，符合規(guī)定要求，主要問(wèn)題仍然是巖體的軟弱層發(fā)生風(fēng)化，導(dǎo)致不均勻沉陷，因此需要及時(shí)對(duì)壩基作加固處理。

在對(duì)壩基進(jìn)行防滲處理采用的方法是帷幕灌漿，帷幕灌漿孔布置在加固后壩軸線上游1.0m，初擬孔距為2m，單排布置。壩基段頂界為2593.44m，底界以進(jìn)入基巖透水率小于10lu5m控制。左岸邊界根據(jù)地下水位線與水庫(kù)正常水位線交點(diǎn)確定左壩肩帷幕灌漿邊界，經(jīng)分析，帷幕向左岸延伸20m。右岸邊界以地下水位線與水庫(kù)正常水位線交點(diǎn)確定，并考慮進(jìn)入基巖透水率小于10lu控制帷幕灌漿邊界，經(jīng)分析，帷幕向右岸延伸7m。

其次是對(duì)帷幕結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算得到，帷幕厚度為1.2m；滲徑長(zhǎng)度為幕前50m，幕后39m，幕體當(dāng)量厚度為120m；對(duì)水頭進(jìn)行計(jì)算得，幕前水頭為228m，幕后水頭為5.6m；根據(jù)水頭的數(shù)據(jù)計(jì)算得幕體水力坡降小于15，符合相關(guān)要求。對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，設(shè)定2m孔距單排布置能夠滿(mǎn)足要求，其具體帷幕灌漿的設(shè)計(jì)參數(shù)的最終確定要通過(guò)灌漿試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

最后將簡(jiǎn)述帷幕灌漿的主要環(huán)節(jié)，首先在材料選擇上，采用的是普通硅酸鹽水泥漿液，在設(shè)備的選用上，采用的是150型地質(zhì)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)垂直鉆孔；整個(gè)灌漿過(guò)程針對(duì)水庫(kù)的規(guī)模和特點(diǎn)，選擇對(duì)其進(jìn)行分段灌漿，第一段為基巖下2m，第二段3m，第三段5m；灌漿方法選擇的是自上而下分段循環(huán)灌漿法。灌漿結(jié)束后，需要對(duì)其進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

三、總結(jié)

通過(guò)對(duì)浪水坪病險(xiǎn)情況的分析，本文對(duì)浪水坪水庫(kù)的壩體和壩基的防滲加固處理進(jìn)行論述，最終確定的防滲方案為壩體采用黏土混凝土防滲墻，壩基采用帷幕灌漿的方式。

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作者簡(jiǎn)介：姓名：陳光坤，1975年11月出生，性別：男，民族：漢族，籍貫：云南省曲靖市，單位：云南省水利水電學(xué)校，職務(wù)：無(wú)，職稱(chēng)：講師，學(xué)歷：本科，研究方向：水利水電工程方向。