某小型水庫除險(xiǎn)加固大壩防滲處理方案初探

1、某小型水庫除險(xiǎn)加固大壩防滲處理方案初探1衢州市烏溪江引水工程管理局；2.衢州市衢江區(qū)大洲鎮(zhèn)水利員摘要：首先對(duì)某水庫的工程概況簡(jiǎn)要闡述，對(duì)某水庫壩址所在地的地質(zhì) 情況做了相關(guān)分析，并根據(jù)地質(zhì)分析情況和相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)資料判斷水庫大壩 的滲漏情況，并在幾種一般處理方法中通過分析，選出二個(gè)較可行方案，最終經(jīng) 過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面綜合評(píng)價(jià)，選擇最優(yōu)方案，并闡明方案實(shí)施的具體措施。關(guān)鍵詞：地質(zhì)分析；防滲；混凝土防滲墻；方案比較1、工程概況1.1工程概況某水庫地處江山市南部，位于保安鄉(xiāng)后坂村涼笠排自然村南面，據(jù)江山 市區(qū)約53km,流域?qū)馘X塘江水系的江山港一級(jí)支流廣渡溪支流某小溪上。水庫庫容曲線根據(jù)2008

2、年12月實(shí)測(cè)地形圖重新量算，水庫正常蓄水位359.60m,正常庫容137.8萬m3,設(shè)計(jì)水位360.94m,設(shè)計(jì)庫容152.88萬m3, 校核水位361.60m,總庫容160.67萬m3,水庫死水位336.30m,死庫容3.94萬 m3o1.2 1程等別與建筑物級(jí)別某水庫為?。?）型水庫，工程等別為iv等，大壩、溢洪道、輸水涵管 等主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，消能設(shè)施、排洪渠及臨時(shí)建筑物等次要建筑物級(jí)別為 5級(jí)建。江山市屬山地丘陵地區(qū)，且水庫主、副高均大于15m.上下游水位差大 于10m,建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)按山地、丘陵區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定，大壩、溢洪道、輸水設(shè)施洪 水標(biāo)準(zhǔn)為：50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水

3、校核；消能設(shè)施、排洪渠按20 年一遇洪水設(shè)計(jì)；臨時(shí)建筑物按5年一遇枯水期洪水設(shè)計(jì)。2. 大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析2.1壩體結(jié)構(gòu)某水庫大壩為粘土斜墻砂殼壩，最大壩高36.5m,壩頂最低高程363.65m, 壩頂最高高程364.10m,壩頂長(zhǎng)度142m,壩頂最大寬度6.8m,壩頂平均寬度5.5m； 大壩迎水坡設(shè)三級(jí)馬道，上游壩坡設(shè)有干砌塊石護(hù)坡，下游壩坡設(shè)有干砌卵石護(hù) 坡。根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范sl274-2001，壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)采用剛體 極限平衡法，本次驗(yàn)算應(yīng)用程序?yàn)楹雍４髮W(xué)工程力學(xué)研究所和黃委設(shè)計(jì)院共同編 制的土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)hh-sloper1.3»,并用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓

4、 一普瑞斯(morgenstern-price)法計(jì)算。壩體材料參數(shù)按地質(zhì)勘察成果分兩層分別取用，上層土層主要參數(shù)：天然重度&o mega;0 二 18.9kn/m3干容重ρd=14.9kn/m3土顆粒比重 gs = 2.72g/cm3快剪凝聚力c = 18.0kpa快剪內(nèi)摩擦角φ=21.5°下層土層主要參數(shù)：天然重度&o mega;0 二 18.9/m3干容重ρd=14.9kn/m3土顆粒比重 gs = 2.72g/cm3快剪凝聚力c=16kpa快剪內(nèi)摩擦角φ=23°計(jì)算結(jié)果表明：

5、在正常運(yùn)用狀態(tài)下，最人壩高斷面下游壩坡最小滑動(dòng)安 全系數(shù)為1.860,上游坡最小滑動(dòng)安全系數(shù)為1.515,均大于碾壓實(shí)土石壩設(shè)計(jì) 規(guī)范sl274-2001要求的的最小抗滑安全系數(shù)1.25,且余度較大，說明大壩壩坡 整體穩(wěn)定。2.2大壩滲流穩(wěn)定分析某水庫大壩從近年來的壩腳觀測(cè)資料分析，壩體與壩基存在滲漏現(xiàn)象。 主要原因是：壩基與壩肩未挖至弱風(fēng)化層，壩體材料與壩基接觸滲漏嚴(yán)重；壩體 填筑土料較差，壩體滲漏較大。根據(jù)所取土樣的室內(nèi)土工試驗(yàn)成果為：第層粉土質(zhì)砂室內(nèi)水平滲透系 數(shù) kv=3.05e-45.06e4cm/s,垂直室內(nèi)滲透系數(shù) kh=2.85e-46.15e-4cm/so 另據(jù) 所取原狀土樣

6、的擊實(shí)試驗(yàn)表明，大壩心墻土料的平均最大干密度1.81 g/cm3.最 佳含水量13.9%>壓實(shí)度0.860.92 (<0.96比例)。壩殼：第層粉土質(zhì)砂位于大壩壩體中部，褐色、黃褐、紫紅色，濕 很濕，可塑。粘性土含量6075%,角礫含量510%,粒徑一般在2.010.0mm 之間。層底標(biāo)高:323.56357.42米，層厚：6.2033.00米。根據(jù)所取土樣的室內(nèi)土工試驗(yàn)成果為：第層含礫粉土質(zhì)砂室內(nèi)水平滲 透系數(shù)kv=2.50e-45.06e4cm/s,垂直室內(nèi)滲透系數(shù)kh=3.40e-45.85e4cm/s。 另據(jù)所取原狀土樣的擊實(shí)試驗(yàn)表明，大壩壩殼土料的平均最大干密度1.89,

7、壓實(shí) 度為0.870.94。心墻水平滲透系數(shù)平均值4.46&times;10-4cm/s,垂直滲透系數(shù) 平均值4.89&times;10-4cm/s,壩殼水平滲透系數(shù)平均值4.46&times;10-4cm/s,垂 直滲透系數(shù)平均值5.00&times;10-4cm/s,滲透系數(shù)大于心心墻壩規(guī)范要求的 l&times;10-5cm/s,其至達(dá)不到均質(zhì)壩構(gòu)成壩規(guī)范要求l&times;10-4cm/s,壩體 基底的土質(zhì)為原山前殘積形成的含角礫粘土。綜上所述，某水庫壩體壩基滲漏存在滲漏。3壩體及壩基防滲處理3.1 一般處理方法：某水庫大壩為粘土斜墻砂殼

8、壩，壩體填筑土料滲透系數(shù)大，碾壓不密實(shí); 壩基存在一定厚度具中等透水性的礫質(zhì)粘土層未挖除，壩基滲漏主要途徑為壩基 上部礫質(zhì)粘性土層與右壩肩淺上部的巖石層理，針對(duì)心墻土質(zhì)差、滲透系數(shù)較大 和密實(shí)程度低的特點(diǎn)，結(jié)合以往處理結(jié)果，并比照類似工程經(jīng)驗(yàn)，大壩防滲處理 方法主要有：(1) 粘土斜墻：上游側(cè)加設(shè)粘土斜墻，前趾挖至中風(fēng)化基巖，周邊挖 至相對(duì)不透水層或下部帷幕灌漿處理。但因當(dāng)?shù)貕沃犯浇鼰o粘土資源，據(jù)調(diào)查粘 土料場(chǎng)運(yùn)距在8km以上，運(yùn)輸費(fèi)用較高；同時(shí)壩前淤積層較厚，不但開挖困難， 施工圍堰工作量較大、防滲要求高；施工吋間長(zhǎng)，質(zhì)量較難控制；兩岸壩肩繞滲 需依靠帷幕灌漿，增加造價(jià)，而且難以保證防滲效果

9、。(2) 土工布防滲：該方案用土工布代替粘土斜墻，前趾與周邊防滲處 理同粘土斜墻。主要優(yōu)點(diǎn)是施工速度快；主要問題是土工布接頭焊接質(zhì)量難以保 證，耐久性較差。(3) 套井冋填粘土防滲墻：本工程壩高僅18m,適宜采用沖抓鉆造孔 與粘土冋填，施工速度快，施工質(zhì)量易控制，所需粘土方量較少，造價(jià)較低。但 基巖與壩肩仍需進(jìn)行帷幕灌漿。(4) 低彈模塑性混凝土防滲墻：可以在低水位吋施工，施工速度較快， 質(zhì)量易控制，耐久性較好，基礎(chǔ)與壩啟仍需帷幕灌漿。但造價(jià)較高，要求由技術(shù) 較高的專業(yè)隊(duì)伍施工。(5) 壩體粘土帷幕灌漿：可以在低水位時(shí)施工，施工容易，可與基礎(chǔ) 帷幕灌漿結(jié)合，節(jié)省投資。但因本工程大壩為粉質(zhì)粘土，

10、孔隙比大，塊莖差異較 大，可灌性差，帷幕效果難以達(dá)到預(yù)期。(6) 多方法組合：如在上游壩坡下部采用防滲墻、上部用粘土斜墻或 土工布、周邊水泥灌漿防滲。但本工程大壩不長(zhǎng)，相互間施工干擾較大，施工工 期較長(zhǎng)，難以在一個(gè)枯水期完成。根據(jù)本工程特點(diǎn)，以粘土斜墻和混凝土防滲墻方案較為合適。3.2方案綜述3.2.1方案一該方案壩體滲漏與基礎(chǔ)接觸帶滲漏采用混凝土防滲墻，壩肩繞滲與壩基 基巖滲漏則采用水泥帷幕灌漿防滲。在平面上壩體防滲墻與灌漿帷幕成-條直線 布置在壩軸線上游側(cè)，兩岸壩肩山體沿防滲墻延長(zhǎng)線布置一定長(zhǎng)度的帷幕灌漿孔。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)：(1) 壩體防滲效果好，施工質(zhì)量能得到保證，耐久性較高。(2)

11、壩基與壩肩防滲帷幕直線布置，與防滲墻的連接較容易，接頭防 滲質(zhì)量易控制；(3) 所有防滲施工場(chǎng)地均在壩頂進(jìn)行，易于布置設(shè)備與材料；(4) 施工內(nèi)容較單純，u均為機(jī)械化施工，不同工種干擾較少，進(jìn)度較快。(5) 根據(jù)外地經(jīng)驗(yàn)，壩體防滲墻造孔后可以預(yù)埋壩基帷幕灌漿管，節(jié) 省鉆孔費(fèi)用。3.2.2方案二該方案的壩體防滲主要依靠上游側(cè)加設(shè)粘土斜墻，前趾挖至中風(fēng)化基巖, 周邊挖至相對(duì)不透水層或下部帷幕灌漿處理。但因當(dāng)?shù)貕沃犯浇鼰o粘土資源，據(jù) 調(diào)查粘土料場(chǎng)運(yùn)距在8km以上，運(yùn)輸費(fèi)用較高；同吋?jí)吻坝俜e層較厚，不但開 挖困難，施工圍堰工作量較大、防滲要求高；施工時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量較難控制；壩肩 繞滲帷幕灌漿的技術(shù)要求同

12、方案一。兩岸壩肩繞滲需依靠帷幕灌漿，增加造價(jià)， 而且難以保證防滲效果。方案二的主要優(yōu)點(diǎn)：(1) 材料采用天然材料，施工工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單；(2) 工程造價(jià)相對(duì)較低，經(jīng)計(jì)算方案二工程建安工作量比方案一節(jié)省 約79.22萬元(指相關(guān)項(xiàng)目的造價(jià))。3.3方案比較上述兩種方案從技術(shù)上分析均可行，但方案二存在的技術(shù)問題較多：(1) 方案二料場(chǎng)運(yùn)距較遠(yuǎn)，運(yùn)輸費(fèi)用較高，口總的工程量較大需 67638m3,施工工期難以保證。(2) 由于壩前淤積層較厚，不但開挖困難，施工圍堰工作量較大、防 滲要求高；施工時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量控制難以保證。(3) 前趾基礎(chǔ)開挖排水相當(dāng)困難，其底部止水效果仍難以保證。(4) 壩肩處的帷幕灌漿

13、轉(zhuǎn)折多，u位于斜坡上，施工難度增加。(5) 斜墻冋填邊角處壓實(shí)度難以控制，因此有可能局部不到位影響整 體防滲效果。綜上所述，在工程投資相差不多的情況下，方案一具明顯的優(yōu)勢(shì)。3.4推薦方案本設(shè)計(jì)壩體、壩基和壩肩防滲處理推薦采用方案一。具體措施如下：(1)混凝土防滲墻：布置在壩軸線上游1.0m處，軸線總長(zhǎng)120.00m, 施工平臺(tái)高程建議設(shè)在361.30m，墻體為c15塑性混凝土，設(shè)計(jì)厚度80cm,滲 透系數(shù)&le;5&times;10-7cm/s,滲透破壞比降60。要求底部深入中風(fēng)化層頂面 以下&ge;1.0m,施工中應(yīng)根據(jù)造孔情況進(jìn)行調(diào)整。防滲墻采用cz-22型沖擊鉆

14、機(jī)“兩鉆-抓”法造孔，直升導(dǎo)管法澆筑防滲混凝土墻體，槽段搭接采用套打接 頭。(2)基礎(chǔ)帷幕灌漿：灌漿孔軸線與防滲墻軸線一致，灌漿孔單排布置， 帷幕灌漿段軸線長(zhǎng)度初定為147m,其中左壩頭暫定延伸至溢洪道邊、右壩頭暫 定延伸至公路內(nèi)側(cè)。采用自上而下水泥帷幕灌漿處理，初灌孔距3.0m,最小孔 距1.50m,灌漿應(yīng)按逐漸加密原則進(jìn)行，當(dāng)局部透水率較大時(shí)應(yīng)加密到0.75m, 控制終灌基巖透水率&le;5luo其中，壩體部分在混凝土防滲墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管。 防滲墻部位及兩端各6m范圍內(nèi)的灌漿必須在防滲墻混凝土澆筑完畢14天后進(jìn) 行，以保證處理效果。4結(jié)語混凝土防滲墻施工和帷幕灌漿技術(shù)在浙江省內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，有 了一定的技術(shù)積累，只要在施工過程中精心施工、規(guī)范操作，經(jīng)過此次加固，某 水庫滲漏問題可以得到有效解決。參考文獻(xiàn)：1 水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(sl2522000)；2 孫云志、李叢華，湖北麻城浮橋河水庫人壩險(xiǎn)情與防滲加固處理方 案，2002