法斯河水庫大壩防滲工程設(shè)計

劉艷利，吳海濤，郭建梅

（1.湯原縣水利技術(shù)推廣咨詢服務(wù)中心，黑龍江湯原 154700;2.肇東市水務(wù)局，黑龍江肇東 151100;3.黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150090）

1 前言

法斯河水庫位于湯原縣永發(fā)鄉(xiāng)西北，松花江二級支流法斯河中下游，是以農(nóng)田灌溉為主的小（1）型水庫。水庫總庫容189萬m3，校核洪水位142.77 m，灌溉面積333 hm2，工程等級Ⅳ等。水庫土壩長961 m，壩頂高程143.85 m，最大壩高6.01 m，頂寬4 m。壩基樁號0+000～0+883之間第四系覆蓋層厚約7～17.8 m，上層低液限黏土厚僅0.2 m，下層6.8～18.5 m左右的級配良好細(xì)礫，滲透系數(shù)20 m/d，滲漏量大。該水庫除險加固工程設(shè)計中，壩體及壩基防滲采用了高壓定噴防滲墻。這種防滲工程設(shè)計型式投資相對較小，防滲效果好，因此法斯河水庫防滲工程具有相對的優(yōu)越性和合理性。

2 設(shè)計基本資料

1）水庫總庫容為189萬m3;水庫校核洪水位100 a一遇為142.77 m;水庫興利水位為141.06 m。

2）《湯原縣法斯河水庫土壩工程地質(zhì)勘察報告》和《湯原縣法斯河水庫大壩安全鑒定報告》。

3 設(shè)計依據(jù)

1）《湯原縣法斯河水庫大壩安全鑒定報告》。

2）《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001。

3）《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB 50286-98。

4）《碾壓式土石壩施工規(guī)范》DL/T5129-2001。

4 壩體及壩基防滲設(shè)計

4.1 設(shè)計方案比較

通過壩基滲透穩(wěn)定分析計算，壩基不進(jìn)行處理，壩體不出溢，設(shè)計和興利水位下地基及壩體滲透比降小于允許滲透比降，壩體及壩基基本滿足滲透穩(wěn)定要求。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告提供的資料，設(shè)計采用表1的滲透系數(shù)進(jìn)行滲流計算。

表1 法斯河水庫土壩及壩基各部位滲透系數(shù)表

經(jīng)初步計算，樁號0+000～0+883段壩體及壩基年滲透總量366.7萬m3～420萬m3，約為年徑流的10.7%，而水庫總庫容189萬m3，滲透量相對較大。通過水文調(diào)節(jié)計算，水庫不進(jìn)行壩體及壩基防滲，僅能保證下游灌溉166 hm2。因此，壩基應(yīng)進(jìn)行防滲處理設(shè)計。

壩基防滲設(shè)計擬定了水平和垂直兩種防滲形式共3個設(shè)計方案進(jìn)行了比較。

4.1.1 水平防滲方案

壩基水平防滲是在大壩上游設(shè)置黏土鋪蓋。壩前天然黏土鋪蓋厚度較小，多在0.5～1.0 m，且不連續(xù)，防滲效果差，需補(bǔ)做人工鋪蓋。人工鋪蓋長為水頭的7倍，即25 m，平均厚1.50 m，首端（近壩端）2.0m，末端后1.0m。壩基做水平防滲后，其滲漏流量按鋪蓋斜墻壩計算。設(shè)計黏土鋪蓋工程量3.78萬m3，工程需投資86.37萬元。

4.1.2 垂直防滲方案

壩基垂直防滲型式采用混凝土防滲墻、高壓定噴防滲墻方案兩種設(shè)計型式進(jìn)行了比較。

4.1.2.1 混凝土防滲墻設(shè)計方案

混凝土防滲墻范圍為樁號0+000～0+883，防滲總長度883 m，防滲墻鉆孔軸線位于既有土壩中心，平行壩軸線布設(shè)，成墻孔的方向穿過基巖的主要節(jié)理。經(jīng)計算，設(shè)計防滲墻厚度取0.8 m，設(shè)計孔距為1.6 m;防滲墻平均深16.8 m;采取防滲墻措施后，壩基滲漏量30萬m3/a。設(shè)計混凝土防滲墻工程量1.52萬m2，工程投資1 720.0萬元。

4.1.2.2 高壓定噴防滲墻設(shè)計方案

高壓定噴防滲墻范圍為樁號0+000～0+883，防滲總長度883 m，防滲墻鉆孔軸線位于既有土壩壩上游距壩肩2.0 m，平行壩軸線布設(shè)，成墻孔的方向穿過基巖的主要節(jié)理。設(shè)計孔徑為0.15 m，設(shè)計孔距為1.2 m，防滲墻頂部高程為141.56 m。底部進(jìn)入全風(fēng)化巖層50 cm。防滲墻厚度為0.3 m，防滲墻平均深13.61 m，最大深度22.1 m。采取措施后壩基滲漏量為30萬m3/a。設(shè)計工程量高壓定噴防滲墻8 570 m，工程投資386萬元。

經(jīng)綜合方案比較，水平黏土鋪蓋方案防滲效果不明顯，工程量大，占用一定庫容?；炷练罎B墻垂直防滲方案防滲效果好，但工程造價較高。高壓定噴垂直防滲墻設(shè)計方案防滲效果好，工程造價相對較低。因此，本次水庫防滲采用高壓定噴防滲墻方案做為設(shè)計方案。防滲方案比較見表2。

表2 法斯河水庫壩基防滲比較表

法斯河水庫壩體及壩基采用高壓定噴防滲墻后，能夠徹底解決水庫滲漏問題，從根本上達(dá)到水庫除險加固的目的。通過水文調(diào)節(jié)計算，水庫防滲后下游灌溉水田面積333 hm2，增加水田灌溉面積166 hm2。

4.2 高壓定噴防滲墻設(shè)計指標(biāo)

法斯河水庫壩體及壩基防滲設(shè)計為水泥漿高壓定噴防滲墻，工程設(shè)計為樁號0+000～0+883，設(shè)計長度883 m，設(shè)計頂高程141.56 m，為興利水位線以上0.5 m，底部設(shè)計鉆孔深度進(jìn)入全風(fēng)化巖0.5 m，鉆孔有效深度應(yīng)超過設(shè)計深度0.2～0.5 m。設(shè)計鉆孔735個孔，灌漿孔間距1.2 m，鉆孔位與設(shè)計位置偏差≤50 mm，孔斜率≤1%。防滲墻設(shè)計軸線與壩體軸線平行，總鉆孔深度11 699.23 m，高壓灌漿長度10 812.97 m。高壓定噴水泥漿防滲墻設(shè)計厚度為0.3 m，水泥漿密度1.4～1.5 g/cm3，回漿密度＞1.3 g/cm3，墻體抗壓強(qiáng)度2.0～5.0 MPa，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s;工程灌漿設(shè)計噴射型式為直線定噴對接，高壓噴灌施工設(shè)計采用鉆噴一體設(shè)備，設(shè)計采用泥漿或水泥漿護(hù)壁自行成孔，鉆進(jìn)至設(shè)計深度后，送入氣及高壓水泥漿進(jìn)行噴射提升，設(shè)計漿壓≥36 MPa，氣壓 0.6～0.8 MPa，高壓水泥漿噴射提速15 cm/min。

高噴灌漿設(shè)計要求全孔必須連續(xù)作業(yè)，每當(dāng)拆卸噴管后須進(jìn)行復(fù)噴，其長度≥0.2 m。噴射灌漿完成后，利用冒漿或水泥漿進(jìn)行回灌，至孔內(nèi)液面不再下降為止。高噴灌漿結(jié)束后，根據(jù)《水利水電工程水電工程質(zhì)量檢驗(yàn)與評定規(guī)程》SL176-2007要求，對高噴灌漿進(jìn)行圍井質(zhì)量檢測，滲透系數(shù)要達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求。

[1]吳中如，顧沖時.大壩安全綜合評價專家系統(tǒng) [M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[2]催宗培，徐乾清，吳以鰲.中國水利百科全書（第四卷）[M].北京：水利電力出版社，1900.

[3]江蘇省水利勘測設(shè)計院.SD133-84水閘設(shè)計規(guī)范[S].北京：水利電力出版社，1985.

[4]水利部水利水電設(shè)計總院GB50286-98堤防工程規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1998.

[5]佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院.黑龍江省湯原縣法斯河水庫大壩安全鑒定報告[R].佳木斯：佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院，2003.