黃陵縣鄭家河水庫壩基防滲方案探討

薛長青

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

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黃陵縣鄭家河水庫壩基防滲方案探討

薛長青

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

針對黃陵鄭家河水庫壩基砂礫石層滲水嚴(yán)重并存在滲透穩(wěn)定破壞等問題，經(jīng)過多種防滲處理方案的分析論證及優(yōu)化比選，提出鄭家河水庫壩基防滲處理方案，推薦采用高壓旋噴灌漿處理方案，改進(jìn)施工處理和施工后的運(yùn)行檢驗(yàn)、效果良好有效地解決了鄭家河水庫壩基滲漏問題。

鄭家河水庫；壩基滲漏；高壓旋噴灌漿；方案

鄭家河水庫位于黃陵縣城西北隆坊鎮(zhèn)鄭家河村上游500余米處的淤泥河上。該水庫于1973年建成，是一座以灌溉為主，兼有防洪養(yǎng)魚的Ⅲ等中型水庫。壩址以上控制流域面積73 km2，多年平均徑流量307萬 m3。鄭家河水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，總庫容1 250萬 m3。水庫樞紐由大壩、溢洪道、臥管放水涵洞等組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩高28 m，設(shè)計(jì)壩頂高程1 035.0 m，水庫按五十年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核。正常蓄水位1 031.0 m，死水位1 017.0 m。

黃陵縣鄭家河水庫建成28年來，一直未能正常蓄水，根據(jù)《大壩運(yùn)行管理情況報(bào)告》、《黃陵縣鄭家河水庫除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察報(bào)告》及《大壩土工試驗(yàn)報(bào)告》，壩基、壩體及繞壩滲漏嚴(yán)重，且不穩(wěn)定。為了確保水庫大壩安全，促進(jìn)黃陵縣經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，對黃陵縣鄭家河水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固的首要問題是壩基防滲加固處理。

1　水庫壩基滲漏分析

壩基第四系覆蓋層厚11.2～18.6 m，其中下部礫石層厚度4.4～9.5 m。滲透系數(shù)k=11.0～16.0 m/d，屬強(qiáng)透水層。壩基施工時(shí)表面僅清土0.4 m，結(jié)合槽挖深1.8 m。左壩肩二、三級階地下部，強(qiáng)透水的礫砂、粗砂厚5.5～11.2 m，施工時(shí)沒有處理。所以水庫蓄水后發(fā)生壩基滲漏和繞壩滲漏是必然現(xiàn)象，據(jù)1982年部分觀測資料：庫水位1 021.7 m時(shí)，滲漏量1 470 m3/d；庫水位1 018.0 m時(shí)，滲漏量1 150 m3/d。顯然，還有相當(dāng)一部分滲漏量是沿河谷漫灘、階地下部礫石層呈伏流方式向下游滲漏。

根據(jù)壩基地層結(jié)構(gòu)，滲漏計(jì)算分為三段，即河床漫灘段、一級階地段和二級階地段。

(1)河床漫灘段

河床漫灘段壩基寬138 m，透水層分為上、下兩層，上層粉質(zhì)壤土平均層厚4.8 m，滲透系數(shù)k1=1.10 m/d；下部砂礫平均層厚7.5 m，滲透系數(shù)k2=16.0 m/d。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)庫水位高程為1 020.5 m時(shí)，該段滲漏量1 081.3 m3/d。當(dāng)庫水位高程為1 031.3 m時(shí)，該段滲漏量1 946.3 m3/d。

(2)一級階地段

一級階地段壩基滲漏帶寬145 m，平均厚度23.0 m，滲透系數(shù)加權(quán)平均值k=3.54 m/d。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)庫水位高程為1 020.5 m時(shí)，該段滲漏量為349.3 m3/d。當(dāng)庫水位高程為1 031.3 m時(shí)，該段滲漏量為1 020.4 m3/d。

(3)二級階地段

二級階地壩基滲漏帶寬85 m，平均厚度28.0 m，滲透系數(shù)加權(quán)平均值k=5.0 m/d，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)庫水位高程為1 020.5 m時(shí)，該段滲漏量為392.5 m3/d。當(dāng)庫水位高程為1 031.5 m時(shí)，該段滲漏量為838.8 m3/d。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)庫水位高程為1 020.5 m時(shí)，壩基總滲漏量為1 823.1 m3/d。當(dāng)庫水位高程為1 031.3 m時(shí)，壩基總滲漏量為3 805.5 m3/d，占徑流量45%。

2　壩基滲透穩(wěn)定分析

根據(jù)《地勘報(bào)告》，壩基砂礫層、細(xì)礫層的允許水力坡降I=0.1～0.12。當(dāng)庫水位為1 020.5 m時(shí)，壩體內(nèi)水力坡降I=0.09～0.10，正好處于發(fā)生管涌的臨界狀態(tài)，大壩下游個(gè)別地段發(fā)現(xiàn)的管涌現(xiàn)象也說明了這一點(diǎn)。當(dāng)庫水位升高到正常蓄水位高程1 031.0時(shí)，壩體內(nèi)水力坡降將達(dá)到i=0.23～0.25，壩基砂礫、細(xì)礫層必然發(fā)生管涌破壞而危及大壩安全。因此，無論從滲漏量或從滲透穩(wěn)定角度考慮，都應(yīng)對壩基和大壩進(jìn)行截滲處理。

根據(jù)地質(zhì)資料，壩基覆蓋地層屬濕陷性和高壓縮性的Q3、Q4黃土，浸水后壩基變形必然影響壩體穩(wěn)定。

3　壩基防滲處理方案

大壩填筑土料主要來源于河谷兩岸，以黃土和粉質(zhì)壤土為主，但由于壩體填筑土料的施工質(zhì)量差及具自重濕陷性等原因引起壩體出現(xiàn)裂紋，而且在大壩施工時(shí)清基很不徹底，造成壩基滲漏量大，嚴(yán)重危及大壩的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。因此對大壩和壩基進(jìn)行截滲與防護(hù)處理是必要的?，F(xiàn)就國內(nèi)外幾種常用的防滲技術(shù)方案比較如下：

3.1方案一：混凝土垂直防滲墻方案

其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)可靠，防滲效果好，施工相對不隱蔽；缺點(diǎn)：(1)因?yàn)閴w厚度一般在0.6 m左右，所以分段的搭接較難控制；(2)如果帷幕較高，大于25 m時(shí)，其墻體底端的施工也很難控制，與地下工程區(qū)別不大；(3)采用開槽機(jī)，則其開槽深度不宜超過20 m，且不適用于砂礫石地層；采用薄型液壓抓斗，幕墻較高時(shí)施工槽體護(hù)壁困難，在投資有限不能采取附加工程措施的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)塌壁和抓斗被掩埋現(xiàn)象。(本工程壩基防滲幕墻高度最大可達(dá)30 m)

表1　三管法高壓旋噴灌漿技術(shù)參數(shù)表

3.2方案二：深層攪拌水泥土方案

優(yōu)點(diǎn)：成墻連續(xù)，防滲效果較好。缺點(diǎn)：施工深度超過15 m時(shí)，其垂直度很難控制，由此造成搭接難以保證。

3.3方案三：高壓旋噴灌漿處理方案

優(yōu)點(diǎn)：高壓噴射灌漿技術(shù)能夠比較好的克服上述方案的缺點(diǎn)，通過高壓旋噴灌漿以構(gòu)筑截滲砼幕墻，能較好地解決砂礫石的防滲問題，而且造價(jià)較低，是解決本水庫壩基防滲問題的較好方案, 結(jié)合現(xiàn)階段國內(nèi)高噴施工機(jī)械設(shè)備研制情況，確定為本次推薦方案。

4　壩基高壓旋噴砼防滲幕墻設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

黃陵縣鄭家河水庫壩基砼防滲墻設(shè)計(jì)成墻形式采用單排旋噴樁進(jìn)行套接，設(shè)計(jì)旋噴樁布樁中心間距100 cm，樁徑130 cm，設(shè)計(jì)最小成墻厚度83 cm ；設(shè)計(jì)要求鉆孔孔斜率小于1%。設(shè)計(jì)鉆孔深度深入基巖面下50 cm。

高壓旋噴砼防滲幕墻的防滲及物理力學(xué)性能指標(biāo)：滲透系數(shù)小于10～5 cm/s，R28=5～10 Mpa，E小于10-3Mpa，J大于80。

本次設(shè)計(jì)鄭家河水庫壩基高壓旋噴灌漿的施工技術(shù)參數(shù)根據(jù)《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(送審稿)和施工區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況設(shè)計(jì)確定如表1。

5　結(jié)語

黃陵縣鄭家河水庫除險(xiǎn)加固工程于2005年全部竣工，施工中對壩基砂礫石層滲水嚴(yán)重并存在滲透穩(wěn)定破壞等問題，經(jīng)過多種防滲處理方案的分析論證及優(yōu)化比選，最終實(shí)施采用高壓旋噴灌漿處理方案，有效地解決了鄭家河水庫壩基滲漏問題。目前，水庫進(jìn)行多年運(yùn)行后壩后無滲水和管涌等滲透破壞現(xiàn)象，水庫運(yùn)行良好。

2016-03-14

薛長青(1966-)，男，陜西眉縣人，高級工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

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