賀沖水庫除險加固大壩防滲設計

吳 燕 吳 瓊

（信陽市淮河管理處）

1 水庫除險加固工程初步設計的主要內(nèi)容

賀沖水庫除險加固防洪標準按30 a 一遇洪水設計，300 a一遇洪水校核；大壩：壩體、壩基滲透穩(wěn)定分析及加固設計，上游壩坡整修及混凝土護坡工程，下游壩坡整修、增設壩面排水溝及壩腳棱體排水拆除重建為貼坡排水，壩頂工程，白蟻治理，增設觀測設備；溢洪道：溢洪道整修加固工程；輸水洞：輸水洞進口、洞身及出口拆除重建工程；完善安全監(jiān)測管理設施。

2 水庫除險加固工程防滲加固處理

2.1 上游壩坡工程

上游壩坡按坡比1.00：2.04整修，為防止風浪沖刷，上游壩坡整修結(jié)束后進行護坡。護坡護砌范圍為樁號0+000～0+078段，護砌高程由死水位122.30 m至壩頂128.30 m，采用C20混凝土，厚0.14 m，下鋪0.10 m厚砂石墊層。護坡分塊為3.00 m×3.00 m，塊間縫寬0.10 m，縫內(nèi)填塞無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪0.30 m寬土工布，護坡底部及周邊采用腳槽及周邊槽防護。

2.2 下游壩坡工程

下游壩坡按坡比1.00：2.30整修，整修結(jié)束后統(tǒng)一種植草皮護坡。

下游壩坡與兩岸山體連接處增設排水溝，斷面尺寸為0.30 m×0.30 m，邊墻及底板厚均為0.15 m，總長66.00 m。

下游壩腳棱體排水塊石松動、脫落，將其全部拆除，改建為貼坡排水。貼坡排水頂部高程為121.80 m，相應樁號范圍為0+004～0+068段，材料由內(nèi)至外依次為0.20 m厚粗砂墊層、0.20 m厚碎石墊層、0.25 m 厚干砌塊石。為不占用大壩下游耕地，貼坡排水底部接M7.5漿砌石重力式擋土墻。為使壩體滲水能順利排出，擋墻內(nèi)設2排?110UPVC排水管，排距0.50 m，孔距0.50 m，梅花型布設。

2.3 壩頂工程

壩頂路面采用0.15 m 厚C20 混凝土硬化，下鋪0.20 m 厚10%水泥穩(wěn)定石屑層。設計路面高程128.30 m，總寬4.00 m，凈寬3.50 m。路面下游側(cè)增設C20混凝土路緣石，頂部高出壩頂路面0.20 m，預留排水口正對壩坡排水溝。

根據(jù)除險加固調(diào)洪成果兼顧壩頂安全防護需要，壩頂路面上游側(cè)增設防浪墻（兼防護墻），頂部高程為129.00 m。

3 防滲加固處理工程優(yōu)選方案

3.1 方案比較

擬選三種方案進行比較：①劈裂粘土灌漿；②深層攪拌樁；③澆注塑性混凝土防滲墻。

方案①土壩劈裂灌漿。劈裂灌漿具有機理明確、工藝合理、防滲效果好、施工工期短、經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點（折算130.00 元/m2）。劈裂灌漿技術主要適合于處理存在壓實質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結(jié)構(gòu)性較強的粉細砂及土砂夾層透水地基。方案②深層攪拌水泥土防滲墻一般采用單軸、多軸深攪樁機施工。常用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、亞粘土等土層中。方案③澆筑塑性混凝土防滲墻。適宜于各種地質(zhì)條件，且能在基巖上成墻。這種方案，處理壩體及壩基接觸滲漏徹底，防滲效果好，但造價較高（約410.00元/m2）。

根據(jù)賀沖水庫大壩存在問題，經(jīng)以上綜合比較分析，方案①粘土心墻頂部高程過低，心墻外壩體填土密實性差，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)較疏松，采用劈裂灌漿處理無法形成連續(xù)劈裂，難以成墻，且防滲效果不如方案②及方案③；方案③防滲效果好，但投資大，施工速度慢；方案②可處理壩體滲漏及接高粘土心墻，且在本地區(qū)對土壩滲漏處理中應用較多，有成熟的理論做指導，又有熟練的施工經(jīng)驗，質(zhì)量容易控制，施工工期短，處理效果好，且工程造價較低，能將工程險情處理徹底。經(jīng)以上綜合比較分析，故賀沖水庫除險加固工程設計采用深層攪拌樁方案。

4 大壩工程設計

經(jīng)方案比較，大壩壩體滲漏處理采用深層水泥土攪拌樁防滲墻。處理范圍樁號0+000～0+078，全長78.00 m，沿壩軸線布置，攪拌樁防滲墻頂部高程為127.95 m，底部伸入到基巖表面。攪拌樁直徑為50.00 cm，樁距40.00 cm，樁與樁搭接長度10.00 cm，參考水灰比1.50∶1.00，水泥土中水泥摻入比為15.00%。防滲墻技術參數(shù)：①成墻最小厚度0.30 m；②滲透系數(shù)k＜i×10-6cm/s(1＜i＜10);③90 d 齡期單軸無側(cè)限抗壓強度≥0.50 MPa。

參照已做工程經(jīng)驗，水泥土攪拌樁防滲墻底部與基巖面相接觸，施工時攪拌樁攪拌下沉至基巖面時，停在該位置注漿1-2 min后，再攪拌上升，以加強壩體填土與壩基結(jié)合部的抗?jié)B能力。

4.1 上游壩坡工程

除險加固上游壩坡按坡比1.00：2.40整修，為防止風浪沖刷上游壩坡，上游壩坡整修結(jié)束后進行護坡，護坡類型，擬選兩種方案進行比較。

4.1.1 方案①混凝土護坡

混凝土護坡厚度計算：按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)，對具有明縫的混凝土或鋼筋混凝土板護坡，當壩坡坡度系數(shù)m＝2.00～5.00 時，在浮力作用下穩(wěn)定的面板厚度可按下式計算：

式中：η—系數(shù)，對整體式大塊護面板取1.00；hp—累積頻率為1%的波高，m，hp=0.38；b—沿壩坡向板長，m，b=3.00 m；ρc—板的密度，t/m3，取ρc=2.4 t/m3；ρw—水的密度，t/m3，取ρw=1.00 t/m3；m—邊坡系數(shù)，取2.40；Lm—平均波長，m，Lm=4.85 m。經(jīng)計算，t=0.08 m，取混凝土護坡厚度為0.14 m。

4.1.2 方案②干砌石護坡

塊石護坡厚度計算：計算公式：

式（2）（3）中：D—石塊的換算球形直徑，m；kt—隨坡率變化的系數(shù)，查表得kt=1.30；ρw—水的密度，t/m3，取ρc=1.00 t/m3；ρk—塊石密度，t/m3，取ρc=2.40 t/m3；hp—累積頻率為5%的波高，hp=0.31 m；m—邊坡系數(shù)，取2.40。

經(jīng)計算，t=0.20 m，取砌石護坡厚度為0.25 m。

混凝土護坡單價約為塊石護坡單價的2.20倍，而干砌石護坡厚度為混凝土護坡的2.00倍，兩種護坡費用投資基本相同。但根據(jù)以往工程施工經(jīng)驗，干砌石施工質(zhì)量不易保證，施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題較多，易返工。綜合以上比較，采用方案①，混凝土護坡。

護坡護砌范圍為樁號0+000～0+078 段，護砌高程由死水位122.30 m 至壩頂128.30 m，采用C20 混凝土，厚0.14 m，下鋪0.10 m厚砂石墊層。護坡分塊為3.00 m×3.00 m，塊間縫寬0.10 m，縫內(nèi)填塞無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪0.30 m寬土工布，護坡底部及周邊采用腳槽及周邊槽防護。護坡前需對上游壩坡進行整修，設計坡比為1.00：2.40。

4.2 下游壩坡工程

現(xiàn)狀大壩下游坡不規(guī)整，除險加固對下游壩坡按坡比1.00：2.30整修，整修結(jié)束后統(tǒng)一種植草皮護坡。

下游壩坡與兩岸山體連接處增設排水溝，斷面尺寸為0.30 m×0.30 m，邊墻及底板厚均為0.15 m，總長66.00 m。

下游壩腳棱體排水塊石松動、脫落，除險加固將其全部拆除，改建為貼坡排水。貼坡排水頂部高程為121.80 m，相應樁號范圍為0+004～0+068 段，材料由內(nèi)至外依次為0.20 m 厚粗砂墊層、0.20 m 厚碎石墊層、0.25 m 厚干砌塊石。為不占用大壩下游耕地，貼坡排水底部接M7.5 漿砌石重力式擋土墻。為使壩體滲水能順利排出，擋墻內(nèi)設2 排?110UPVC 排水管，排距0.50 m，孔距0.50 m，梅花型布設。

4.3 壩頂工程設計

現(xiàn)狀壩頂路面為土路面，除險加固設計壩頂路面采用0.15 m 厚C20 混凝土硬化，下鋪0.20 m 厚10%水泥穩(wěn)定石屑層。設計路面高程128.30 m，總寬4.00 m，凈寬3.50 m。路面下游側(cè)增設C20 混凝土路緣石，頂部高出壩頂路面0.20 m，預留排水口正對壩坡排水溝。

根據(jù)除險加固調(diào)洪成果兼顧壩頂安全防護需要，壩頂路面上游側(cè)增設防浪墻（兼防護墻），頂部高程為129.00 m。

5 白蟻治理工程處理措施

挖白蟻巢：挖出白蟻老巢，捕住蟻王蟻后、清除副巢、幼齡巢、對巢腔藥物處理后，回填夯實。藥物灌漿：在大壩下游坡梅花狀布孔，人工操作壓進。防蟻隔離帶：在適當位置設置防蟻隔離帶。地表施藥：在大壩下游坡使用噴霧器進行藥物噴灑，徹底消滅散白蟻。藥餌誘殺：在大壩下游坡適當位置設置藥餌誘殺。