翁坑水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程防滲方案研究

付釗龍

(龍門(mén)縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室，廣東 惠州 516800)

1 概 述

水庫(kù)工程建設(shè)有利于緩解水資源短缺問(wèn)題，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、防洪等工程建設(shè)有較大的促進(jìn)作用[1-2]。但是早期修建的水庫(kù)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的破損現(xiàn)象嚴(yán)重制約了水庫(kù)效益的發(fā)揮，同時(shí)造成水庫(kù)安全性下降，對(duì)下游居民安全產(chǎn)生威脅[3-5]。針對(duì)這一類(lèi)型水庫(kù)，采取除險(xiǎn)加固治理措施是十分必要的。滲漏是水庫(kù)常見(jiàn)的病險(xiǎn)災(zāi)害，是水庫(kù)安全的重大威脅，因此有較多的專(zhuān)家、學(xué)者對(duì)水庫(kù)防滲加固方案進(jìn)行分析，采取合理的措施，可保證水庫(kù)的防滲效果，降低工程投資，對(duì)工程建設(shè)影響較大[6-8]。

2 工程概況

該水庫(kù)工程始建于1964年，屬東江流域的平陵河支流，庫(kù)區(qū)集雨面積9.9 km2，河長(zhǎng)5.14 km，河流比降2.83‰，是小(Ⅰ)型水庫(kù)。翁坑水庫(kù)校核洪水位117.08 m，總庫(kù)容為626.84×104m3；設(shè)計(jì)洪水位116.46 m，相應(yīng)庫(kù)容為579.69×104m3；正常水位114.60 m，正常庫(kù)容464.4×104m3；死水位101.90 m，死庫(kù)容23.4×104m3。工程等別為Ⅳ等。

3 防滲加固方案比選

3.1 混凝土防滲墻

1) 方案布置。防滲墻沿壩頂布置，總長(zhǎng)237.0 m。防滲墻布置于水泥路面下方，墻頂高程為118.00 m，與新建路面相接，墻底標(biāo)高按地質(zhì)鉆探、水文地質(zhì)資料及地層條件要求嵌入粉質(zhì)黏土2.0 m。

2) 墻體厚度。防滲墻的滲透穩(wěn)定性取決于抗?jié)B坡降，通常在考慮一定的安全儲(chǔ)備下，混凝土允許抗?jié)B坡降在90左右。當(dāng)庫(kù)水位在正常高水位運(yùn)行時(shí)，防滲墻實(shí)際承擔(dān)的最大水頭約為20.5 m，防滲墻厚度擬選擇0.6 m，采用C20混凝土澆筑，抗?jié)B標(biāo)號(hào)要求達(dá)到W6。

3) 墻體深度。防滲墻布置于擬建壩頂路面下方，混凝土墻頂高程為118.00 m，與新建壩頂路面相接形成封閉的防滲體系。

大壩防滲墻墻底標(biāo)高按地質(zhì)鉆探、水文地質(zhì)資料及地層條件要求嵌入粉質(zhì)黏土2.0 m，從而形成一道垂直防滲屏障。

4) 施工要求。為滿足施工場(chǎng)地布置要求，施工時(shí)需保證施工平臺(tái)寬不小于8 m。

3.2 高壓擺噴灌漿

1) 方案布置。自壩頂軸線方向布置高壓擺噴灌漿防滲墻，擺噴防滲墻墻頂高程取117.50 m，高于校核洪水位117.08 m。

2) 灌漿設(shè)計(jì)。采用單排墻體，孔徑0.15 m，孔距1.0 m，墻底深入粉質(zhì)黏土2.0 m。灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)：水壓力30～35 MPa，漿壓力0.3～0.4 MPa，漿流量80 L/min，施工工藝還需進(jìn)行試驗(yàn)后最終確定技術(shù)參數(shù)。

3) 施工要求。采用三管法，分二序施工，噴射漿液采用純水泥漿。高壓擺噴灌漿延大壩長(zhǎng)237.0 m，鉆孔灌漿總進(jìn)尺2 322.0 m。

3.3 劈裂灌漿防滲方案

1) 方案布置。壩體處理：對(duì)大壩壩體進(jìn)行劈裂灌漿，延壩頂長(zhǎng)度237.0 m，灌漿長(zhǎng)度為237.0 m。沿壩軸線布置主副兩排灌漿孔，兩排間距為2.0 m，灌漿孔孔距3 m，灌漿孔伸至粉質(zhì)黏土2.0 m。灌漿頂高程取118.00 m。主排灌漿孔80個(gè)，副排灌漿孔79個(gè)，灌漿總進(jìn)尺2 322.4 m。

2) 灌漿材料。劈裂灌漿土料各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足表1要求,漿液性能應(yīng)滿足表2要求。

表1 灌漿土料指標(biāo)表

表2 灌漿漿液物理力學(xué)性能要求

劈裂灌漿采用水泥黏土漿液，水泥摻量為干料量的30%～40%，水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。灌漿漿液物理性能如容重、黏度、穩(wěn)定性等，應(yīng)滿足《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》(SL 564-2014)要求。見(jiàn)表3。

表3 防滲方案比選表

綜上比選，各方案均存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)。方案一混凝土防滲墻雖然穩(wěn)定可靠，但工程造價(jià)較高。方案二高壓擺噴灌漿防滲墻施工工藝難控制，高噴壓力過(guò)大容易引起壩身開(kāi)裂，不利于壩坡穩(wěn)定，且投資較高。方案三劈裂灌漿防滲技術(shù)成熟，質(zhì)量較好，專(zhuān)業(yè)機(jī)械施工，功效高，工期短，造價(jià)低，水泥黏土漿液能達(dá)到設(shè)計(jì)防滲要求。因此，本次壩體防滲措施推薦方案三劈裂灌漿防滲方案。

4 劈裂灌漿設(shè)計(jì)及防滲效果分析

4.1 劈裂灌漿設(shè)計(jì)

沿壩頂平行于壩軸線分別做兩排劈裂灌漿，構(gòu)筑防滲墻。上游主排灌漿孔軸線位于大壩壩軸線沿垂直壩軸線方向向上游偏移1.0 m處，灌漿孔孔距3.0 m，共80孔，灌漿延壩頂長(zhǎng)度237.0 m，灌漿總進(jìn)尺1 141.25 m；下游副排灌漿孔軸線位于大壩壩軸線沿垂直壩軸線方向向下游偏移1.0 m處，灌漿孔孔距3.0 m，共79孔，灌漿延壩頂長(zhǎng)度234.0 m，灌漿總進(jìn)尺1 181.15 m。灌漿孔深入相對(duì)不透水層粉質(zhì)黏土層2 m以下。

采用2～3序孔，灌漿施工按先1序后2序的先后順序，先勘探孔、灌漿孔、補(bǔ)灌孔、檢查孔的施工次序完成。由于鉆孔的性質(zhì)和用途不同以及基礎(chǔ)巖石的變化，故采用兩種不同的鉆灌方法及工藝流程。

4.2 防滲加固效果分析

結(jié)合該水庫(kù)運(yùn)行中實(shí)際可能出現(xiàn)的不利情況，擬定如下計(jì)算工況：

1) 正常運(yùn)用條件：①正常蓄水位(114.6 m)穩(wěn)定滲流；②設(shè)計(jì)洪水位(116.46 m)穩(wěn)定滲流；③校核洪水位(116.46 m)穩(wěn)定滲流。

2) 非常運(yùn)用條件I有以下幾種：①水庫(kù)水位的非常降落：從校核洪水位(117.08 m)降至正常蓄水位(114.6 m)的非穩(wěn)定滲流；②水庫(kù)水位的非常降落：從正常水位(114.60 m)降至死水位(101.90 m)的非穩(wěn)定滲流。

采用理正滲流分析軟件計(jì)算。

從翁坑水庫(kù)大壩滲流計(jì)算的浸潤(rùn)線來(lái)看，各工況大壩下游壩坡出逸點(diǎn)位置均在大壩反濾棱體內(nèi)，出逸點(diǎn)高度均小于大壩反濾棱體的高度。

大壩的滲流量計(jì)算是按照相關(guān)規(guī)范，并根據(jù)地勘資料基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的滲流量是水庫(kù)庫(kù)水位各工況水位下的理論值，包括土壩壩體和壩基兩部分的滲流量之和。

由于現(xiàn)狀大壩壩體和壩基的滲流量無(wú)實(shí)測(cè)觀測(cè)資料，計(jì)算成果無(wú)法與實(shí)際滲流量進(jìn)行對(duì)比分析。但從本次滲流量計(jì)算成果來(lái)看，大壩加固后的滲流量很小，滲流量計(jì)算成果表見(jiàn)表4和圖1。

表4 穩(wěn)定滲流量計(jì)算成果表

圖1 穩(wěn)定的計(jì)算成果

由以上計(jì)算成果可知，大壩浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)均在反濾棱體內(nèi)，而且各工況的滲流量很小，不會(huì)發(fā)生滲透破壞。

5 結(jié) 論

翁坑水庫(kù)安全檢測(cè)結(jié)果表明，水庫(kù)存在較為嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，對(duì)水庫(kù)效益發(fā)揮造成不利影響。為了降低水庫(kù)滲漏，通過(guò)方案比選，采用劈裂灌漿防滲方案對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行防滲加固治理，具有投資低、技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)；通過(guò)計(jì)算分析，加固后的水庫(kù)大壩防滲可滿足相關(guān)規(guī)范要求。