小型水庫常用防滲加固措施淺析

2011-02-27 05:23:20萬志強(qiáng)

陜西水利 2011年4期

萬志強(qiáng)

（榆林市榆陽區(qū)防汛抗旱指揮部辦公室陜西榆林 719000）

1 榆陽區(qū)水庫現(xiàn)狀

榆陽區(qū)是榆林市水庫較多的地區(qū)之一，新中國成立以來共建成中、小型水庫80座，這些水庫大壩97%以上是均質(zhì)土壩?，F(xiàn)有100萬m3以上中、小型水庫19座，其中，中型水庫5座，?。ㄒ唬┬退畮?座，?。ǘ┬退畮?座。這些水庫在防洪、減災(zāi)、農(nóng)田灌溉、水力發(fā)電、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水土保持及水利旅游等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

榆陽區(qū)水庫大都建于上世紀(jì)六、七十年代，年久老化失修，病險問題越來越突出，直接影響水庫效益發(fā)揮，威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。主要體現(xiàn)在大壩填土，土料質(zhì)量及填筑質(zhì)量未加控制或控制較差，導(dǎo)致現(xiàn)狀壩身填土壓實(shí)度與干密度偏低，含水量偏大，滲透系數(shù)偏大，壩后產(chǎn)生較大面積的滲水、漏水及管涌破壞等問題。經(jīng)滲流穩(wěn)定分析，壩基滲流存在安全問題，往往危及大壩安全運(yùn)行，因此須對大壩進(jìn)行防滲加固處理。

以下以某小（二）型水庫為例，進(jìn)行常用防滲加固措施的對比選擇。該水庫壩身和壩基局部存在嚴(yán)重的安全隱患：①由于壩身未經(jīng)碾壓或碾壓不徹底，填筑質(zhì)量差，固結(jié)效果不明顯，且層厚差異較大，碎石含量較多的部位，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，其防滲能力較差，給大壩安全帶來一定隱患。②經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大壩現(xiàn)狀壩基、壩腳以及壩體與山坡結(jié)合部位散浸、滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，并有一處集中滲漏點(diǎn)，壩腳下游灘地有沼澤化現(xiàn)象。防滲范圍從0+000～0+035和0+039～0+206，長度 202m；0+035～0+039 范圍內(nèi)，涵基開挖至原壩基線1m，用水泥含量為15%的水泥土回填，涵洞上部開挖后粘土回填并碾壓，壓實(shí)度不低于0.96。

2 大壩防滲加固措施

2.1 大壩防滲措施方案

根據(jù)目前的施工技術(shù)水平，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件，選擇混凝土防滲墻、沖抓套井粘土井柱防滲墻、多頭小直徑深層攪拌造墻防滲等3種方案。

表1 大壩防滲加固方案投資比較表

2.1.1 混凝土防滲墻

（1）方案布置

沿壩軸線方向在壩中布置塑性混凝土防滲墻，防滲墻墻頂高程67.60m，墻體穿過壩基，伸入原地面以下2.0m，形成一道完整的防滲體系，以控制壩體壩基滲流，降低壩體浸潤線，防止壩體產(chǎn)生滲透破壞，最大成墻深度約15.00m，墻體厚度0.30m。

混凝土防滲墻的設(shè)置，減小了壩下承壓水頭，大大降低了下游壩體浸潤線，增強(qiáng)大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定性。其特點(diǎn)為：a)適用性廣：幾乎可適應(yīng)于各種地質(zhì)條件，從松軟的淤泥到密實(shí)的沙卵石，甚至漂石和巖層；b)適用性強(qiáng)：深可達(dá)100m左右；c)與其他防滲措施相比，混凝土防滲墻耐久性較好，防滲效率較高，安全、可靠；d)施工條件要求低；e)成本較高。

（2）防滲墻厚度

混凝土防滲墻厚度按公式：

式中，△H——最大上下游水頭差(m)，上游最高洪水位66.98m，壩軸線下游尾水位54.60m，△H=12.38m；

J——混凝土防滲墻允許水力坡降，按有關(guān)資料取J＝80；

則混凝土防滲墻厚T≥△H/J=0.15m，結(jié)合施工機(jī)械等因素取0.30m。

（3）防滲墻材料

防滲墻采用普通混凝土，其物理力學(xué)指標(biāo)要求如下：

抗壓強(qiáng)度：R≥15.0MPa；

彈性模量：E＜24GPa；

坍落度 18cm～22cm；

擴(kuò)散度 34cm～40cm；

滲透系數(shù)：K＜i×10-7cm/s，(1＜i＜10）；

允許滲透比降：[J]＞80。

混凝土抗?jié)B標(biāo)號要求為W6，配置普通混凝土材料要求水泥優(yōu)先采用礦渣硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級不小于32.5級，細(xì)骨料（砂）要求細(xì)度模數(shù)F·M＝2.4～2.8，砂率35%～45%，粗骨料（石子）最大粒徑不超過20mm～40mm，水泥水灰比為0.6～0.65，水泥用量不小于300kg/m3。

施工時根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)號提高30%～40%，再根據(jù)防滲強(qiáng)度保證率進(jìn)行試配。

（4）造孔方法

鋸槽法造孔澆注連續(xù)墻是上世紀(jì)90年代才發(fā)展起來的一種新的混凝土連續(xù)墻施工技術(shù)。已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于黃河、長江大堤的防滲除險加固工程中。該壩體混凝土防滲墻厚度較薄，深度不大，故采用鋸槽法造孔。防滲墻底部深入原地面以下2.0m，頂高程67.60m。

2.1.2 沖抓套井回填粘土防滲墻（簡稱粘土井柱）

本方案是在壩身采用粘土井柱防滲，粘土井柱是在壩軸線附近用沖抓錐造孔，把原壩身雜填土抓出，形成直井后，回填粘土，經(jīng)夯實(shí)后形成一道連續(xù)的粘土心墻，夯實(shí)的同時對井壁周圍的填土有一定的壓實(shí)作用，使其密度增加，滲透系數(shù)減少，從而達(dá)到增加防滲能力的目的。套孔沖抓粘土井柱防滲墻設(shè)計(jì)主要包括鉆孔的平面布置，孔距孔深，排距及防滲墻的厚度等。

（1）平面布置

自壩頂軸線方向布置防滲墻，頂高程為67.60m，底部伸至原地面線。

（2）粘土井柱防滲墻

套井采用單排布置，在壩軸線上游側(cè)按主、套井相間布置。

（3）粘土井柱防滲墻厚度

式中，T——防滲墻有效厚度（m）；

ΔH——防滲墻承擔(dān)的最大水頭差；

J——防滲墻允許的滲透坡降，粘土為5～8，取 8。

經(jīng)計(jì)算T=0.83m。采用單排套井，則選擇的參數(shù)：最優(yōu)套角α為45°，套井半徑為0.6m，孔距0.85m，有效厚度為0.85m，滿足厚度要求。

（4）防滲墻深度

防滲墻從67.60m高程，經(jīng)人工填土層（壩體）伸至原地面線。最大深度13.00m。

（5）粘土井柱施工

粘土井柱施工采用單排布置，井柱中心線在壩軸線位置，按一主一套相間布置連成井墻，先打主井1、3號井，回填后再打2號井，回填后再打5號井，回填后再打4號井，以此類推。

2.1.3 多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴土體，同時鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高得多，滲透系數(shù)較小，并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接成一列，形成連續(xù)墻體起到截滲作用。

式中，△H——最大上下游水頭差12.38m；

J——水泥滲透破壞比降，按有關(guān)資料J取80。

混凝土防滲墻厚應(yīng)不小于T=△H/J=12.38/80=0.15m，結(jié)合施工可能帶來的垂直偏差，選用樁徑為390mm。

2.2 方案選用

以上三種方案在技術(shù)上都是可行的，均能夠達(dá)到控制壩體和壩基滲流，降低壩體浸潤線的目的?，F(xiàn)對混凝土防滲墻、粘土井柱防滲墻、多頭小直徑防滲墻三個方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較。三種方案計(jì)算各方案的工程量及投資見表1。

混凝土防滲墻的優(yōu)點(diǎn)是適用性廣，幾乎可適應(yīng)于各種地質(zhì)條件，從松軟的淤泥到密實(shí)的砂卵石，甚至漂石和巖層，適用性強(qiáng)，深可達(dá)100m左右。與其他防滲措施相比，混凝土防滲墻耐久性較好，防滲效率較高，安全、可靠；施工條件要求低。此方案的缺點(diǎn)是：成本較高，工程投資大。

沖抓套井回填粘土防滲墻的優(yōu)點(diǎn)是套孔回填粘土經(jīng)壓實(shí)后，干重度增大，滲透系數(shù)減小，防滲效果好，并可下孔檢查，保證質(zhì)量。同時，套孔四周壩體干重度增加，壩體獲得加固，且上部采用粘土井柱墻防滲直觀可靠，施工質(zhì)量容易控制，施工方法簡單，速度快，有較成功的施工經(jīng)驗(yàn)。此方案的缺點(diǎn)是施工易受庫水位影響，一般在浸潤線以上施工，只要采取適當(dāng)?shù)慕邓胧涂蓾M足施工要求。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻，該技術(shù)成墻價低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墻耐久性好，且不受庫水位的影響。但該法要求施工成樁垂直度較高，由于機(jī)械設(shè)備、材料供應(yīng)等原因，不可避免的會造成較長時間的中斷，且對于泥夾石不易施工。

綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果決定推薦全壩段壩體采用粘土井柱造墻方案。

3 結(jié)語