溫豪增

(廣東宇源水利發(fā)展有限公司，廣東 梅州 514000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東省300多座大中型水庫(kù)中有220余座劃分為病險(xiǎn)水庫(kù)，大多為土石壩工程。超過60%為二類壩，其余40%為三類壩。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在廣東省通過相關(guān)安全評(píng)估被確定為病險(xiǎn)水庫(kù)中的二、三級(jí)的六十余座大中型水庫(kù)土石壩工程中，存在一定滲漏問題的竟有56個(gè)，出現(xiàn)有壩坡穩(wěn)定性問題的有30余個(gè)，而需要壩體加高的僅12個(gè)，當(dāng)前廣東省大中型水庫(kù)土石壩工程的危巖壩存在的最大的共性問題是滲漏問題[1]。

廣東清遠(yuǎn)某水庫(kù)土石壩主要有以下問題：大壩防滲體的防滲能力達(dá)不到防滲要求，防滲體壓實(shí)度不夠，雖然，主壩段壩下基巖完整性好，但是副壩壩下基巖節(jié)理裂隙較發(fā)育。大壩組成分為土砂殼分區(qū)壩、壤土心墻砂殼壩。根據(jù)安全評(píng)估，以上的問題的存在會(huì)導(dǎo)致其因?yàn)閴魏蠼?rùn)線比較高而發(fā)生不利，滲漏量在壩體會(huì)比較大。本文研究和總結(jié)了廣東的主要中大型土石壩水庫(kù)的滲漏問題識(shí)別方法和常用治理措施，以清遠(yuǎn)某水庫(kù)的防滲加固設(shè)計(jì)為例，提出對(duì)典型土石壩的滲流治理方案，為類似工程條件的土石壩防滲工程提供參考依據(jù)。

1 土石壩滲透常用識(shí)別和控制方法

目前，主要有兩種經(jīng)驗(yàn)判斷危險(xiǎn)性滲漏的方法和多種物探的方法應(yīng)用在廣東的大中型水庫(kù)土石壩工程的運(yùn)營(yíng)管理中,一是通過滲出水的溫度、色澤、水量的變化判斷發(fā)生滲漏的部位。二是探測(cè)是否發(fā)生滲漏，還有多種物探的方法，如：基于電場(chǎng)判斷的直接電阻率法、自然電場(chǎng)法，基于電磁的探測(cè)技術(shù)的瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法，綜合起來(lái)的高密度電法等。

1.1 經(jīng)驗(yàn)法來(lái)判斷滲漏

接觸面在壩體和壩基的位置,則非常有可能發(fā)生管涌、滲透變形或接觸沖刷。在輸水涵管的周邊發(fā)生滲漏,則非常可能發(fā)生滲透變形、接觸沖刷或管涌。滲漏如果發(fā)生在橫向裂縫或者水平裂縫,有可能發(fā)生滲透變形或管漏。如果排水體的反濾層上部出現(xiàn)滲漏，則可能出現(xiàn)一種或多種具有危害性質(zhì)的滲漏。

溫度：可以根據(jù)滲水溫度與季節(jié)的差異判斷，水體從庫(kù)中底層滲出的溫度與氣候相反，冬暖夏涼，山坡滲出的水體冬冷夏熱。顏色：正常情況下，滲水會(huì)比較清澈；若滲水的水質(zhì)透明度低、含沙量較大、水質(zhì)渾濁，則滲漏情況不佳。水量：正常情況下，滲漏量會(huì)比較?。辉谒槐３址€(wěn)定情況下，滲漏量隨時(shí)間增長(zhǎng)而增大,或者滲漏量一直較大，有害滲漏可能大。

1.2 綜合物探的方法判斷

高密度電法是一種觀測(cè)點(diǎn)密度非常高的方法，是將電剖面方法與電測(cè)深方法的組合，可以同時(shí)探測(cè)發(fā)生在垂直和水平方向上的電性變化。當(dāng)供電電極C1、C2之間的距離增大時(shí)，高密度電法的探測(cè)深度也隨之增大；相應(yīng)地，C1、C2之間的電極距也會(huì)隨著隔離系數(shù)n的增大而逐次增大，能夠反映地底深部介質(zhì)的效果也會(huì)逐漸加強(qiáng)。通常把高密度電法的測(cè)量結(jié)果表示成一種倒三角形的二維斷面的電性分布。

瞬變電磁法從原理本質(zhì)來(lái)看就是電磁感應(yīng)。發(fā)射一脈沖磁場(chǎng)向地下，通過使用不接地的發(fā)射線圈，分析地下構(gòu)造基于觀測(cè)分析二次磁場(chǎng)情況。當(dāng)產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)越強(qiáng)，渦流場(chǎng)越強(qiáng)時(shí)，說明含水率越大。

振動(dòng)波法探測(cè)技術(shù)是制造彈性波通過激發(fā)震源在地面實(shí)現(xiàn)的，用檢波器來(lái)接收。其對(duì)地下隱患探測(cè)是通過分析接收波的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)埋深較大且有一定規(guī)模的隱患會(huì)有較好的探測(cè)效果。

1.3 土石壩滲流控制常用技術(shù)措施

抑制土石壩滲流的措施原則上是控制滲流梯度不超過容許梯度，加大滲流的直徑，增強(qiáng)土石壩滲流的穩(wěn)定性，適時(shí)結(jié)合排水措施，降低大壩下游基建的剩余水頭，促進(jìn)排水。

(1)黏性土覆蓋壩基。若不滲透層處于壩基中的深度較深或者在壩基中發(fā)生比較嚴(yán)重的滲透，可以覆蓋黏土覆蓋物，防止繼續(xù)滲透。

(2)土工膜防滲土?；A(chǔ)在可滲透情況下在其上建設(shè)土石壩的一種比較常見的形式是用斜心墻覆蓋物。主要是使用主膜的復(fù)合土工膜，當(dāng)需要覆不滲透材料時(shí)，可用復(fù)合土工膜用作芯墻的。

(3)防滲帷幕。帷幕灌漿通常是指將不可滲透的帷幕用作于防滲處理在壩基巖石基礎(chǔ)上,可以使用化學(xué)灌漿或水泥灌漿。

(4)土壤不滲透體。在土石壩規(guī)劃設(shè)計(jì)過程應(yīng)用最多的防滲結(jié)構(gòu)是防滲土。確定合理的傾斜壁和巖心的厚度能夠滿足對(duì)滲透率的控制要求是設(shè)計(jì)的核心任務(wù)。壩體巖心墻材料允許的水力梯度和設(shè)計(jì)揚(yáng)程是確定防滲體厚度的前提。

2 清遠(yuǎn)某土石壩滲漏的情況

2.1 清遠(yuǎn)土石壩滲流情況調(diào)查

通過地質(zhì)調(diào)查結(jié)合綜合物探的方法，對(duì)清遠(yuǎn)該土石壩滲流問題進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)西副壩下的結(jié)晶灰?guī)r的巖溶發(fā)育情況較多，嚴(yán)重透水情況嚴(yán)重，直接與防滲體接觸的為含白云質(zhì)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r韻律，巖溶及層理較發(fā)育。大壩基巖完整性和節(jié)理裂隙呈主河槽向兩側(cè)逐漸變發(fā)育的趨勢(shì)，透水率也隨之增大。大壩防滲體防滲能力不足。

2.2 清遠(yuǎn)土石壩的滲流控制原則

控制滲流的有效方法是“前堵、中截、后排”。壩基是“前沿、中裁、后壓”。壩下基巖節(jié)理裂隙及巖溶發(fā)育的問題，使得部分處的壩后基巖有滲漏情況出現(xiàn)，在2005年后對(duì)滲漏范圍的基巖段進(jìn)行了帷幕灌漿的治理措施，目前大多處的灌漿防滲效果仍然較好滿足工程滲透穩(wěn)定性要求，此次不再對(duì)壩下基巖進(jìn)行防滲加固處理。壩下部分地帶的強(qiáng)透水性層位置較深，與防滲體接觸的基巖破碎面已進(jìn)行了接觸帶灌漿。從滲透穩(wěn)定的角度來(lái)看，產(chǎn)生基巖面接觸帶沖刷破壞的可能性較小。因此此次只對(duì)不滿足規(guī)范要求的大壩防滲體進(jìn)行防滲加固。土石壩壩基和大壩兩岸的基礎(chǔ)在滲流體積、滲透率、滲流梯度和滲流直徑必須在可接受的范圍內(nèi)[2-4]。

3 清遠(yuǎn)土石壩滲漏分析

3.1 防滲加固方案選擇

以大壩的加固除險(xiǎn)的需求和大壩現(xiàn)狀來(lái)看，大壩防滲加固宜采用垂直截滲措施。垂直截止措施可選塑性混凝土防滲墻。壩基垂直截滲主要有復(fù)合土體、置換固化、土工合成、成墻、灌漿等方法按防滲體的結(jié)構(gòu)型式及材料來(lái)劃分。主壩從防滲槽底到大壩壩頂?shù)淖畲蟾叨燃s40.0 m。

3.2 加固軸線選型

現(xiàn)狀大壩由20世紀(jì)60～80年代分三期建成，后期建設(shè)的主要是對(duì)上部接斜墻做防滲體，砂殼補(bǔ)坡在壩后，大壩的現(xiàn)狀防滲體偏上游約15 m，也是因?yàn)榇髩蔚亩嗥诩痈邔?dǎo)致。

根據(jù)現(xiàn)有壩型情況，選擇上游壩肩作為加固軸線：

將防滲墻從壩頂貫穿到基巖，軸線設(shè)置于上游壩肩處。防滲墻體從下到上依次穿過基巖、壩基礫質(zhì)粗砂、壤土心墻、壤土斜墻、下游壩殼、黏土質(zhì)礫質(zhì)粗砂，把墻體深入基巖中半米。由于大壩的壩高不同，設(shè)置副壩段的壩墻厚度為0.4 m，主壩段墻體厚度為0.6 m，選擇此截滲軸線的主要優(yōu)點(diǎn)：上部護(hù)坡不用拆掉，方便操作并且施工技術(shù)不高，施工影響范圍不會(huì)太大，并且加固措施簡(jiǎn)單，防滲效果好。

位于上部的大壩防滲體僅需要抵擋在設(shè)計(jì)洪水位以上的洪水，設(shè)計(jì)的最高所需的擋水水頭約4 m。根據(jù)上部防滲體的位置，結(jié)合大壩防滲體的擋水要求，擬定了黏土斜墻方案，優(yōu)點(diǎn)為施工技術(shù)難度不高，防滲效果明顯。缺點(diǎn)為現(xiàn)有土壤不滿足防滲要求，所需土方工程量大，施工工期長(zhǎng)。軸線處的防滲加固布置效果見圖1。

圖1 軸線1上游壩肩處

3.3 防滲墻加固設(shè)計(jì)

3.3.1 防滲墻厚度設(shè)計(jì)

防滲墻墻體應(yīng)滿足抗?jié)B性、耐久性、 計(jì)算防滲墻厚度見式(1)：

T=Hmax/J允許

(1)

式中：Hmax為最大水頭差作用在防滲墻上的,m；J為防滲墻允許滲透比降，取75。

經(jīng)計(jì)算0+360～1+450段和0-035～0+360段及1+450～1+600段最小墻體厚度分別為0.53 m 及0.34 m。

綜合考慮施工的打孔深度、打孔斜率防滲墻的經(jīng)濟(jì)厚度、國(guó)內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)等方面考慮，大壩樁號(hào)0+360～1+450段墻厚采用0.58 m,樁號(hào)0-035～0+360段及1+450～1+600段采用墻厚0.5 m。防滲墻打入基巖0.5 m。

3.3.2 防滲墻高度設(shè)計(jì)

塑性混凝土防滲墻需要承擔(dān)大壩上部的斜墻的防滲功能和先前心墻防滲能力不夠的問題，在對(duì)大壩進(jìn)行防滲加固后。設(shè)計(jì)演算調(diào)洪，在設(shè)計(jì)水庫(kù)為100年一遇設(shè)計(jì)洪水位為180.55 m，按校核洪水位一萬(wàn)年一遇的洪水位為193.54 m。所以其加固后的防滲墻頂部的高程不應(yīng)該低于這個(gè)高程即193.54 m。按照校核洪水位即萬(wàn)年一遇時(shí)其波浪爬高高度為0.79 m，現(xiàn)有的防浪墻底部高程186.45 m。必須要將為使防滲體同防浪墻之間進(jìn)行緊密連接，使用高塑性黏土回填于防滲墻與防浪墻之間，防浪墻基礎(chǔ)與防滲墻基礎(chǔ)間高差不小于0.50 m，防滲墻基礎(chǔ)高。所以設(shè)計(jì)防滲墻頂高程是186.95 m。

3.3.3 加固后滲流分析

按設(shè)計(jì)防滲加固，大壩壩體滲流狀況和滲漏量有了明細(xì)的改善提升，說明設(shè)計(jì)防滲加固的效果非常明顯。

主壩段：壩后的浸潤(rùn)線在計(jì)算工況下下降到了砂層，而且壩后坡出逸比、防滲墻、降齒墻都有了明顯的降低并且滿足土體的防滲要求；滲漏量上比較加固前大壩的滲漏量減少57%，水頭的消減程度大于70%，取得了明顯的截滲效果，浸潤(rùn)線在壩后也顯著降低。

東、西副壩：大壩浸潤(rùn)線明顯降低，防滲效果明顯，滲漏量也減小，隨水位上升防滲墻的截滲效果也明顯提高；壩后的坡出逸比降、心墻、防滲墻明顯降低并且都能夠滿足設(shè)計(jì)的；副壩壩后無(wú)防護(hù)且增加了反濾保護(hù)措施。

4 結(jié) 論

(1)梳理了廣東省現(xiàn)有的土石壩工程現(xiàn)狀，滲漏特點(diǎn)，探測(cè)方法和加固手段?！吧隙孪屡拧睘橹饕行У姆罎B控制原則。

(2)防滲軸線選定為上游壩肩前，采用了黏土斜墻+塑性混凝土防滲墻的防滲加固方案。

(3)優(yōu)化了防滲墻厚度和高度，分析計(jì)算評(píng)估了加固后的防滲效果，為類似工程提供參考。