前夭子水庫大壩滲漏處理方案設計

吳允政，尹一光，李亞文，李眾望，趙現建

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

目前主壩右壩肩下游壩坡坡腳與主、副壩之間的低山丘陵山坡和主壩的交角處出現管涌和流土現象，壩坡與山體施工后形成的交角原狀已多處被破壞。該處滲漏隨著庫內水位的升高，滲流還會加劇。經水利部大壩安全管理中心現場核查：大壩左、右岸壩肩常年滲水，且右壩肩已發生滲透破壞；水庫右岸土體與截滲墻結合部位比較單薄，有的被水擊穿，從而發生滲透破壞，危及大壩安全；主壩截滲墻在高水位下有發生滲透破壞的可能。

1 大壩滲漏原因分析

主、副壩壩體、黃土低山丘陵均為低液限粘土，其滲透系數都小于1.0×10-4cm/s，不存在壩體滲漏問題。壩基覆蓋層多為粘土質礫和級配不良礫，其滲透性較強。原設計對其采用粘土截水槽防滲，基巖未設帷幕灌漿。由于當時施工質量難以控制，截水槽與基巖接觸面處理的不好且未深入基巖，導致粘土截水槽及沿接觸面滲漏，同時兩岸及谷底巖體為全、強風化巖石，厚度一般為3～7 m，巖石破碎，滲透率較大，也是產生滲透的主要原因。另外據大壩安全鑒定的工程質量評價，截水槽頂部在右岸壩肩及右岸土體部位深入覆蓋層0.50 m，與土體接觸的滲徑較短，可能也會發生滲漏。經以上分析，確認為大壩左、右壩肩漏水是基礎滲漏，而不是壩體滲漏，應針對壩基滲漏采取相應的工程措施。

2 防滲處理方案設計及其優缺點

針對該工程壩基基礎滲漏問題，擬定了三種防滲處理工程措施方案。方案一為在原設計主、副壩壩基粘土截水槽部位進行基巖帷幕灌漿。方案二為對主壩粘土截水槽下部基巖進行帷幕灌漿；在副壩及主副壩連接山包一級馬道上，對壩基砂礫石層進行旋噴灌漿并對旋噴防滲墻下部巖石進行帷幕灌漿。方案三為在一級馬道上對土質壩基澆筑塑性混凝土防滲墻，并對其下基巖進行帷幕灌漿。

1）方案一以大壩右壩肩滲漏點為中心，分別沿一級馬道（高程1 220.00 m）向主、副壩方向一定距離內進行帷幕灌漿。粘土截水槽位置可以大致確定本方案帷幕灌漿施工平臺高程，主壩壩基帷幕灌漿平臺高程為1 218 m左右，副壩壩基帷幕灌漿平臺高程為1 208.35～1 196.00 m，主、副壩連接段壩基帷幕灌漿平臺高程為1206 m左右。副壩與右岸岸坡巖石連接處無粘土截水槽。經分析，該方案存在以下優缺點。

優點是：在原粘土截水槽部位只進行基巖帷幕灌漿，施工造價低，節省防滲處理投資。

缺點是：①施工時需將水庫放空，下游有0.358萬hm2土地無法灌溉，按減產50%計，將減少收入約3 000萬元。②粘土截水槽與壩基巖面之間未設置混凝土蓋板，不符合現行規范的規定。③截水槽以下壩基巖石帷幕灌漿后不能徹底解決截水槽與基巖面接觸部位滲漏問題。④前夭子水庫大壩建成后一直未蓄水至正常蓄水位，壩基粘土截水槽從未在較高水位運行過，不能保證高水位時壩基不滲漏。

2）方案二壩基防滲處理措施為對主壩粘土截水槽進行旋噴灌漿，對下部基巖進行帷幕灌漿；在副壩及主副壩連接山包一級馬道上，對壩基砂礫石層進行旋噴灌漿并對旋噴防滲墻下部巖石進行帷幕灌漿。

2.1 主壩壩基防滲處理

根據原設計粘土截水槽的走向，在主壩范圍內其軸線與主壩一級馬道軸線水平距離在7 m左右。該方案考慮在原粘土截水槽部位進行旋噴灌漿，對截水槽下部基巖進行帷幕灌漿。

原設計粘土截水槽與壩基巖面之間未設置混凝土蓋板，未深入基巖面一定深度，均不符合現行設計規范，存在較大的安全隱患。為保證防滲處理措施可靠，在粘土截水槽部位進行高噴灌漿，形成旋噴防滲墻。旋噴防滲墻底部深入巖面線線以下1.00 m，頂部深入壩體3.00 m。本部位的旋噴防滲墻既能解決粘土截滲槽與基巖面連接處滲漏問題，又能有效的充當帷幕灌漿的蓋重。旋噴防滲墻下部基巖帷幕灌漿采用垂直帷幕，深入基巖0.1 L/（min·m·m）線以下5 m，灌漿孔間距1.5 m。帷幕灌漿在拓寬一級馬道上進行。

2.2 主副壩連接山包及副壩基礎防滲處理

根據地質資料揭露本部位壩體與基巖之間存在級配不良礫，其滲透性為中等透水，該方案采用旋噴灌漿對該部位進行防滲處理；壩基巖石滲透性為弱～中等透水，方案采用帷幕灌漿對該部位進行防滲處理。

旋噴防滲墻采用單排套接型式。為了徹底解決壩基滲漏問題。旋噴防滲墻底部深入巖面線線以下1.00 m，頂部深入壩體3.00 m。

旋噴防滲墻有效厚度的確定，主要取決于墻體所承受的最大設計水頭。該工程旋噴防滲墻承受的最大水頭Hmax=37.37 m，取允許水力比降J允=55，則防滲墻有效厚度B=Hmax/J允=37.37/55=0.68 m，取0.70 m。由幾何關系計算得旋噴樁樁距為0.7 m，樁徑為1.00 m。旋噴灌漿在拓寬一級馬道上進行。

根據地質資料揭露，大壩基礎巖石局部還存在強透水區域。須對此區域壩基防滲墻以下巖石進行帷幕灌漿。灌漿深度為深入0.1 L/（min·m·m）線以下5 m。帷幕灌漿采用單排，灌漿孔間距為1.5 m，局部透水率大的部位加密至間距1 m。為保證帷幕灌漿與旋噴防滲墻連接可靠避免接觸處產生滲漏，帷幕灌漿高程設在旋噴防滲墻底部以上2 m處，保證二者搭接長度為2 m。

經分析該方案存在以下缺點：

缺點是：①高噴鉆孔深度最深處為37.00 m，最淺處為24.4 m，鉆孔旋噴難度較大，成墻效果很難保證。②工程為地震區，地震動峰值加速度為0.15 g。剛性防滲體在地震荷載作用下應力大，壩體及基礎接觸部位防滲墻易被折斷。

2.3 方案三塑性混凝土防滲墻及基巖帷幕灌漿方案

該工程地處7度地震區，建基面以下存在級配不良礫層，基礎巖石為花崗片麻巖，屬于硬巖，采用塑性混凝土防滲墻能更好的適應應力變形及抗震要求，抗滲性能好，變形模量低，極限應變值大，適應變形能力強。

該工程混凝土防滲墻承受的最大水頭Hmax=33.30 m，取允許水力比降J允=50，則防滲墻厚度B=Hmax/J允=33.30/50=0.67 m，取墻厚 0.70 m。

該工程防滲墻塑性混凝土分為壩基塑性混凝土和壩體塑性混凝土。壩基塑性混凝土的主要作用為壩基防滲，壩體塑性混凝土的主要作用為保證壩體開槽部位的填充達到較好的效果，同時兼有防滲功能。壩體塑性混凝土和壩基塑性混凝土的分區以壩基以上5 m處作為分界線。

對于大壩基礎巖石局部存在的強透水區域進行帷幕灌漿。灌漿深度為深入0.1 L/（min·m·m）線以下5 m。帷幕灌漿采用單排，灌漿孔間距為1.5 m，局部透水率大的部位加密至間距1 m。為便于基礎巖石灌漿，在防滲墻澆筑時預埋φ100 mm鑄鐵管。

該方案的優點是能夠徹底的解決壩基滲漏問題，處理措施安全可靠。

3 防滲處理方案選擇

綜合以上分析，方案一雖然因地制宜的考慮了工程措施，但是經過深入分析該方案并不能徹底解決壩基滲漏問題并且施工難度大、效益差。方案二和方案三投資差別不大，方案三能夠徹底解決壩基滲漏問題，相對方案二更加可靠，施工難度更小。因此采用方案三（塑性混凝土防滲墻及基巖帷幕灌漿方案）為大壩防滲處理方案。