白石水庫工程建設中壩體及壩基防滲處理探討

李建霞

(江西省高安市水利局，江西 高安 330800)

白石水庫工程建設中壩體及壩基防滲處理探討

李建霞

(江西省高安市水利局，江西 高安 330800)

白石水庫始建于1964年12月，1966年5月完工，經多次加固擴建后達現有規模。水庫建成運行后為當地工農業生產和人民群眾生活發揮了較大的經濟效益和社會效益。但因歷史的原因和投資的限制，致使水庫未能達到設計標準，且工程質量差，運行中暴露出不少影響水庫安全的嚴重隱患，多年來一直控制運行，影響了工程效益的正常發揮。2009年12月江西省贛西土木工程勘測設計院對該工程進行了安全評價報告，宜春市水利局組織專家對該報告進行了審查并和安全鑒定，認為白石水庫的三大主要建筑物均存在嚴重的質量問題，屬三類病險水庫。因此對該水庫進行除險加固是非常必要的和緊迫的。文章討論了該工程中壩體及壩基的防滲處理技術。

水庫工程；壩體防滲；壩基防滲；處理技術

0 前 言

白石水庫位于高安市大城鎮高溪村委會華溪村，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的小型水庫。水庫正常高水位42.5m。水庫主要建筑物包括主壩、東副壩、西副壩、主壩涵管和溢洪道等。水庫下游有高溪、高郵兩個村委會，涉及人口2500人，耕地266.67hm2和楊村圩堤、舒高公路等設施。因此確保白石水庫正常安全運行十分重要。文章研究了白石水庫加固工程中的壩體及壩基的防滲處理技術，希望為以后同類工程提供參考借鑒。

1 工程概況

白石水庫位于高安市大城鎮高溪村委會華溪村，距大城集鎮7km，距高安市區20km，屬贛江流域錦江支流大城水。水庫中心地理位置為E115°30＇39″、N28°30＇11″，壩址以上控制流域面積為2.61km2，總庫容276.3×104m3,興利庫容226.9×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的小(1)型水庫。水庫原設計灌溉面積200hm2，本次設計灌溉面積194.8hm2，實際灌溉面積133.33hm2。水庫下游有高溪、高郵兩個村委會，涉及人口2500人，耕地266.67hm2和楊村圩堤、舒高公路等設施。

經大壩安全鑒定，白石水庫為小(1)型病險水庫。其工程建設標準低，施工質量差，存在較多隱患，長期帶病運行。水庫存在的問題較多，壩體方面的問題主要表現在以下7個方面：

1)主壩壩體填土質量較差，土層較松散，其壓實度、滲透系數均不滿足現行規范要求，且壩體滲漏嚴重。

2)主壩清基質量差，存在壩體與壩基接觸滲漏問題。

3)主壩上游現澆混凝土護坡強度低，基底脫空，破損嚴重；干砌石護坡塊石料徑小，零亂堆積，無墊層。

4)主壩浸潤線出逸點較高，下游坡貼坡排水體高度不夠。

5)主壩壩頂坑洼不平。

6)東、西副壩壩頂高程不夠、坑洼不平，無護坡和排水設施。

7)主、副壩均存在白蟻危害。

2 壩體及壩基防滲處理技術研究

根據江西省大中型水庫壩體壩基及重點堤段堤基防滲處理的經驗，良好的防滲墻能有效地降低堤壩內浸潤線，減低壩體出逸點高程[1]。針對主壩壩體壩基存在的問題，擬定二種防滲結構型式進行比較，①射水法造混凝土防滲墻；②黏土防滲斜墻。

根據白石水庫主壩壩高及上游水位差，結合現有防滲工藝，混凝土防滲墻厚度初步擬定為22cm。

黏土斜墻防滲墻厚度δ按下式公式進行計算：

δ≥ηH[J]

(1)

式中：δ為防滲厚度，m；η為防滲墻消減水頭效率系數，迎水面黏土斜墻設計取η=100%；H為設計上下游水頭差，校核工況下主壩H=43.15-34.0=9.15m；[J]為防滲墻允許滲透坡降，黏土斜墻設計取[J]=5。

經計算，采用迎水面黏土斜墻防滲時，大壩防滲斜墻厚度δ≥1.83m。

2.1 方案比較

根據白石水庫主壩壩體壩基防滲深度要求及防滲厚度計算成果，主壩壩體壩基防滲擬比較二種方案。

方案1：射水造防滲墻方案；混凝土防滲墻布置范圍為樁號0+000-0+246的壩體壩基縱斷面，全長246m。防滲墻位于壩軸線上游1.5m，防滲墻墻頂高程44.5m，墻底伸入壩基覆蓋層1.0m，設計墻厚0.22m。結合涵管重建工程，在涵管周邊采用現澆C15混凝土墻，設計墻厚0.22m，范圍為涵管中心各4m，射水造防滲墻與現澆C15混凝土墻位于同一軸線上。

方案2：黏土斜墻防滲方案；在大壩上游坡填筑黏土斜墻，斜墻布置范圍為樁號0+000-0+246的壩體及壩肩迎水面，全長246m。斜墻頂高程為44.73m，水平頂寬3.0m，底寬6.2m，迎水面坡比為1∶3.0，在樁號0+031-0+200段設置黏土截水槽，槽深2.0m，兩側邊坡比均為1∶1。黏土斜墻填筑土料密度γ≥1.49g/cm3，滲透系數K≤1×10-5cm/s，壓實度≥0.96。由于壩體迎水面壩腳地面高程低于設計死水位35.2m，因此黏土斜墻填筑前需修建擋水圍堰。圍堰內外兩側采用編織袋裝土，中部采用土料填筑，圍堰頂寬3m。

二種方案不同工程量及造價比較結果詳見表1。

表1 二種防滲方案工程量及造價比較表

從表1可以看出，黏土斜墻防滲方案比較經濟，可以節約投資；從技術方面分析，二種方案均可行；從施工方面分析，黏土斜墻使用比較廣泛，施工技術簡單，且項目區土料運距較近，土料質量合格，儲藏了豐富，因此擇優選用黏土斜墻防滲方案對大壩壩體壩基進行防滲處理[2]。

2.2 黏土斜墻防滲方案設計

主壩黏土斜墻處理樁號樁號0+000-0+246，斜墻頂寬3m，底部厚度為2.3m，結合壩頂交通需要，斜墻頂高程為44.73m，全長246m。底高程伸入砂質黏土層內1.0m，黏土斜墻坡坡比為1∶3.0。在樁號0+031-0+200段設置黏土截水槽，槽深2.0m，底部寬2.3m，兩側邊坡比均為1∶1。壩體填筑前，必須先清除壩基面所有的雜草和植物根系，壩體填筑時應分層壓實，每層填土厚度為0.2-0.3m。設計黏土斜墻滲透數K≤1×10-5cm/s，土料密度γ≥1.49g/cm3，壓實度≥0.96。

2.3 大壩加固后滲流及穩定復核計算

2.3.1 計算斷面的確定

由于大壩無任何滲透原型觀測資料，大壩的滲流安全復核僅能以理論計算為依據進行滲流安全分析評價[3]。本次選取主壩(樁好0+094)斷面進行滲流計算分析。斷面詳見主壩滲流計算斷面圖。

2.3.2 大壩滲透指標的確定

本次計算分析，主壩斷面滲透分區是以江西省宜春市水電勘測設計院的地勘報告和土工實驗為基礎，并綜合施工回憶及運行期大壩質量檢查而確定的[4]。主壩黏土斜墻均分為一個滲透區，壩體均分為一個滲透區，壩基分為兩個滲透區，各分區的滲透系數均以近期地質勘察資料實驗成果綜合取值。主壩分區的滲透系數取值見表2。

表2 大壩滲透系數分區指標表

2.3.3 允許坡降

1)壩坡出逸點允許滲透坡降：

壩坡出逸坡降臨界值按下式計算:

(1)

經計算得，大壩壩坡出逸允許滲透坡降主壩J允=0.45。

2)壩體土及壩基覆蓋層水平允許滲透坡降：

根據地勘資料，大壩壩體土及壩基覆蓋層水平允許滲透坡詳見表3。

2.3.4 滲流計算

1)程序說明

本次滲流計算分析采用北京理正軟件設計研究所編制的土石壩二維滲流計算程序，該程序求解方法是基于三角形單元的有限元法，用改進平方根法的直接解法求解線性代數方程組。

表3 大壩壩體土及壩基覆蓋層水平允許滲透坡降

2)穩定滲流計算：

荷載組合：根據規范《碾壓式土石壩設計規范》(SDJ274-2001)規定，大壩計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，一般需要計算下列水位組合情況：①上游正常蓄水位(42.5m)與下游相應的最低水位；②上游設計洪水位(42.98m)與下游相應水位；③上游校核洪水位(43.15m)與下游相應水位；在各種計算工況，主壩下游水位取壩腳地面高程34.4m。

計算結果：大壩加固后壩體穩定滲流期侵潤線位置見表4，填土及下游壩坡出逸點滲透坡降值及計算滲流量值見表5。

表4 主壩浸潤線位置表

表5 主壩加固后滲流計算坡降及滲流量表

從表5可以分析出，大壩修建防滲墻后，在各種工況下壩體中侵潤線及下游壩坡出逸點比加固前明顯降低。主壩黏土斜墻滲透坡降為2.0-2.2<[J]=5；主壩下游壩坡出逸坡降為0.25-0.28<[J]=0.45，因此主壩加固后滲透穩定滿足要求。

加固前主壩壩坡穩定是安全的(大壩安全鑒定)，因此加固后主壩壩坡穩定無需復核。

3 結 語

水利工程的存在是社會經濟發展的象征，同時也能為人們的生產生活提供極大的便利，所以對存在問題的水利工程及時維修加固，有助于延長水利工程的使用壽命，提高其經濟效益。文章主要研究了白石水庫工程建設中壩體及壩基的防滲處理技術，值得其它水利工程技術進行借鑒。

[1]田一畝.馬堵山水電站壩體和壩基防滲補強處理分析[J].陜西水利,2015(03):98-99.

[2]楊金濤.軟弱地基條件下中小拱壩后期加固處理措施研究[D].北京：清華大學,2014.

[3]李長松.某小型土石壩壩體壩基防滲處理措施[J].工程與建設,2010(02):264-266.

[4]傅梁均.王大坑水庫低彈?；炷练罎B墻施工技術[J].吉林水利,2010(06):107-110.

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2017-09-25

李建霞(1971-)，女，陜西勉縣人，工程師。