蔡聯(lián)華

（欽州市水利電力勘測設計院，廣西欽州 535000）

六鳳山水庫50 m高土壩的防滲設計與施工

蔡聯(lián)華

（欽州市水利電力勘測設計院，廣西欽州 535000）

針對廣西第一高土壩——六鳳山水庫大壩的除險加固防滲工程，分析了該工程的地質(zhì)條件和土壩特點，提出了幾種設計方案，并通過比選采用了塑性砼心墻防滲方案。介紹了塑性砼心墻的施工方案、施工機械選擇及施工工序等技術問題。并針對由于該土壩填筑質(zhì)量差、砂性較強而造成施工過程中屢次出現(xiàn)塌孔的現(xiàn)象，提出了一系列處理措施，使得塑性砼心墻的施工得以順利完成。其施工技術可為同類工程提供參考。

土壩；防滲設計；塑性砼心墻施工；塌孔處理

1 工程簡介

六鳳山水庫位于廣西欽州市浦北縣龍門鎮(zhèn)境內(nèi)，距浦北縣城27 km。是一座以灌溉為主的?。?）型水庫工程。水庫集雨面積為5.0 km2，設計灌溉面積533 hm2。樞紐工程等別為Ⅳ等，主要水工建筑物級別為4級。水庫采用的洪水標準為：50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。設計洪水位為97.68 m，校核洪水位為98.60 m，正常蓄水位為95.00 m，死水位為60.00 m。水庫總庫容為422×104m3，有效庫容為324×104m3，死庫容為6×104m3。

六鳳山水庫大壩最大壩高50.50 m，為廣西第一高土壩。大壩安全鑒定為三類壩。如垮壩將影響下游的5個村委和6所學校共30 000人、耕地1 067 hm2，以及浦北縣城—北海市的二級公路5 km。

六鳳山水庫樞紐工程于1969年11月動工興建，至今已有42年。樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物組成。大壩壩型為均質(zhì)土壩，壩頂長度150.40 m，壩頂高程100.16 m，最大壩高50.50 m，壩頂寬4.05 m。上游壩坡坡比1∶2.75，下游壩坡坡比自下而上分別為1∶2.9，1∶2.85，1∶2.57，1∶2.0，設3級平臺，平臺高程自下而上分別為68.9，80.70，88.77 m，平臺寬2.0 m。下游壩坡為草皮護坡。下游壩腳設有排水棱體，頂高程為55.08 m。溢洪道位于大壩左側(cè)的山頭，堰型為開敞式寬頂堰。溢洪道寬8 m，總長271.20 m。輸水隧洞位于大壩右岸，輸水隧洞及進出口段全長317.78 m。六鳳山水庫樞紐布置見圖1。

2 大壩工程地質(zhì)概況［1］

2.1 壩體填土（Qs）

壩體填土材料來源于壩址附近的殘坡積土，為黏土質(zhì)砂。雖然局部顏色、礫石含量及黏性大小有所差異，但未見明顯分層，根據(jù)地勘資料，其主要特征如下：

填土以黏土質(zhì)砂為主，黃色、黃褐色夾灰黃色，浸潤線以上土層一般呈干－稍濕，堅硬狀態(tài)，較松散，重型圓錐動力觸探擊數(shù)為2～3擊，標準貫入錘擊數(shù)為2～6擊。浸潤線以下土層一般較濕，土層呈可－硬塑狀態(tài)，較密實，重型圓錐動力觸探擊數(shù)為4～6擊；礫成分為石英，據(jù)土工試驗，礫含量為18.6%～19.9%，砂含量41.1%～47.7%，粉粒含量為22.0%～27.2%，黏粒含量為6.6%～18.3%。填土最優(yōu)含水率為13.8%，最大干密度為1.86 g／cm3，壓實度僅為81%。壩體填土質(zhì)量較差。大壩填土基本順著原河谷填筑，兩側(cè)壩肩填土層厚度較薄，厚度一般為5～20 m，大壩中心部位填土層最厚，為50.5 m。

2.2 印支期堇青石花崗巖（γ15）

灰、灰白色（風化呈黃、黃褐色），塊狀構(gòu)造、中粗粒結(jié)構(gòu)，屬酸性侵入巖，呈大型巖基產(chǎn)出，由鉀長石、斜長石、石英、堇青石組成，巖石風化后微小裂隙發(fā)育。主要分布于庫盆、壩址兩岸山坡及壩基。壩址區(qū)分為強風化帶和弱風化帶。

強風化帶：原巖顏色大部分改變?yōu)辄S色、黃褐色，由疏松至半疏松巖石夾硬至半硬巖石組成，巖體完整性差，巖石多呈碎塊狀。

弱風化帶：巖性均一，巖體顏色與原巖顏色基本一致，僅沿裂隙面風化呈灰黃色或鐵鈣色，強度較高，透水性弱。

圖1 六鳳山水庫樞紐布置圖Fig.1 Layout of the Liufengshan Reservoir

2.3 大壩各巖土層滲透試驗成果

大壩各巖土層滲透性試驗主要為現(xiàn)場注水試驗和室內(nèi)滲透試驗，現(xiàn)場注水試驗共進行了22段，壓水試驗進行6段。室內(nèi)滲透試驗共進行14次試驗。大壩各巖土層滲透試驗成果見表1。

從滲透試驗成果看，大壩填土現(xiàn)場注水滲透系數(shù)在7.5×10－5～5.8×10－3cm／s之間，平均值為1.55×10－3cm／s，大值平均值為4.2×10－3cm／s。室內(nèi)滲透試驗滲透系數(shù)在3.9×10－4～1.9×10－3cm／s之間，平均值為1.1×10－3cm／s，大值平均值為1.9×10－3cm／s。大壩土體屬中等透水。強風化基巖透水率為7.8～11.2 Lu，平均值為9.6 Lu，其大值平均值為10.5 Lu，為中等透水層，透水性主要與節(jié)理裂隙發(fā)育程度有關。弱風化基巖透水率為3.7～4.6 Lu，平均值為4.2 Lu，大值平均值為4.4 Lu，為弱透水層。

表1 大壩滲透試驗成果統(tǒng)計Table1 Statistics of the results of seepage tests on the dam

根據(jù)歷年來的滲流觀測資料，壩下游坡左側(cè)，高程為72.1 m處有一集中滲水點，滲漏量為0.6 L／s，滲潤面積為50 m2。從土工試驗成果看，壩體土體壓實度僅為81%，說明大壩土的填筑密實度差，土質(zhì)差，是導致壩體滲透系數(shù)偏大和造成滲漏險情的主要原因。

六鳳山水庫大壩地質(zhì)縱、橫剖面圖分別見圖2、圖3。

2.4 大壩各巖（土）層物理力學指標

大壩各巖（土）層物理力學指標建議值見表2。

圖2 六鳳山水庫大壩地質(zhì)縱剖面圖Fig.2 Longitudinal profile of the geological condition of Liufengshan reservoir dam

圖3 六鳳山水庫大壩地質(zhì)橫剖面圖Fig.3 Transverse profile of the geological condition of Liufengshan reservoir dam

表2 大壩各巖（土）層物理力學指標建議Table2 Suggested values of the physical properties of each rock（soil）layer of the dam

3 大壩防滲設計方案［2］

針對大壩存在的滲漏問題，考慮了以下防滲處理方案。

3.1 高壓擺噴灌漿方案

大壩防滲方案為：壩體防滲采用高壓擺噴灌漿處理，壩基防滲采用水泥漿帷幕灌漿處理。

高噴灌漿樁號從0＋007.6至0＋158，總長150.4 m。灌漿孔布置為2排，最終孔距和排距均為1.6 m，共布孔189個。帷幕灌漿孔底高程深入至巖石下限至單位透水率q≤5 Lu線以下1.0 m。灌漿總進尺為5 181 m，最大孔深55.13 m。高噴灌漿與帷幕灌漿的搭接長度為2 m。設計壩體滲透系數(shù)要求k≤1×10－5cm／s。壩基帷幕灌漿設計要求透水率q≤5 Lu。

3.2 黏土斜墻方案

大壩防滲設計方案為：于大壩上游面增設防滲黏土斜墻，上游坡比1∶3.3，斜墻頂部厚度3 m，底部厚度11 m，黏土斜墻總方量11.8×104m3。設計斜墻滲透系數(shù)要求k≤8.0×10－5cm／s。

3.3 塑性砼心墻方案

大壩防滲設計方案為：壩體防滲采用塑性砼心墻，壩基防滲采用水泥漿帷幕灌漿。

塑性砼防滲墻從樁號0＋004至0＋134.4，總長130.4 m，防滲墻沿壩頂中心線布置，底部澆筑至壩體與壩基接觸面以下1 m，頂部澆筑至上游正常水位以上0.5 m，墻厚0.8 m，防滲墻最大高度46.84 m，最大孔深51.5 m，防滲墻總面積4 550 m2。塑性砼防滲墻的設計指標為：28 d彈性模量800 MPa，抗壓強度3.5 MPa，滲透系數(shù)k≤1×10－7cm／s。

帷幕灌漿沿壩頂中心線布置，從樁號0＋004至0＋134.4，總長130.4 m，終孔距離為2.4 m，帷幕灌漿孔底深入5 Lu線以下1.0 m。帷幕灌漿總進尺為330 m，最大深度5.1 m。壩基帷幕灌漿設計要求透水率q≤5 Lu。

3.4 大壩防滲設計方案比選

高壓擺噴灌漿方案最大孔深達55.13 m，即使采用先進鉆機，也難保證偏斜率小于1.2%，此時，則單孔的終孔偏差就有0.66 m，兩孔偏差就有可能達到1.3 m以上，高噴灌漿就有可能搭接不上。故考慮到鉆孔的垂直度偏差，高噴灌漿質(zhì)量難以保證，放棄了高壓擺噴灌漿方案。

由于黏土斜墻方案需要大量黏土，土料場距離有10 km之遙，且經(jīng)土工試驗，土料滲透系數(shù)只有0.5×10－4cm／s，不滿足防滲要求，故黏土斜墻方案也被否決。最終選擇了塑性砼心墻方案進行防滲處理。

4 塑性砼心墻施工方案

4.1 挖槽機械選擇

六鳳山水庫塑性砼心墻設計最大槽挖深度51.5 m。目前國內(nèi)成槽設備機械主要有液壓抓斗型、液壓銑槽型、沖抓樁孔型等。液壓抓斗型成槽方法的特點是成槽泥漿用量少，一般地質(zhì)覆蓋層均可使用。根據(jù)設備性能和設計槽挖深度，選用SG35A型液壓抓斗機，最大槽挖深度達60 m，可滿足本工程需要。

4.2 總體施工方案

主壩原壩頂高程為100.16 m，壩面寬4.05 m。原壩面寬度不能滿足塑性砼防滲墻施工要求，故將主壩壩頂高程降低為98.00 m，作為塑性砼防滲墻施工平臺，平臺寬8.0 m。塑性砼防滲墻頂高程為95.50 m，比正常水位高出0.5 m。SG35A型液壓抓斗機成槽作業(yè)由大壩右側(cè)0＋134.4 m樁號向大壩左側(cè)0＋004 m樁號推進。

4.3 施工工序

首先把防滲墻劃分成若干施工槽段，每槽段6 m。然后劃分Ⅰ，Ⅱ序槽段，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。施工工序為：測量定位→導墻建造→抓孔成槽→清底→灌注混凝土。六鳳山水庫大壩塑性砼心墻造孔施工槽段劃分情況見圖4。

5 塌孔處理

由于六鳳山水庫大壩較高，加上該工程開工建設時沒有科學選擇土料，采用附近花崗巖風化料筑壩，大壩填土為黏土質(zhì)砂，砂礫含量較高，粉粒和黏粒含量少，加之施工質(zhì)量差，以致在本次除險加固塑性砼防滲心墻造孔施工過程中多次出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，先后共塌孔18次，其中河床部位6個槽孔塌孔15次，占83%。塌孔時孔深在20 m以上者有10次，20m以下8次。塌孔時最淺孔深9.2 m，最深35.6 m，平均21.3 m。六鳳山水庫塑性砼心墻造孔施工中出現(xiàn)的塌孔情況詳見表3。

表3 六鳳山水庫塑性砼心墻造孔施工中的塌孔情況Table3 Hole-collapses during the construction of plastic concrete core wall of Liufengshan reservoir dam

通過采取以下辦法，成功處理了六鳳山水庫塑性砼心墻造孔施工過程中出現(xiàn)的塌孔問題：①先采取加濃漿液、漿液摻木屑等措施；②上述措施無效后，再采用充填灌漿護孔；③上述2種辦法均無效時，采用高壓旋噴灌漿護孔。

6 結(jié) 語

對于六鳳山水庫這樣壩高超過50 m的土壩，采用塑性砼心墻進行防滲加固是一種可靠和有效的工程措施。但是對于擬加固的壩體壓實度差或大壩填土含砂礫較多的情況，心墻造孔過程中容易出現(xiàn)塌孔，嚴重影響塑性砼心墻的施工進度和質(zhì)量。此時應采取適當措施，防止塌孔，保證心墻順利實施。本文提供的方法可供同類工程參考。

［1］ 欽州市水利電力勘測設計院.廣西浦北縣六鳳山水庫除險加固工程地質(zhì)報告［R］.欽州：欽州市水利電力勘測設計院，2007.（Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute.Reporton the Geology of Liufengshan Reservoir Reinforcement Project，Pubei County，Guangxi［R］.Qinzhou：Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute，2007.（in Chinese））

［2］ 欽州市水利電力勘測設計院.廣西浦北縣六鳳山水庫除險加固工程初步設計報告［R］.欽州：欽州市水利電力勘測設計院，2007.（Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute.Report of the Preliminary Design of Liufengshan Reservoir Reinforcement Project，Pubei County，Guangxi［R］.Qinzhou：Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute，2007.（in Chinese） ）

（編輯：周曉雁）

Design and Construction of Seepage Control for the 50m-High Earth Dam of Liufengshan Reservoir

CAILian-hua
（Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute，Qinzhou 535000，China）

In the reinforcement design for Liufengshan Reservoir dam，the tallestearth dam in Guangxi，we selected a seepage control scheme of plastic concrete core wall in the light of the engineering geological conditions and characteristics of the earth dam.Moreover，inadequate filling compaction quality and large sand content of the dam usually resulted in hole collapses during the construction of the impermeable plastic concrete corewall.We adopted a series of countermeasures，including increasing the slurry’s density and adding sawdust in the slurry，filling grouting，and high-pressure rotary jet grouting.In addition，we described the construction program of plastic concrete core wall and the selection of construction machinery used in the project.It could be taken as reference for similar projects.

earth dam；seepage control design；construction of plastic concrete core wall；treatment of hole collapse

TV543

B

1001－5485（2012）09－0064－05

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.09.015

2011－08－27；

2011－12－13

蔡聯(lián)華（1952－），男，廣西合浦人，高級工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設計工作，（電話）0777－2826189（電子信箱）linva＠126.com。