某大壩存在問(wèn)題及處理方案比選

2023-06-16 03:01:42翟義亭

河南水利與南水北調(diào) 2023年5期

翟義亭

（河南省寧陵縣水利局工程隊(duì)，河南寧陵 476700）

1 工程現(xiàn)狀

某水庫(kù)建成于1978 年。根據(jù)安全評(píng)價(jià)調(diào)洪成果：30 年一遇設(shè)計(jì)水位145.55 m，相應(yīng)庫(kù)容17.30萬(wàn)m3；300年一遇校核水位145.66 m，相應(yīng)庫(kù)容17.60 萬(wàn)m3；水庫(kù)起調(diào)水位144.20 m，相應(yīng)庫(kù)容14.10 萬(wàn)m3；原設(shè)計(jì)興利水位143.40 m，興利庫(kù)容11.50萬(wàn)m3；死水位135.80 m，死庫(kù)容0.70萬(wàn)m3。主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水洞等。

大壩為黏土心墻壩，壩長(zhǎng)83.00 m，壩頂寬3.40～4.00 m，壩頂高程145.30～145.50 m，最大壩高14.80 m，心墻頂部高程139.80 m。壩頂路面為土路面，無(wú)防浪墻。上游坡坡比1：3，未護(hù)坡。下游坡坡比1.00：2.20，無(wú)排水溝，壩腳設(shè)有棱體排水，排水體塊石松動(dòng)、脫落。

2 存在問(wèn)題

2.1 防洪能力不滿足規(guī)范要求

現(xiàn)狀壩頂高程復(fù)核成果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)狀大壩壩頂高程核算表

現(xiàn)狀壩頂高程為145.30～145.50 m。計(jì)算結(jié)果表明，現(xiàn)狀壩頂高程低于計(jì)算壩頂高程，壩頂高程不滿足規(guī)范要求。心墻頂部高程為139.80 m，低于設(shè)計(jì)及校核洪水位，不滿足規(guī)范要求。大壩實(shí)際抗洪能力不能抵御30年一遇和300年一遇洪水。水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)需將大壩防洪能力提高到安全標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 壩體填筑質(zhì)量問(wèn)題

某水庫(kù)大壩為黏土心墻壩，心墻外壩體填土由殘積土與風(fēng)化砂組成，其密實(shí)度根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》主要按孔隙比和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。根據(jù)取樣分析結(jié)果，除個(gè)別樣外，e值一般大于0.74，填土的密實(shí)度應(yīng)劃分為稍密。而標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N 值顯示均在6～8 擊，填土的密實(shí)度劃分為稍密。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察，壩體填土密實(shí)度劃分為松散～稍密。

黏土心墻填筑土的質(zhì)量：采取10組原狀填土樣室內(nèi)分析，干密度最小值為1.46 g/cm3，最大值為1.59 g/cm3，平均值為1.53 g/cm3。由壩體填土取樣擊實(shí)試驗(yàn)，最大干密度為1.65 g/cm3，（由規(guī)范小水庫(kù)干密度設(shè)計(jì)值為1.65 g/cm3×0.96＝1.58 g/cm3）與規(guī)范要求1.58 g/cm3比較，合格率為20%，壓實(shí)度為0.91，說(shuō)明黏土心墻填筑質(zhì)量不滿足規(guī)范要求。

2.3 壩體及壩基滲漏問(wèn)題

2.3.1 壩基滲漏

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，大壩壩基為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，透水率q為2.15～3.50 Lu，平均值為2.83 Lu，屬弱透水。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.9 條，3 級(jí)及其以下的大壩壩基透水率5～10 Lu，基巖可視為相對(duì)不透水層。據(jù)此認(rèn)定壩基滲透穩(wěn)定性滿足要求。

2.3.2 壩體滲漏

計(jì)算工況：工況1為正常蓄水位144.20 m，下游無(wú)水；工況2 為設(shè)計(jì)洪水位145.55 m，下游無(wú)水；工況3 為校核洪水位145.66 m，下游無(wú)水。①根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》第6.4.5條，防滲體頂部高程應(yīng)高出正常運(yùn)用的靜水位0.30 m以上，非常運(yùn)用情況應(yīng)不低于非常運(yùn)用的靜水位?，F(xiàn)狀大壩心墻頂部高程為139.80 m，以上3種工況水位均高于心墻頂部高程，不滿足規(guī)范要求，可不進(jìn)行滲流安全復(fù)核。②壩體心墻滲透系數(shù)為1.80×10-4～8.40×10-4cm/s，呈中等透水性，不滿足規(guī)范“心墻滲透系數(shù)不大于1.00×10-5cm/s”的防滲要求。

3 防滲加固處理方案比選

3.1 方案①土壩劈裂灌漿

方案①土壩劈裂灌漿是運(yùn)用壩體應(yīng)力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時(shí)灌注合適的泥漿，形成鉛直連續(xù)的防滲帷幕，堵塞與劈裂縫連通的洞穴、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力；同時(shí)，通過(guò)漿壩互壓和濕陷使壩體內(nèi)部應(yīng)力得到調(diào)整，提高壩體變形穩(wěn)定性。劈裂灌漿具有機(jī)理明確、工藝合理、防滲效果好、施工工期短、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)（折算130元/m2）。劈裂灌漿技術(shù)主要適合于處理存在壓實(shí)質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的粉細(xì)砂及土砂夾層透水地基。但它也有一定的局限性：①對(duì)于粗砂及卵礫石壩基，因其土層結(jié)構(gòu)性差，形不成連續(xù)劈裂，巖基無(wú)法劈裂。②在高水頭情況下進(jìn)行灌漿，效果較差。

3.2 方案②深層攪拌水泥土防滲墻

技術(shù)特點(diǎn)：①施工工效高，施工工效平均可達(dá)13.20 m2/臺(tái)時(shí)。②成墻造價(jià)稍高，約118元/m2。③施工工藝較簡(jiǎn)單，不需開(kāi)槽，無(wú)塌孔、護(hù)壁、回填、夯實(shí)等問(wèn)題。④成墻效果好，墻體厚度均勻連續(xù)，墻體厚度滿足防滲要求（樁機(jī)機(jī)頭直徑為400～500 mm），墻體深度可達(dá)30 m。常用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土、亞黏土等土層中。

3.3 方案③澆筑塑性混凝土防滲墻

混凝土防滲墻是水工建設(shè)中較普遍采用的一種地下連續(xù)墻，是透水體防滲處理的一種有效措施，混凝土防滲墻是利用專用的造槽機(jī)械設(shè)備營(yíng)造槽孔，并在槽內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆筑混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。塑性混凝土是用膨潤(rùn)土取代普通混凝土中的部分水泥而形成的一種柔性墻體材料，它比普通混凝土的彈性模量小得多，與周圍的土體變形模量相近，有較好的變形適應(yīng)性，大大減少了墻體內(nèi)的應(yīng)力，避免了開(kāi)裂。適宜于各種地質(zhì)條件，且能在基巖上成墻。這種方案，處理壩體及壩基接觸滲漏徹底，防滲效果好，但造價(jià)較高（約410元/m2）。

3.4 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

根據(jù)工程大壩存在問(wèn)題，經(jīng)以上綜合比較分析，方案①黏土心墻頂部高程過(guò)低，心墻外壩體填土密實(shí)性差，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)較疏松，采用劈裂灌漿處理無(wú)法形成連續(xù)劈裂，難以成墻，且防滲效果不如方案②及方案③；方案③防滲效果好，但投資大，施工速度慢；方案②可處理壩體滲漏及接高黏土心墻，且在對(duì)土壩滲漏處理中應(yīng)用較多，有成熟的理論作指導(dǎo)，又有熟練的施工經(jīng)驗(yàn)，質(zhì)量容易控制，施工工期短，處理效果好，且工程造價(jià)較低，能將工程險(xiǎn)情處理徹底。經(jīng)以上綜合比較分析，故設(shè)計(jì)采用深層攪拌樁方案。3種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。