【文章內容簡介】 滲透變形。為了增強大壩的防滲性能，本次除險加固設計對壩體及基巖面以上壩基進行防滲處理。自強風化基巖面以下采用灌漿帷幕，防滲墻和灌漿帷幕的中心線均與壩軸線重合，灌漿帷幕采用單排孔，孔距 米。2) 泄水建筑物現(xiàn)狀溢洪道存在諸多問題，本次設計針對這些問題進行，例如，下游無消能防沖設施，則建立消力池（其中，包括底流消能、挑流消能及面流消能的方案比較） ；護底和原溢洪道邊墻混凝土強度不夠、表面剝落、碳化嚴重和裂縫較多，則需將這些拆除，重新加固設計；溢洪道過短，且地基為砂礫石，下游沖刷嚴重，需新建邊墻、護底。4 大壩 設計方案比較土石壩質量問題主要具體表現(xiàn)在:滲漏，滑坡和裂縫，我們一般處理滲漏的原則是“上堵下排” 。上堵的措施有垂直防滲和水平防滲。下排的措施有:在壩體背水坡腳附近開挖導滲溝、減壓井等。上游水平防滲措施一般有水平粘土鋪蓋和鋪土工膜等。它可以增加滲徑、降低滲透坡降，減少滲漏量，但不能完全截斷滲流。防滲鋪蓋的優(yōu)點是造價低、施工簡單，但當長度超過一定限度后，防滲效果并不能顯著增加。其中土要慎重，必須了解土的分布情況，厚度、干容重以及粘土下面覆蓋層的厚度、粒徑組成和透水性等；二是人工填筑粘土鋪蓋長度與壩前設計水頭比，一般有 78 倍，最大也有超過 10 倍；三是鋪蓋粘土滲透系數應小于 1000 倍地基的滲透系數；四是粘土鋪蓋要避免與河床覆蓋層滲透系數 K10cm/s 透水層接觸；五是鋪蓋粘土要封閉大壩兩側岸坡，避免繞滲。 垂直防滲方案一般有粘土截水槽、帷幕灌漿、高壓噴射灌漿、混凝土防滲墻、劈裂灌漿防滲、沖抓套井回填粘土防滲、土工合成材料防滲、射水造孔混凝土防滲等。與水平防滲相比，垂直防滲能夠可靠、有效地截斷滲流，在不完全封閉透水地基的情況下防滲效率也比水平防滲高。在技術可行、經濟合理的前提下，應優(yōu)先采用垂直防滲方案。安溝水庫大壩滲漏是由于當時施工質量控制不嚴、碾壓密實度不夠、防滲墻和截滲槽未形成連續(xù)體系等原因造成的。為從根本上解決壩體滲漏問題，需對大壩進行防滲加固處理。安溝水庫大壩為均質壩，壩體填土為低液限粘土，可采用的防滲加固主要措施有：選擇以下三種方案進行比較：方案①：大壩劈裂灌漿劈裂式切斷軟灌漿是運用壩體應力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時灌注合適的泥漿，形成鉛直連續(xù)的防滲泥墻，堵塞漏洞、裂縫或弱層，以提高壩體的防滲能力，同時通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內部應力重分布，提高壩體變形穩(wěn)定性。該方法造價低，施工相對簡單，便于操作，投資低，在對均質土壩滲漏處理中應用相對較多，但劈裂灌漿質量不易控制，處理效果與土質情況、漿液容重、灌漿壓力等因素密切相關，處理效果可靠性差。方案②：連鎖井柱防滲墻連鎖井柱是用人工分層挖井、井內分層澆筑混凝土井圈，達到基巖后，再回填素混凝土或粘性土，然后逐個相連成防滲墻。井柱直徑一般采用 —，井壁厚 —。施工時，先做主井，后作副井。井底與基巖接觸處應設齒墻。墻嵌入基巖 —。若基巖破碎，則還要設灌漿帷幕。此種防滲墻既可用于處理壩基的滲漏，又可用處理壩體的滲漏。這種防滲墻的優(yōu)點是施工中很少使用機械、施工技術較易掌握，也便于組織人力在全線多井并進作業(yè)，一縮短工期。由于施工和排水的困難，這種墻只宜用于透水層的深度不超過 20m；用于壩體防滲，則還可以深些。方案③：高壓噴射灌漿法造防滲墻。高壓噴射灌漿是利用工程鉆機，將安上特制噴嘴的注漿管下到設計要求的預定位置，然后用高壓水泵、空氣壓縮機、高壓泥漿泵將水或漿液通過噴嘴按預定方向噴射出來，沖擊破壞土體，使一部分細小土粒隨漿液冒出地面，其余土粒在噴射流束的沖擊力、離心力、重力等綜合作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和重量大小，有規(guī)律地重新排列。待漿液凝固以后，在土內形成一定形狀的固結體，固結體的形狀與噴射流移動方向有關。高噴灌漿法具有施工速度較快，固結體強度大，可靠性高等優(yōu)點，與普通灌漿法相比還具有以下特點：其在覆蓋層中不存在可灌性問題；漿液不易流失，能保證預期的加固范圍和控制固結的形狀；能在鉆孔中任何一段內施工；可以傾斜方向噴射施工；采用水泥漿液，不會造成環(huán)境和地下水的污染，且耐久性較好；施工噪聲較小。其最顯著的特點是不受庫水位的干擾。雖然方案①投資較低，但是施工質量難以保證、不可靠，且泥墻設計厚度要根據土壩土質、碾壓質量、隱患性質和壩高等情況來綜合確定，據現(xiàn)場查看，安溝水庫壩面出現(xiàn)數條橫向裂縫，其中有幾條貫穿性裂縫，在劈裂式灌漿形成帷幕的時候，因為這些橫向裂縫的存在，不僅會導致漏漿、冒漿現(xiàn)象，而且這些橫向裂縫的存在，也會使所形成的漿體帷幕質量較差。因此，該方案不適合本工程。方案②與方案③比較，二者均對大壩防滲處理有著很好的效果，在對均質土壩滲漏處理中應用較為廣泛，但是，方案③從技術的角度分析，高壓噴射灌漿形成的防滲體，多呈復合型，具有良好的防滲性能，滲水先經滲透凝結層，再進入防滲性極強的漿皮層，最后才能到達呈木紋狀的墻體核心，然后沿相反的層次穿過防滲體。由于是多層復合體，削減滲水壓力作用較為明顯，高噴灌漿施工技術要求高，防滲效果不穩(wěn)定；同時還存在入巖搭接問題，成墻不直接，整體性檢測難度大，雖施工技術參數有比較完善的經驗數據，但防滲體及防滲效果的現(xiàn)場檢測較為困難。本次防滲最大深度超過 50m，高噴灌漿的最佳深度在 40 米以內。二者比較，方案②施工便于操作，質量容易控制，且工程造價略低，且有工程經驗：丹江口水庫水利樞紐左岸為土石壩，最大壩高 56m，施工質量較差，干容重合格率低，采用連鎖井柱防滲墻處理后，防滲效果明顯，通過強的水頭損失約為 50%，故予以采用。 防滲設計 壩體防滲根據比選結果，壩體防滲采用連鎖井柱混凝土防滲墻方案。壩體施工質量較差，填土壓實不均勻，大壩質量未達到設計要求，壩體質量較差。鑒于以上嚴重情況，本設計在比較幾種防身方案的基礎上，選擇最優(yōu)方案進行防滲處理。防滲墻上至壩頂，下至壩基下 5m，且必須滿足：防滲板墻的滲透系數和防滲板墻的抗?jié)B坡降：滲透系數：K≤106cm/s；抗?jié)B坡降：Jmax＞80。防滲墻厚度的確定，根據公式：δ= △H/J式中：△H—為作用在防滲墻上的水頭差（m） ；J—滲透破壞坡降；δ—防滲墻厚度。取偏于安全工況，△H=60 ，J=80 ，計算得 δ= ，取墻厚為 。防滲墻的材料：防滲墻材料的選擇考慮以下因素，防滲墻的物理力學性能；施工機械和工藝過程要求；防滲墻厚度；材料供應條件和價格；施工經驗等。為了滿足拌合料質量、輸送、灌注的要求，拌合料和易性要好，不離析、不沉淀。水泥采用 425普通硅酸鹽水泥，卵石粒徑為 10~20mm，砂料為中粗砂，造漿粘土要求塑性指數大于 20，粒徑小于 的粘粒含量在 50%以上，含砂量小于 5%。 壩基防滲安溝水庫河槽部分壩基主要為砂卵石層和壤土，底部為寒武系白云質灰?guī)r，巖層裂隙發(fā)育，第四系土層或壩體填土接觸部位為砂卵石層，透水嚴重，根據現(xiàn)場注水試驗滲透系數為 ～，具強透水性。主壩砂卵石層之下、副壩壩基、右壩肩有～ 的強風化白云質灰?guī)r，大壩沒有形成連續(xù)的防滲體系，壩下游有多處滲水點明流和冒水翻砂現(xiàn)象,滲漏嚴重。對于砂卵石的垂直防滲措施，由于砂礫石地基透水層很深，粘性土截水槽和混凝土防滲墻的實施就有困難，可采用帷幕灌漿法。簡單來說，就是利用高速射流切割摻攪土層，改變原土層的結構和組成，同時灌入水泥漿或復合漿形成凝結體，以達到加固地基和防滲的目的。 對于基巖的垂直防滲措施，無論從施工條件、防滲效果還是工程造價，采用灌漿帷幕是很適宜的。本次設計，該部分采用灌漿帷幕進行防滲處理。帷幕灌漿孔宜采用回轉式鉆機鉆進，帷幕插入弱風化基巖深度至少一米。第一層砂礫石層以下采用帷幕灌漿。帷幕灌漿深度由地質報告提供的滲透剖面圖確定，防滲墻和灌漿帷幕的中心線均與壩軸線重合。灌漿采用單排孔，孔距 。灌漿前需在現(xiàn)場做實驗，確定灌漿參數。帷幕灌漿按分序加密的原則進行，分為三序施工。在灌漿過程中，可根據實際情況適當添加速凝劑，以達到速凝早強目的。壩基帷幕灌漿采用重復灌漿法，安排在防滲墻施工后進行，鉆孔采用回轉式鉆機鉆進，成孔后必須進行清洗、壓水，之后方可進行灌漿，幕灌漿的鉆孔灌漿按設計排定的順序，逐漸加密。兩排孔或多排孔帷幕，大都先鉆下游排，再鉆灌上游排，最后鉆灌中間排。同一排孔多按 3 個次序鉆灌。灌漿方法均采用全孔分段灌漿法。灌漿完成后，壩體內未灌漿孔用粘土球回填并導實，施工完成后按照設計要求打檢查孔，進行壓水試驗，檢查灌漿效果。 加固后大壩滲流穩(wěn)定分析 主壩加固后滲流穩(wěn)定分析1）計算模型和計算斷面選取壩體壩基以及塑性混凝土防滲墻一并進行滲流穩(wěn)定和結構穩(wěn)定分析，選擇河槽段典型橫斷面作為計算斷面，該斷面上游坡坡比自上而下為 1：、 1：、1：1：4；下游坡坡比自上而下依次為：1：1：、1：，壩高。采用平面有限元分析方法進行滲流計算，瑞典圓弧法進行邊坡穩(wěn)定計算，其中考慮了孔隙水壓力的作用，采用有效應法進行計算。大壩滲流、穩(wěn)定分析采用北京理正軟件設計研究所的分析軟件計算。2）計算理論大壩滲流計算采用平面有限元法進行計算。由于大壩已運行多年，可認為主體完全固結，采用不可壓縮滲流方程，認為滲透系數各向同性，穩(wěn)定滲流水頭函數滿足如下方程：根據達西定律和連續(xù)條件，xHkvx????ykvy????0?yx可得二維滲流方程0)()(??????yHkxk式中：， 分別為 x 向和 y 向的滲流速度；xvy， 分別為 x 向和 y 向的滲流系數；xkyH 為滲流場中某一點的滲壓水頭，m。3）分析計算工況主壩加固后滲流分析工況：工況 1：正常蓄水位 270m 與下游相應水位 242m；工況 2：設計洪水位 與下游相應水位 242m；工況 3：校核洪水位 與下游相應水位 242m；工況 4：水位驟降（校核水位降至正常蓄水位） 。4）計算參數的選取各土層計算參數采用地質報告建議值，見表 33表 33 滲透系數取值表部位 土層定名 滲透系數（cm/s） 滲透系數（m/d ）壩體填土 壤土 105 塑性混凝土墻 混凝土 106 壩基 砂卵石 103 壩基 強風化白云質灰?guī)r 104 壩基 弱分化白云質灰?guī)r 104 壩基 粉質粘土 106 壩基防滲帷幕 105 排水棱體 堆石渣料 102 5）計算結果滲流分析采用軟件計算結果有穩(wěn)定滲流場的浸潤線，水力坡降，任意點的流場數據及單寬滲流量。滲流計算結果見下頁表 44。表 44 滲流計算結果上游水位 下游水位 水頭計算工況 (m) (m) (m)防滲墻滲透坡降下游出口最大坡降防滲帷幕滲透坡降計算單寬滲流量(m3/)正常蓄水位270 242 28 設計洪水位 242 校核洪水位 242 水位驟降 降至270242 降至28 計算結果簡圖如下：工況 1：正常蓄水位 270m 與下游地面高程 242m 的穩(wěn)定滲流情況下：圖 3. 正常蓄水位大壩流網圖工況 2：設計洪水位 與下游相應水位 242m圖 4 設計洪水位大壩流網圖工況 3：校核洪水位 與下游相應水位 242m圖 5 校核洪水位大壩流網圖工況 4：水位驟降（校核水位降至正常蓄水位）圖 6 水位驟降下大壩流網圖（第四天）5） 計算成果的分析壩體滲流穩(wěn)定分析○ 1有滲流理論計算知：大壩浸潤線逸出點都在棱體排水體內，不會發(fā)生滲透破環(huán)，因此，大壩滲流穩(wěn)定滿足要求。壩基的滲流穩(wěn)定性分析○ 2根據滲流程序計算得出的流網計算，大壩下游出口最大坡降為 ，且滲透坡降都小于允許值，因此，大壩下游壩基滲流穩(wěn)定滿足要求。 加固后壩坡穩(wěn)定計算1）依據資料 壩體土的物理、力學指標（見下頁表 55）○ 1表 55 邊坡穩(wěn)定計算采用的參數C(kPa) φ( 176。)壩料濕容重（KN/m 3）飽和容重（KN/m 3） 水上 水下 水上 水下壩體壩基壤土 排水棱體 20 0 0 32 35碓石 20 0 0 32 35壩基砂卵石 0 0 32 34壩基粉質粘土 24 20 壩基強風化白云質灰?guī)r 300 300 壩基弱風化白云質灰?guī)r 800 800 防滲墻 24 24 350 350 30 30帷幕灌漿 17 17 350 350 30 30 計算斷面選取○ 2穩(wěn)定分析計算斷面采用本次設計斷面，所取斷面為大壩上主河槽最大壩高斷面。大壩計算斷面圖如下：圖 7 安溝水庫大壩典型斷面圖2） 計算方法根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》 （SL2742022） ，對大壩采用瑞典圓弧法進行抗滑穩(wěn)定計算。3）計算工況根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》 （SL2742022）的要求，并結合水庫的運行情況，計算工況為： 正常工況：○ 11 正常蓄水位時形成穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡穩(wěn)定；2 設計洪水位時形成穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡穩(wěn)定； 非常工況：○ 21 校核洪水位時形成穩(wěn)定滲流期下游壩坡穩(wěn)定；2 庫水位由校核洪水位降落至正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定；3 安溝水庫區(qū)位于地震動峰值加速度 g，相應地震基本烈度Ⅵ度。按《水工建筑物抗震設計規(guī)范》 （SL203—97）及《水庫大壩安全評價導則》 （SL258—2022）規(guī)定，對 6 度區(qū)工程可不進行抗震復核。4）壩坡穩(wěn)定分析成果安溝水庫大壩穩(wěn)定性按三級建筑物標準進行核算，安全系數滿足：正常情況不小于；非常 1 情況不小于