摘要：本文首先介紹了大壩存在的問(wèn)題，然后提出三種防滲加固方案,并進(jìn)行了優(yōu)選，最后介紹了防滲墻結(jié)構(gòu)布置和滲透計(jì)算以及說(shuō)明了混凝土防滲墻的技術(shù)參數(shù)，本文是個(gè)人的一些見(jiàn)解和觀點(diǎn)，希望同行業(yè)工作人員參考。
關(guān)鍵詞： 水庫(kù)； 防滲墻； 改造設(shè)計(jì)；
中圖分類號(hào)：TV697 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、大壩存在的問(wèn)題分析
從目前排水減壓井的運(yùn)行情況來(lái)看，其排滲減壓效果有逐年降低的趨勢(shì)，從減壓井出日淤積泥樣分析，大量的 Ca 和 Mg 離子己從水泥防滲帷幕中離析，估計(jì)防滲帷幕已遭到嚴(yán)重破壞。另外從外觀上觀察，在大壩下游坡和壩腳先后發(fā)現(xiàn)塌陷、變形等問(wèn)題，估計(jì)是大壩滲透破壞的結(jié)果。影響壩基滲透穩(wěn)定的土層主要是厚 4~5m 砂壤土層（心墻下上層己挖除）和厚 5~7m的砂卵礫石層。其中砂壤土層的滲透系數(shù)雖然較小，但其分散度為 30.8%~97.2%，屬分散性土，滲透破壞比降較小。砂卵礫石層的滲透系數(shù)為 1.02×10-3~8.19×10-3（cm/s），屬中等透水性，壩基不同位置和不同高程的砂礫料其級(jí)配分布很不一致，并且大部分土的級(jí)配組成較差，其不均勻系數(shù)較大，有部分土還缺乏中間料徑。由此可見(jiàn)，壩基土料多數(shù)屬管涌土，這是導(dǎo)致壩基土產(chǎn)生滲透變形的主要因素。
從水工觀測(cè)資料分析看，壩基和上游的鋪蓋水力坡降雖小于破壞水力坡降，但仍有局部大于設(shè)計(jì)允許水力坡降。大壩心墻與上游壩殼均采用粘土填筑，粘土中含礫較多，且土質(zhì)不均，上部卵礫粘土層透水性強(qiáng)，滲透系數(shù) Kn=1.60×10-5~3.11×10-1（cm/s），下部含礫粘土層分散度為 0~91%，其中分散度大于 50%的土樣占 24.3%，且不同高程均有分布。心墻填土的平均干密度為 1.55g/m3，含水量為 24.5%，該填料的最大干密度為 1.71g/m3，最優(yōu)含水量為 17.2%，填土的平均壓實(shí)度僅為 0.906，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)，故大壩填土密實(shí)度偏低，含水量偏高，其填筑質(zhì)量欠佳。從上述指標(biāo)看，心墻土也存在滲透穩(wěn)定問(wèn)題。
二、防滲形式的選擇問(wèn)題分析
根據(jù)大壩的結(jié)構(gòu)型式和滲透破壞情況，大壩防滲加固型式擬定三個(gè)方案進(jìn)行比較，即迎水面低彈模砼防滲墻+復(fù)合土工膜方案、迎水面低彈模砼防滲墻+砼面板方案、壩頂?shù)蛷椖ｍ欧罎B墻方案。
1、低彈模砼防滲墻+復(fù)合土工膜方案。該方案低彈模砼防滲墻布置于壩體迎水面 26.16m 高程處，防滲墻底伸至弱風(fēng)化基巖 0.5m，在 26.16m 高程以上壩坡設(shè)置復(fù)合土工膜，土工膜底部與防滲墻搭接，頂部伸入壩頂防浪墻內(nèi)，土工膜上設(shè)砼預(yù)制塊保護(hù)。由于迎水面壩體材料為重壤土，為保證庫(kù)水位聚降迎水坡穩(wěn)定，復(fù)合土工膜后設(shè) 15cm 厚無(wú)砂混凝土，并在防滲墻與復(fù)合士工膜搭接位置設(shè)排水體，滲漏水通過(guò)設(shè)在兩岸的集水井抽排至大壩下游排水溝。
2、迎水面低彈模砼防滲墻+砼面板方案。該方案低彈模砼防滲墻也布置于壩體迎水面 26.16m 高程處，防滲墻底伸至弱風(fēng)化基巖 0.5m，在 26.16m 高程以上采用 C25 砼面板，26.16m 高程處設(shè) C25 砼趾板與防滲墻相接，砼面板頂部與防浪墻相連，并設(shè)止水形成封閉性防滲。面板后設(shè) 15cm厚無(wú)砂混凝土，并在趾板下游側(cè)設(shè)排水體，滲漏水通過(guò)設(shè)在兩岸的集水井抽排至大壩下游排水溝。
3、壩頂?shù)蛷椖ｍ欧罎B墻方案。該方案防滲墻軸線布置于原壩軸線下游 0.4m 處，墻厚 0.8m，防滲墻高程 35.06m，與防浪墻相連，下伸至弱風(fēng)化基巖 0.5m。由于壩址區(qū)內(nèi)存在著白蟻危害，故方案一采用復(fù)合土工膜對(duì) 26.16m 高程以上壩體進(jìn)行防滲處理，其耐久性和可靠性要差于方案二、方案三，另外從投資來(lái)看方案一也比方案三多141.7 萬(wàn)元；方案二采用低彈模砼防滲墻+砼面板方案和方案二采用壩頂?shù)蛷椖ｍ欧罎B墻方案均能較徹底的解決大壩的防滲問(wèn)題，但方案三投資要小于方案二，且方案三施工工種單一，防滲接頭少，質(zhì)量容易保證。綜合考慮加固處理的可靠性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)因素，推薦采用壩頂?shù)蛷椖ｍ欧罎B墻方案。
三、防滲墻結(jié)構(gòu)布置問(wèn)題分析
水庫(kù)土壩采用低彈模砼防滲墻加固，防滲墻主要作用為壩基和壩體防滲，墻體軸線布置在壩軸線下游0.4m處。防滲墻設(shè)計(jì)成封閉式，厚80cm，底部伸入弱風(fēng)化層內(nèi)0.5m，最低高程約-4.84m，頂高程35.06m，上與防浪墻相接，最大高度40m。防滲墻與左岸岸坡采用混凝土齒墻連接，防滲墻與右岸泄洪閘擋墻采用倒掛井防滲墻的方式連接。
四、防滲墻的滲透計(jì)算分析
因防滲墻的滲透系數(shù)很小，滲流通過(guò)墻體后水頭損失較大，浸潤(rùn)線形成很大的跌落。近似假設(shè)浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)即為下游水面與防滲墻的交點(diǎn)，忽略上游壩體產(chǎn)生的水頭損失和墻下基巖表面的滲流。則通過(guò)防滲墻的滲流量為：
Q=LKc（ H12-h2） /2δ=0.667×575×s×10-7（39.872-202）/（2×80）=1.4×10-3m3/s
防滲墻承擔(dān)水頭：H=39. 87-20=19.87m≈20m
防滲墻的最大水力梯度 Jmax=Jp×K=20/0.8×5 =125，安全系數(shù) K=5。
根據(jù)德國(guó)貝伊爾和斯特羅伯測(cè)得塑性混凝土抗化學(xué)溶蝕破壞的水力梯度為 300；國(guó)內(nèi)的一些試驗(yàn)表明，配合比合適的塑性混凝土抗機(jī)械破壞的水力梯度也可超過(guò) 300。因此水庫(kù)低彈模砼防滲墻的破壞水力梯度 Jmax=125 完全能夠做到。
五、低彈模砼防滲墻的技術(shù)參數(shù)分析
墻體的彈性模量與其承受的應(yīng)力存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，彈性模量越小，防滲墻與周圍土體的變形協(xié)調(diào)越好，墻體承受的應(yīng)力越小，反之亦然。為提高混凝上防滲墻的安全性，一方面要盡量降低混凝土的彈性模量（或變形模量），另一方面應(yīng)盡量提高混凝土的強(qiáng)度，即降低彈性模量和抗壓強(qiáng)度的比值（模強(qiáng)比）。因此在確定墻體材料時(shí)應(yīng)使其模強(qiáng)比小于計(jì)算值。混凝土的模強(qiáng)比與水泥用量有直接的關(guān)系，當(dāng)水泥用量減少時(shí)，混凝土的模強(qiáng)比變小，對(duì)墻體受力有利。但隨著水泥用量的減少，其滲透系數(shù)變大、滲透比降變小，從而影響了防滲墻的抗溶蝕性和耐久性，因此防滲墻的模強(qiáng)比也不是越小越好。
近年來(lái)，人們對(duì)砼耐久性問(wèn)題越來(lái)越重視，在水庫(kù)混凝土防滲墻設(shè)計(jì)中，要求在滿足混凝土模強(qiáng)比的前提下，盡量提高混凝土的強(qiáng)度。根據(jù)水庫(kù)防滲墻的計(jì)算 ， 當(dāng)砼墻體彈模 大于5,000MPa 時(shí)，墻體將出現(xiàn)拉應(yīng)力。由于低彈模砼抗拉強(qiáng)度很低，也不宜配鋼筋，因此要求混凝土防滲墻的彈模須小于5,000MPa 。而在此條件下，考慮混凝土防滲墻的耐久性，確定二組指標(biāo)控制：（ l ） 彈 性 模 量 E28≤2,000MPa ， 抗 壓 強(qiáng) 度R28≥6.0Mpa；相應(yīng)的模強(qiáng)比 K=333 小于計(jì)算值 K=336。（ 2 ） 彈 性 模 量 E28≤3,000MPa ， 抗 壓 強(qiáng) 度R28≥8.0MPa。相應(yīng)的模強(qiáng)比 K=375 小于計(jì)算值 K=400。
塑性混凝土防滲墻指摻入了粘土等材料的彈性模量在1000MPa 以下的墻體，水庫(kù)混凝土防滲墻的彈性模量大于1000MPa，界于塑性和剛性之間，暫稱為低彈模砼防滲墻。根據(jù)水庫(kù)砼防滲墻的水力梯度、高度、受力特點(diǎn)及施工因素，要求砼防滲墻的其他技術(shù)指標(biāo)如下：墻體厚度：80cm；抗拉強(qiáng)度：R28≥0.3Mpa；滲透系數(shù)：K≤5×10-7cm/s；極限水力坡降：Jmax≥125。
參考文獻(xiàn)
[1] 高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].中國(guó)電力出版社，2004.
[2] 牛運(yùn)光.土壩安全與加固[M].中國(guó)水利水電出版社，2008.
