1 工程背景
本次設(shè)計(jì)根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000確定工程規(guī)模。按加固后校核水位相應(yīng)庫容（1935萬m3）大小劃分工程等級(jí)為Ⅲ，工程規(guī)模為中型。主要建筑物包括：主壩、副壩、溢洪道、輸水涵管、進(jìn)、出水閘等為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。主壩的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為p＝2％（重現(xiàn)期為50年），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為p＝0.1％（重現(xiàn)期為1000年）。大壩最大壩高14.6m，目前主要存在問題為滲漏嚴(yán)重，后壩坡發(fā)現(xiàn)多處滲漏點(diǎn)；且由于建壩時(shí)清基不徹底，存在接觸滲透的可能。所以，結(jié)合以上情況來選擇經(jīng)濟(jì)合理的垂直防滲加固措施。
2 設(shè)計(jì)基本資料
2.1 特征水位及洪峰流量
校核洪水位：14.63m；
設(shè)計(jì)洪水位：13.77m；
正常水位：12.00m；
死水位：5.0m；
2.2 水文氣象
多年平均氣溫 21.88 ℃；
最高年平均氣溫 22.5℃；
最低年平均氣溫 21.4℃；
多年平均降雨量 1973mm；
最大年降雨量 2677 mm；
最小年降雨量 894mm；
多年平均蒸發(fā)量 1570mm；
最大年蒸發(fā)量 2040mm；
最小年蒸發(fā)量 1310mm。
風(fēng)速風(fēng)向：對(duì)工程不利的主要風(fēng)向NE，相應(yīng)年最大10min平均風(fēng)速為9.46m/s。
2.3 壩基和壩體土料物理力學(xué)指標(biāo)如下表：
注：現(xiàn)壩體土的C、Ф值是壩體所取51個(gè)土樣的小值平均值，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為慢剪，詳見地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告
2.4 地震設(shè)防烈度
根據(jù)《中國地震動(dòng)參考數(shù)區(qū)劃圖》GB18306―2001，本水庫地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)地震列度在Ⅶ度地震區(qū)，因此本工程按Ⅶ地震烈度設(shè)防。
3 大壩加固設(shè)計(jì)方案
3.1 大壩防滲設(shè)計(jì)方案選擇
根據(jù)本水庫周邊土料場(chǎng)調(diào)查的情況，本區(qū)域缺乏充足的斜墻土料場(chǎng)，受材料的制約，水庫不宜采用粘土斜墻方案。土工膜有容易破裂，容易脆裂，老化問題和化學(xué)腐蝕等缺點(diǎn)，水庫不宜采用土工膜方案。本次設(shè)計(jì)的防滲加固方案主要在壩中防滲方案中選取。
目前國內(nèi)常運(yùn)用的大壩壩中防滲加固方案主要有沖抓套井、劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、砼防滲墻等。沖抓套井可以再造土質(zhì)防滲墻，適用于局部堵漏；劈裂灌漿可以在壩中心線上將壩體劈開，漿液滲入縫中形成防滲幕墻；高壓噴射灌漿可用高速液（氣）流切割、破碎壩體（基），水泥漿與壩體（基）材料混合后凝固成防滲體；砼防滲墻采用置換辦法在壩體（基）內(nèi)形成一道砼防滲墻。
從各加固方案在國內(nèi)的運(yùn)行上看，沖抓套井形成防滲體后，由于新防滲體與壩體沉降不同步形成拱效應(yīng)使新防滲體易形成細(xì)微裂縫影響防滲效果，近年來運(yùn)用不多；劈裂灌漿造價(jià)低，但形成的防滲幕墻太薄，且做到強(qiáng)風(fēng)化層有難度，防滲效果有限；砼防滲墻根據(jù)墻體深度，成槽工藝較多，各種成墻深度均有適宜的成槽工藝，在國內(nèi)運(yùn)用普遍。高壓噴射灌漿也有較好的防滲效果。
根據(jù)本工程的地址情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖┕に剑F(xiàn)對(duì)壩體防滲采取塑性混凝土防滲心墻或高壓旋噴灌漿方案進(jìn)行比較。
3.2 塑性混凝土防滲心墻設(shè)計(jì)
根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，確定塑性混凝土防滲心墻深度貫穿全風(fēng)化板巖層。
塑性混凝土防滲心墻是利用專用的造槽機(jī)設(shè)備營造槽孔，并在槽孔內(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注塑性混凝土并置換出泥漿，筑成柔性墻體。
參考《中國堤壩防滲加固新技術(shù)》，防滲墻厚度與防滲墻體內(nèi)的水力坡降最大允許值有關(guān)。防滲墻厚度可用下式計(jì)算：
式中， ――墻體體內(nèi)的允許水力坡降，本設(shè)計(jì)將塑性混凝土防滲心墻的滲透系數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)定為10-7cm/s，對(duì)應(yīng)允許水力坡降值500。
――作用在防滲墻上的最大水頭差，本工程加固后校核水位為14.63m，壩基處防滲墻對(duì)應(yīng)水頭為12.70m。
K――抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取3～5，本次設(shè)計(jì)取5。
將數(shù)據(jù)代入公式可計(jì)算得需要達(dá)到的防滲墻厚度T=0.18m�？紤]到如采用較薄的防滲墻，目前國內(nèi)的施工工藝水平難以保證工程質(zhì)量，并參照國內(nèi)已有的實(shí)際工程，設(shè)計(jì)采用厚度T=0.30m。
施工使用射水法成槽，沿著壩軸線布置，一次成槽寬度2000mm，形成塑性混凝土防滲心墻的有效厚度為0.30m。防滲墻總長度為435m。
3.3 高壓旋噴防滲墻設(shè)計(jì)
高壓旋噴防滲墻深度與塑性混凝土防滲墻相同，深度貫穿全風(fēng)化板巖層。
高壓旋噴防滲墻厚度的計(jì)算過程與塑性混凝土防滲心墻相同，設(shè)計(jì)厚度采用T=0.30m。
根據(jù)壩體及水頭都不是很高的實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)噴射方法為三管法，孔距為1.2m，孔徑為1.25m，高壓旋噴防滲墻有效厚度可達(dá)0.3m。
3.4 防滲方案的選擇
現(xiàn)對(duì)塑性混凝土防滲心墻、高壓旋噴灌漿兩種防滲方案進(jìn)行比較，詳見表2。
方案比較 方案一：塑性混凝土防滲心墻 方案二：高壓旋噴灌漿
適用范圍 適用于多種地質(zhì)條件，如砂土、砂壤土、粉土以及直徑小于10mm的卵礫石土層，適用于集中處理已查清問題來源的，處理范圍不宜太大。 只要高壓射流能破壞的地層如細(xì)砂、特細(xì)砂、粘性土均可處理。尤其適用夾雜于地層中的各類土。
施工條件 施工條件要求寬，可晝夜施工，加快施工速度。一般要求在枯水季節(jié)水庫低水位時(shí)進(jìn)行，以加速泥漿固結(jié)，保證土壩安全。 相對(duì)成槽法造墻工藝來講，高壓噴射灌漿無需護(hù)壁漿液和混凝土制作澆注系統(tǒng)，其對(duì)施工場(chǎng)地的要求不高。
工作原理 通過混凝土墻體的弱透水性，阻隔壩體滲漏。 借助于高壓射流沖切摻攪地層，漿液只是在高壓射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散填充，有著較好的可灌性和可控性。
施工工藝 有多種施工工藝，主要設(shè)備為造孔設(shè)備和澆注設(shè)備。本次設(shè)計(jì)造槽采用射水法。 高壓噴射灌漿成套設(shè)備共分造孔、供水、供氣、供漿、噴灌等五大系統(tǒng)和其他配套設(shè)備等六個(gè)部分。
造價(jià) 172萬元 306.25萬元
防滲效果 其防滲系數(shù)可達(dá)到10-7m/s以下，效果良好。破壞水力坡降大。 滲透系數(shù)可小至10-7m/s，效果較好。
塑性混凝土防滲心墻造價(jià)較低，且防滲效果較好，其滲透系數(shù)隨著時(shí)間的增長而降低，兩年后一般可降低到28d滲透系數(shù)的1/10～1/100，破壞水力坡降可以達(dá)到500以上，如控制好施工質(zhì)量，建成后可徹底解決壩身滲漏問題。施工工藝和施工設(shè)備均比較簡(jiǎn)單，且?guī)焖惑E降時(shí)心墻下游面不會(huì)產(chǎn)生頂托作用。
通過以上綜合比較，本工程大壩壩體防滲采用塑性混凝土防滲心墻加固措施。
由于大壩建設(shè)時(shí)清基不徹底，大壩壩基部位存在接觸滲漏的可能，是大壩滲流安全的隱患。壩基及壩肩基巖為板巖、花崗巖。根據(jù)全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化板巖的鉆孔注水試驗(yàn)揭露壩基為中等透水巖層，故對(duì)主壩壩基采取帷幕灌漿加固措施，以透水率小10Lu的位置為相對(duì)不透水層，帷幕深度要求深入不透水層（w＜10lu）下5m。設(shè)計(jì)孔距為2.00m。
主壩的巖基雖然屬于中強(qiáng)透水性，但地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，且壩工設(shè)計(jì)對(duì)基礎(chǔ)沒有特殊要求，故帷幕灌漿組成選用為單排鉆孔數(shù)。鉆孔位置沿著壩體軸線布置，即帷幕位于塑性混凝土防滲心墻下面，兩者形成壩體和壩基的垂直防滲體。并沿著壩軸線到達(dá)兩岸，帷幕總長度為435m。
參考文獻(xiàn)：
[1]《中國堤壩防滲加固新技術(shù)》 白永年著 中國水利水電出版社
[2]《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000
2 設(shè)計(jì)基本資料
2.1 特征水位及洪峰流量
校核洪水位：14.63m；
設(shè)計(jì)洪水位：13.77m；
正常水位：12.00m；
死水位：5.0m；
2.2 水文氣象
多年平均氣溫 21.88 ℃；
最高年平均氣溫 22.5℃；
最低年平均氣溫 21.4℃；
多年平均降雨量 1973mm；
最大年降雨量 2677 mm；
最小年降雨量 894mm；
多年平均蒸發(fā)量 1570mm；
最大年蒸發(fā)量 2040mm；
最小年蒸發(fā)量 1310mm。
風(fēng)速風(fēng)向：對(duì)工程不利的主要風(fēng)向NE，相應(yīng)年最大10min平均風(fēng)速為9.46m/s。
2.3 壩基和壩體土料物理力學(xué)指標(biāo)如下表：
注：現(xiàn)壩體土的C、Ф值是壩體所取51個(gè)土樣的小值平均值，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為慢剪，詳見地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告
2.4 地震設(shè)防烈度
根據(jù)《中國地震動(dòng)參考數(shù)區(qū)劃圖》GB18306―2001，本水庫地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)地震列度在Ⅶ度地震區(qū)，因此本工程按Ⅶ地震烈度設(shè)防。
3 大壩加固設(shè)計(jì)方案
3.1 大壩防滲設(shè)計(jì)方案選擇
根據(jù)本水庫周邊土料場(chǎng)調(diào)查的情況，本區(qū)域缺乏充足的斜墻土料場(chǎng)，受材料的制約，水庫不宜采用粘土斜墻方案。土工膜有容易破裂，容易脆裂，老化問題和化學(xué)腐蝕等缺點(diǎn)，水庫不宜采用土工膜方案。本次設(shè)計(jì)的防滲加固方案主要在壩中防滲方案中選取。
目前國內(nèi)常運(yùn)用的大壩壩中防滲加固方案主要有沖抓套井、劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、砼防滲墻等。沖抓套井可以再造土質(zhì)防滲墻，適用于局部堵漏；劈裂灌漿可以在壩中心線上將壩體劈開，漿液滲入縫中形成防滲幕墻；高壓噴射灌漿可用高速液（氣）流切割、破碎壩體（基），水泥漿與壩體（基）材料混合后凝固成防滲體；砼防滲墻采用置換辦法在壩體（基）內(nèi)形成一道砼防滲墻。
從各加固方案在國內(nèi)的運(yùn)行上看，沖抓套井形成防滲體后，由于新防滲體與壩體沉降不同步形成拱效應(yīng)使新防滲體易形成細(xì)微裂縫影響防滲效果，近年來運(yùn)用不多；劈裂灌漿造價(jià)低，但形成的防滲幕墻太薄，且做到強(qiáng)風(fēng)化層有難度，防滲效果有限；砼防滲墻根據(jù)墻體深度，成槽工藝較多，各種成墻深度均有適宜的成槽工藝，在國內(nèi)運(yùn)用普遍。高壓噴射灌漿也有較好的防滲效果。
根據(jù)本工程的地址情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖┕に剑F(xiàn)對(duì)壩體防滲采取塑性混凝土防滲心墻或高壓旋噴灌漿方案進(jìn)行比較。
3.2 塑性混凝土防滲心墻設(shè)計(jì)
根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，確定塑性混凝土防滲心墻深度貫穿全風(fēng)化板巖層。
塑性混凝土防滲心墻是利用專用的造槽機(jī)設(shè)備營造槽孔，并在槽孔內(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注塑性混凝土并置換出泥漿，筑成柔性墻體。
參考《中國堤壩防滲加固新技術(shù)》，防滲墻厚度與防滲墻體內(nèi)的水力坡降最大允許值有關(guān)。防滲墻厚度可用下式計(jì)算：
式中， ――墻體體內(nèi)的允許水力坡降，本設(shè)計(jì)將塑性混凝土防滲心墻的滲透系數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)定為10-7cm/s，對(duì)應(yīng)允許水力坡降值500。
――作用在防滲墻上的最大水頭差，本工程加固后校核水位為14.63m，壩基處防滲墻對(duì)應(yīng)水頭為12.70m。
K――抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取3～5，本次設(shè)計(jì)取5。
將數(shù)據(jù)代入公式可計(jì)算得需要達(dá)到的防滲墻厚度T=0.18m�？紤]到如采用較薄的防滲墻，目前國內(nèi)的施工工藝水平難以保證工程質(zhì)量，并參照國內(nèi)已有的實(shí)際工程，設(shè)計(jì)采用厚度T=0.30m。
施工使用射水法成槽，沿著壩軸線布置，一次成槽寬度2000mm，形成塑性混凝土防滲心墻的有效厚度為0.30m。防滲墻總長度為435m。
3.3 高壓旋噴防滲墻設(shè)計(jì)
高壓旋噴防滲墻深度與塑性混凝土防滲墻相同，深度貫穿全風(fēng)化板巖層。
高壓旋噴防滲墻厚度的計(jì)算過程與塑性混凝土防滲心墻相同，設(shè)計(jì)厚度采用T=0.30m。
根據(jù)壩體及水頭都不是很高的實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)噴射方法為三管法，孔距為1.2m，孔徑為1.25m，高壓旋噴防滲墻有效厚度可達(dá)0.3m。
3.4 防滲方案的選擇
現(xiàn)對(duì)塑性混凝土防滲心墻、高壓旋噴灌漿兩種防滲方案進(jìn)行比較，詳見表2。
方案比較 方案一：塑性混凝土防滲心墻 方案二：高壓旋噴灌漿
適用范圍 適用于多種地質(zhì)條件，如砂土、砂壤土、粉土以及直徑小于10mm的卵礫石土層，適用于集中處理已查清問題來源的，處理范圍不宜太大。 只要高壓射流能破壞的地層如細(xì)砂、特細(xì)砂、粘性土均可處理。尤其適用夾雜于地層中的各類土。
施工條件 施工條件要求寬，可晝夜施工，加快施工速度。一般要求在枯水季節(jié)水庫低水位時(shí)進(jìn)行，以加速泥漿固結(jié)，保證土壩安全。 相對(duì)成槽法造墻工藝來講，高壓噴射灌漿無需護(hù)壁漿液和混凝土制作澆注系統(tǒng)，其對(duì)施工場(chǎng)地的要求不高。
工作原理 通過混凝土墻體的弱透水性，阻隔壩體滲漏。 借助于高壓射流沖切摻攪地層，漿液只是在高壓射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散填充，有著較好的可灌性和可控性。
施工工藝 有多種施工工藝，主要設(shè)備為造孔設(shè)備和澆注設(shè)備。本次設(shè)計(jì)造槽采用射水法。 高壓噴射灌漿成套設(shè)備共分造孔、供水、供氣、供漿、噴灌等五大系統(tǒng)和其他配套設(shè)備等六個(gè)部分。
造價(jià) 172萬元 306.25萬元
防滲效果 其防滲系數(shù)可達(dá)到10-7m/s以下，效果良好。破壞水力坡降大。 滲透系數(shù)可小至10-7m/s，效果較好。
塑性混凝土防滲心墻造價(jià)較低，且防滲效果較好，其滲透系數(shù)隨著時(shí)間的增長而降低，兩年后一般可降低到28d滲透系數(shù)的1/10～1/100，破壞水力坡降可以達(dá)到500以上，如控制好施工質(zhì)量，建成后可徹底解決壩身滲漏問題。施工工藝和施工設(shè)備均比較簡(jiǎn)單，且?guī)焖惑E降時(shí)心墻下游面不會(huì)產(chǎn)生頂托作用。
通過以上綜合比較，本工程大壩壩體防滲采用塑性混凝土防滲心墻加固措施。
由于大壩建設(shè)時(shí)清基不徹底，大壩壩基部位存在接觸滲漏的可能，是大壩滲流安全的隱患。壩基及壩肩基巖為板巖、花崗巖。根據(jù)全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化板巖的鉆孔注水試驗(yàn)揭露壩基為中等透水巖層，故對(duì)主壩壩基采取帷幕灌漿加固措施，以透水率小10Lu的位置為相對(duì)不透水層，帷幕深度要求深入不透水層（w＜10lu）下5m。設(shè)計(jì)孔距為2.00m。
主壩的巖基雖然屬于中強(qiáng)透水性，但地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，且壩工設(shè)計(jì)對(duì)基礎(chǔ)沒有特殊要求，故帷幕灌漿組成選用為單排鉆孔數(shù)。鉆孔位置沿著壩體軸線布置，即帷幕位于塑性混凝土防滲心墻下面，兩者形成壩體和壩基的垂直防滲體。并沿著壩軸線到達(dá)兩岸，帷幕總長度為435m。
參考文獻(xiàn)：
[1]《中國堤壩防滲加固新技術(shù)》 白永年著 中國水利水電出版社
[2]《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000
