1 水庫(kù)工程概況

　　船橋水庫(kù)位于廣東省惠來(lái)縣中部大南山系南麓，羅溪支流石榴潭水庫(kù)上游的林樟河，距惠城鎮(zhèn)21km，是一宗以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電的中型水庫(kù)工程，設(shè)計(jì)灌溉耕地面積1.1萬(wàn)畝，現(xiàn)狀灌溉農(nóng)田面積4000畝，捍衛(wèi)下游1.2萬(wàn)多人口生命財(cái)產(chǎn)安全。船橋水庫(kù)壩址以上集雨面積11.05km2，河流長(zhǎng)度6.5km，河流平均坡降0.07825。水庫(kù)正常蓄水位312.0m，相應(yīng)庫(kù)容1327萬(wàn)m3;設(shè)計(jì)洪水位312.88m，相應(yīng)庫(kù)容1399萬(wàn)m3;校核洪水位315.08m，相應(yīng)庫(kù)容1591萬(wàn)m3。水庫(kù)工程主要由大壩、溢洪道、輸水隧洞和壩后電站廠房以及引水渠等工程組成。

　　2 水庫(kù)大壩現(xiàn)狀及工程地質(zhì)條件

　　a)水庫(kù)大壩現(xiàn)狀

　　現(xiàn)狀土壩全長(zhǎng)600m，由400m(0+000～0+400)長(zhǎng)主壩和200m(0+500～0+600)長(zhǎng)副壩銜接成一體，為一座均質(zhì)土壩。大壩迎水坡坡比分三級(jí)，自上而下分別為1:2.532、1:2.722、1:2.737;背水坡坡比分為三級(jí)(包括反濾體)從上到下分別為1：2.209、1:2.347、1:1.40。主壩主河床反濾體為“照谷社”干砌石推石體，高26.5m。

　　大壩穩(wěn)定滲流期各工況滲流量較大，大壩在低水位情況下，壩體和壩腳多處漏水，在高水位下，滲漏更嚴(yán)重;基礎(chǔ)處理方面，除上游坡部分基礎(chǔ)外，主壩中心原山溝河谷底部的含卵石中粗砂層為強(qiáng)透水層，筑壩時(shí)未作處理，同時(shí)上游基礎(chǔ)未做截水墻，下游排水棱體設(shè)計(jì)欠完善，副壩壩坡無(wú)排水棱體，因此壩體存在滲流穩(wěn)定安全問(wèn)題。

　　b)大壩工程地質(zhì)條件

　　1)壩基、壩肩

　　壩區(qū)出露的地層巖性主要為燕山期花崗巖(γ53(2))、第四系殘坡積層、和第四系沖積層，描述如下：

　　?燕山期花崗巖γ53(2)：巖性為淺灰白色、淺肉紅色，風(fēng)化后呈淺灰黃色、淺灰白色，粗粒黑云母花崗巖或粗粒二云母花崗巖。除主河床處無(wú)全強(qiáng)風(fēng)化巖分布外，其余部位均有全強(qiáng)風(fēng)化層，其中左岸全風(fēng)化層厚約10.5m，強(qiáng)風(fēng)化厚約7m;副壩段全風(fēng)化厚4.5m～12.6m，強(qiáng)風(fēng)化厚0～2.2m;其余部位全風(fēng)化厚1m～1.5m，強(qiáng)風(fēng)化厚約1m。

　　?第四系殘坡積層：巖性為淺灰黃色的砂礫質(zhì)粘土，厚度一般2.5m～6.0m，主要分布于主壩段除河床部位壩基。

　　?第四系沖積層：巖性為砂礫卵石，厚約0.8m，中等～強(qiáng)透水性，分布于主壩段河床部位。

　　2)壩體

　　壩體填筑土以全風(fēng)化花崗巖為主。由于粗粒黑云母花崗巖風(fēng)化土石英顆粒含量多，且顆粒較粗，粘、粉粒含量較少，風(fēng)化土滲透系數(shù)偏大，K=2.9～3.6×10-4cm/s，加之施工方法欠妥，壩體填筑土密實(shí)度差，多呈松散，局部呈稍密狀態(tài)，壩體質(zhì)量較差;水庫(kù)運(yùn)行后，主壩體在高水位壓力作用下，水位蓄水至306m高程時(shí)，壩坡后坡腳于290m高程出現(xiàn)多處較大流量的滲漏現(xiàn)象，壩后量水堰量的滲漏量最大24.2L/s，壩后電站廠房河谷地段壩后腳長(zhǎng)年見漏水現(xiàn)象。輸水隧洞與填筑土接觸部位亦有不同程度滲漏現(xiàn)象，致使水庫(kù)不能高水位運(yùn)行。由于水庫(kù)蓄水有較大影響，電站發(fā)電時(shí)間很不正常，一般年發(fā)電時(shí)間4～5個(gè)月，嚴(yán)重影響水庫(kù)正常效益的發(fā)揮。

　　3)壩腳排水棱體及褥墊

　　壩坡腳原設(shè)有貼坡式反濾體以及“谷照社”排水棱體，但部分淤塞，局部沉降崩塌。

　　3 大壩防滲加固設(shè)計(jì)

　　a)防滲方案的擬定

　　由于船橋水庫(kù)大壩壩體、壩基存在滲漏問(wèn)題，原設(shè)計(jì)均質(zhì)壩達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。壩體填土質(zhì)量較差，均勻性差，干密度偏低，壓實(shí)度達(dá)不到《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)要求，壩體的滲透性不均勻，局部滲透性較強(qiáng)，原壩基也未進(jìn)行防滲處理。因此，有必要對(duì)大壩及壩基進(jìn)行防滲加固。本次除險(xiǎn)加固擬采用垂直防滲方式進(jìn)行加固。

　　基于右壩肩和副壩擋水水頭低，壩后地面高程較高，大壩重點(diǎn)防滲范圍為0+030~0+380段，其余段改為劈裂灌漿或高壓定噴灌漿。本次除險(xiǎn)加固在對(duì)大壩防滲加固方案進(jìn)行論證時(shí)以大壩重點(diǎn)防滲段為重點(diǎn)，并以高壓噴射灌漿和塑性混凝土防滲墻為基本方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

　　1)高壓噴射灌漿

　　高壓噴射灌漿技術(shù)是通過(guò)在地層中的鉆孔內(nèi)下入噴射管，用高速射流(水、水泥漿液或空氣)直接沖擊、切割、破壞原土層材料，擾動(dòng)的土石料與同時(shí)灌注的水泥漿或其它漿液發(fā)生充分的摻攪混合，至凝結(jié)硬化，從而構(gòu)成堅(jiān)固的凝結(jié)體，成為結(jié)構(gòu)較密實(shí)、強(qiáng)度較高、有足夠防滲性能的構(gòu)筑物，藉以達(dá)到加固地基和防滲的目的。

　　高壓噴射灌漿分定噴、擺噴和旋噴三種，定噴適應(yīng)于粉土、砂土;擺噴、旋噴適應(yīng)于粉土、砂土、礫土和卵(碎)石地層。為保證防滲墻體厚度和可靠連接，本工程采用旋噴防滲墻形式進(jìn)行方案比較。高壓噴射灌漿有如下特點(diǎn)：

　　?可灌性好，只要高壓射流能破壞的地層如細(xì)砂、砂礫石等均可處理;

　　?連接可靠，高壓噴射防滲墻自身及與周邊建筑物的連接可靠;

　　?施工質(zhì)量不容易控制，對(duì)施工隊(duì)伍要求較高，且深入壩基巖層時(shí)效果較差。

　　④高壓噴射灌漿防滲墻滲透系數(shù)為10-5～10-7cm/s，允許滲透比降值60。

　　2)塑性混凝土防滲墻

　　塑性混凝土防滲墻通常是使用機(jī)械在地基中挖槽(造孔)，在挖槽過(guò)程中使用泥漿護(hù)壁，以防止地層坍塌，然后在槽孔泥漿下澆筑混凝土，形成的地下防滲結(jié)構(gòu)物。

　　塑性混凝土防滲墻廣泛應(yīng)用于大壩防滲加固，這種防滲加固技術(shù)具有以下特點(diǎn):

　　?適用性廣，適用于各種地質(zhì)條件，如砂土、沙壤土、粉土以及直徑小于10mm的卵礫石土層;可深入壩基基巖，最大深度可達(dá)100m左右;

　　?安全、可靠，由于槽孔接頭的施工技術(shù)有了很大進(jìn)步，防滲墻滲透系數(shù)可達(dá)到10-7cm/s以下，允許滲透比降值達(dá)60~100。

　　3)方案設(shè)計(jì)

　　?高壓旋噴灌漿+帷幕灌漿方案(方案1)

　　該方案在壩頂壩軸線進(jìn)行高壓旋噴灌漿，旋噴孔穿過(guò)壩基覆蓋層至強(qiáng)風(fēng)化層1.0m。高壓旋噴灌漿軸線長(zhǎng)350m，最大孔深50m，要求允許比降[J]≥60。對(duì)于孔深小于15m土壩段，其高壓旋噴灌漿擬采用單排布孔，孔距1.0m，墻體有效厚度0.6m;對(duì)于孔深大于15m的土壩段，其高壓旋噴灌漿擬采用雙排布孔，孔距1.0m，排距0.75m，墻體有效厚度0.8m。

　　考慮到土壩壩基強(qiáng)風(fēng)化巖層透水性較大，對(duì)重點(diǎn)防滲土壩段擬進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕深至弱風(fēng)化層以下5m。帷幕灌漿中心線與高壓旋噴灌漿中心線重合，總長(zhǎng)350m，采用單排布孔，孔距2.0m。施工時(shí)先進(jìn)行壩基帷幕灌漿，再進(jìn)行上部壩體高噴灌漿，進(jìn)行壩基帷幕灌漿在壩體中的鉆孔部分可利用于壩體高噴灌漿。

　　該方案工程直接投資1039.2萬(wàn)元。

　　?塑性混凝土防滲墻+帷幕灌漿方案(方案2)

　　塑性混凝土防滲墻布置在壩軸線處，亦為大壩防滲重點(diǎn)段，總長(zhǎng)350m，最大孔深50m，墻厚0.6m，抗?jié)B等級(jí)W6，允許比降[J]≥60～80。防滲墻穿過(guò)壩體和壩基覆蓋層，并嵌入巖層1m。

　　壩基帷幕灌漿的設(shè)計(jì)同方案1，帷幕灌漿沿防滲墻布置，施工時(shí)先施工壩體混凝土防滲墻，再進(jìn)行壩基帷幕灌漿。

　　該方案工程直接投資753.5萬(wàn)元。

　　4)方案比選

　　?工藝的實(shí)用性：兩種工藝都能滿足防滲要求，但高壓旋噴較難深入壩基巖層，在解決壩基滲漏方面不及砼防滲墻。

　　?防滲可靠性與耐久性：砼防滲墻可造成塑性結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)高水位條件下壩體變形，不致斷裂漏水;而高壓旋噴墻為剛性結(jié)構(gòu)，在高水位壩體變形時(shí)，容易斷裂漏水，因此，混凝土防滲墻的防滲可靠性與耐久性明顯高于高噴板墻。

　　?工程投資方面：塑性混凝土防滲墻方案的工程直接投資比高噴方案低。

　　④施工方面：在施工工期上，高噴防滲墻的施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，周期較短，防滲墻的施工工藝相對(duì)復(fù)雜，工期較長(zhǎng)。

　　b)大壩防滲加固設(shè)計(jì)

　　本工程大壩防滲系統(tǒng)沿壩軸線設(shè)置。大壩防滲系統(tǒng)有兩部分組成，重點(diǎn)防滲范圍0+030~0+380段，其防滲措施擬采用塑性混凝土防滲墻+帷幕灌漿方案;其余段防滲擬采用劈裂灌漿方案。

　　1)塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

　　塑性混凝土防滲墻總長(zhǎng)350m，最大孔深50m，墻厚0.6m，抗?jié)B等級(jí)W6，考慮壩體填筑密實(shí)度較差，未受過(guò)高水位運(yùn)行條件考驗(yàn)，當(dāng)發(fā)生高水位時(shí)防滲墻可能發(fā)生較大變形。為防止防滲墻斷裂漏水，擬在砼防滲墻當(dāng)中加膨潤(rùn)土、粘土等，造成塑形砼防滲墻，以適應(yīng)壩體在高水位時(shí)的變形。

　　?按常規(guī)經(jīng)驗(yàn)防滲墻厚度計(jì)算

　　式中：d——防滲墻厚度(m);h-墻體最大作用水頭;

　　[J]——墻體允許滲透比降，考慮施工和混凝土老化等綜合因素取[J]=60～80。

　　經(jīng)計(jì)算，混凝土防滲墻墻體最大作用水頭約為42m，取[J]=70，墻厚為60cm，為保證防滲墻的施工質(zhì)量，參照其它工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土防滲墻厚度取60 cm。

　　?防滲墻的使用年限分析

　　土石壩混凝土防滲墻承受的滲透比降較大，其使用的耐久性主要受滲流溶蝕作用控制。混凝土防滲墻使用年限可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：L——滲徑，即墻厚(m)，L= 0.6m;

　　J——通過(guò)墻的滲流水力坡降;

　　k——墻的滲透系數(shù)(m/年)，k=0.0315 m/年(1.0×10-7 cm/s);

　　c——混凝土單位水泥用量(kg/m3),取c=242 kg/m3;

　　a——使用混凝土強(qiáng)度降低50%時(shí)滲過(guò)混凝土水的體積，以每kg水泥為單位(m3/kg)，一般情況a=1.5～1.8，取a=1.6。

　　通過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)工況防滲墻的滲流水力坡降為J=70，混凝土防滲墻使用年限T=105年。根據(jù)《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50199-94)，3級(jí)雍水建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期應(yīng)采用50年，可見大壩采用60cm厚的混凝土防滲墻能滿足50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的要求。

　　?防滲加固設(shè)計(jì)參數(shù)

　　防滲墻混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)為：28天抗壓強(qiáng)度不小于4MPa，彈性模量800～1000MPa，抗?jié)B等級(jí)W6，允許滲透比降[J]為60～80。

　　帷幕灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)：帷幕灌漿中心線與混凝土防滲墻中心線重合，總長(zhǎng)350m，采用單排布孔，孔距2.0m。帷幕灌漿深至弱風(fēng)化層以下5m。

　　2)劈裂灌漿設(shè)計(jì)

　　劈裂灌漿采用單排布孔，終孔距3.0m，第一工序孔距6.0m，第二工序孔于第一工序孔中間布設(shè);灌漿深度為進(jìn)入殘積土層5m。

　　劈裂灌漿使用的粘土泥漿的密度為1.3～1.6g/cm3，漿液水泥含量15%;灌漿孔口壓力暫定為0.15～0.5MPa，孔深的取高值，最大允許灌漿壓力于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定;幕墻厚度：于壩頂至壩體素填土下限厚度0.05m～0.2m。