1 水庫工程概況

　　船橋水庫位于廣東省惠來縣中部大南山系南麓，羅溪支流石榴潭水庫上游的林樟河，距惠城鎮21km，是一宗以灌溉為主，結合防洪、發電的中型水庫工程，設計灌溉耕地面積1.1萬畝，現狀灌溉農田面積4000畝，捍衛下游1.2萬多人口生命財產安全。船橋水庫壩址以上集雨面積11.05km2，河流長度6.5km，河流平均坡降0.07825。水庫正常蓄水位312.0m，相應庫容1327萬m3;設計洪水位312.88m，相應庫容1399萬m3;校核洪水位315.08m，相應庫容1591萬m3。水庫工程主要由大壩、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 水庫大壩現狀及工程地質條件

　　a)水庫大壩現狀

　　現狀土壩全長600m，由400m(0+000～0+400)長主壩和200m(0+500～0+600)長副壩銜接成一體，為一座均質土壩。大壩迎水坡坡比分三級，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(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，滲漏更嚴重;基礎處理方面，除上游坡部分基礎外，主壩中心原山溝河谷底部的含卵石中粗砂層為強透水層，筑壩時未作處理，同時上游基礎未做截水墻，下游排水棱體設計欠完善，副壩壩坡無排水棱體，因此壩體存在滲流穩定安全問題。

　　b)大壩工程地質條件

　　1)壩基、壩肩

　　壩區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。除主河床處無全強風化巖分布外，其余部位均有全強風化層，其中左岸全風化層厚約10.5m，強風化厚約7m;副壩段全風化厚4.5m～12.6m，強風化厚0～2.2m;其余部位全風化厚1m～1.5m，強風化厚約1m。

　　?第四系殘坡積層：巖性為淺灰黃色的砂礫質粘土，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～強透水性，分布于主壩段河床部位。

　　2)壩體

　　壩體填筑土以全風化花崗巖為主。由于粗粒黑云母花崗巖風化土石英顆粒含量多，且顆粒較粗，粘、粉粒含量較少，風化土滲透系數偏大，K=2.9～3.6×10-4cm/s，加之施工方法欠妥，壩體填筑土密實度差，多呈松散，局部呈稍密狀態，壩體質量較差;水庫運行后，主壩體在高水位壓力作用下，水位蓄水至306m高程時，壩坡后坡腳于290m高程出現多處較大流量的滲漏現象，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年見漏水現象。輸水隧洞與填筑土接觸部位亦有不同程度滲漏現象，致使水庫不能高水位運行。由于水庫蓄水有較大影響，電站發電時間很不正常，一般年發電時間4～5個月，嚴重影響水庫正常效益的發揮。

　　3)壩腳排水棱體及褥墊

　　壩坡腳原設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 大壩防滲加固設計

　　a)防滲方案的擬定

　　由于船橋水庫大壩壩體、壩基存在滲漏問題，原設計均質壩達不到設計規范要求。壩體填土質量較差，均勻性差，干密度偏低，壓實度達不到《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)要求，壩體的滲透性不均勻，局部滲透性較強，原壩基也未進行防滲處理。因此，有必要對大壩及壩基進行防滲加固。本次除險加固擬采用垂直防滲方式進行加固。

　　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。本次除險加固在對大壩防滲加固方案進行論證時以大壩重點防滲段為重點，并以高壓噴射灌漿和塑性混凝土防滲墻為基本方案進行技術經濟比較。

　　1)高壓噴射灌漿

　　高壓噴射灌漿技術是通過在地層中的鉆孔內下入噴射管，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，擾動的土石料與同時灌注的水泥漿或其它漿液發生充分的摻攪混合，至凝結硬化，從而構成堅固的凝結體，成為結構較密實、強度較高、有足夠防滲性能的構筑物，藉以達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，定噴適應于粉土、砂土;擺噴、旋噴適應于粉土、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行方案比較。高壓噴射灌漿有如下特點：

　　?可灌性好，只要高壓射流能破壞的地層如細砂、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;

　　?施工質量不容易控制，對施工隊伍要求較高，且深入壩基巖層時效果較差。

　　④高壓噴射灌漿防滲墻滲透系數為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械在地基中挖槽(造孔)，在挖槽過程中使用泥漿護壁，以防止地層坍塌，然后在槽孔泥漿下澆筑混凝土，形成的地下防滲結構物。

　　塑性混凝土防滲墻廣泛應用于大壩防滲加固，這種防滲加固技術具有以下特點:

　　?適用性廣，適用于各種地質條件，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100m左右;

　　?安全、可靠，由于槽孔接頭的施工技術有了很大進步，防滲墻滲透系數可達到10-7cm/s以下，允許滲透比降值達60~100。

　　3)方案設計

　　?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行高壓旋噴灌漿，旋噴孔穿過壩基覆蓋層至強風化層1.0m。高壓旋噴灌漿軸線長350m，最大孔深50m，要求允許比降[J]≥60。對于孔深小于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。

　　考慮到土壩壩基強風化巖層透水性較大，對重點防滲土壩段擬進行帷幕灌漿處理，帷幕深至弱風化層以下5m。帷幕灌漿中心線與高壓旋噴灌漿中心線重合，總長350m，采用單排布孔，孔距2.0m。施工時先進行壩基帷幕灌漿，再進行上部壩體高噴灌漿，進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，亦為大壩防滲重點段，總長350m，最大孔深50m，墻厚0.6m，抗滲等級W6，允許比降[J]≥60～80。防滲墻穿過壩體和壩基覆蓋層，并嵌入巖層1m。

　　壩基帷幕灌漿的設計同方案1，帷幕灌漿沿防滲墻布置，施工時先施工壩體混凝土防滲墻，再進行壩基帷幕灌漿。

　　該方案工程直接投資753.5萬元。

　　4)方案比選

　　?工藝的實用性：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構，能適應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構，在高水位壩體變形時，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簡單，周期較短，防滲墻的施工工藝相對復雜，工期較長。

　　b)大壩防滲加固設計

　　本工程大壩防滲系統沿壩軸線設置。大壩防滲系統有兩部分組成，重點防滲范圍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計

　　塑性混凝土防滲墻總長350m，最大孔深50m，墻厚0.6m，抗滲等級W6，考慮壩體填筑密實度較差，未受過高水位運行條件考驗，當發生高水位時防滲墻可能發生較大變形。為防止防滲墻斷裂漏水，擬在砼防滲墻當中加膨潤土、粘土等，造成塑形砼防滲墻，以適應壩體在高水位時的變形。

　　?按常規經驗防滲墻厚度計算

　　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。

　　經計算，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量，參照其它工程經驗，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驗公式計算：式中：L——滲徑，即墻厚(m)，L= 0.6m;

　　J——通過墻的滲流水力坡降;

　　k——墻的滲透系數(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——使用混凝土強度降低50%時滲過混凝土水的體積，以每kg水泥為單位(m3/kg)，一般情況a=1.5～1.8，取a=1.6。

　　通過計算，設計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《水利水電工程結構可靠度設計統一標準》(GB50199-94)，3級雍水建筑物結構的設計基準期應采用50年，可見大壩采用60cm厚的混凝土防滲墻能滿足50年設計基準期的要求。

　　?防滲加固設計參數

　　防滲墻混凝土設計參數為：28天抗壓強度不小于4MPa，彈性模量800～1000MPa，抗滲等級W6，允許滲透比降[J]為60～80。

　　帷幕灌漿設計參數：帷幕灌漿中心線與混凝土防滲墻中心線重合，總長350m，采用單排布孔，孔距2.0m。帷幕灌漿深至弱風化層以下5m。

　　2)劈裂灌漿設計

　　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;灌漿深度為進入殘積土層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場試驗確定;幕墻厚度：于壩頂至壩體素填土下限厚度0.05m～0.2m。