综合防渗技术在坞罗水库主坝除险加固中的应用

王银山，刘长垠，刘新朋，马力军

（1.河南省水利水电工程建设质量监测监督站，450003，郑州；2.河南方正水利工程咨询有限公司，450000，郑州；3.河南省水利第一工程局，450000，郑州；4.郑州市水利建筑勘测设计院，450007，郑州）

一、坞罗水库主坝渗漏主要问题

坞罗水库位于河南省巩义市东南13 km的坞罗河上游，控制流域面积108 km2，按50年一遇洪水标准设计，1 000年一遇洪水校核。总库容1787.4万m3，坝顶高程为262.2 m，坝顶长450 m，宽 13 m，最大坝高 35 m，兴建于1958年，主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道和放水管等。坞罗水库主坝为重粉质壤土均质土坝，坝肩存在湿陷性黄土，台地黄土的中部属中湿陷性状态，分布高程为235～248 m，其上部和下部为弱湿陷性状态。主坝坝基为强透水的砂卵石层，厚度较大（10～20 m），但坝基黏土截水槽深度小（5 m），坝前黏土铺盖厚度薄，库区还有规模较大的F1断层从右岸坝基下通过。

1963年和1964年汛期，库水位分别达到250.0 m和247.0 m高程时，坝后开始出现漏水、涌沙现象，同时上游铺盖被击穿并形成漏斗，严重渗漏部位呈明显的漩涡状。此后，坝基渗漏严重，水库不得不低水位运行。

1.主坝首次防渗治理

1993年6月，主坝采取高喷灌浆和帷幕灌浆相结合的垂直防渗措施，对主坝坝基进行渗漏治理。灌浆设计帷幕线长400 m，防渗墙位置在大坝中心轴线下游2.5 m处。施工时首先对坝基砂卵石层进行了高喷防渗墙施工，然后对基岩进行帷幕灌浆处理，对于渗水较大的F1断层，灌浆时采取了加深灌浆深度、加密孔距、增补加密孔等方法。但由于坝基地质情况复杂及投资限制，防渗灌浆范围未能达到两岸坝肩部位。在右岸F1断层及主河道宽内约60 m的范围内（主坝桩号D0+240～D0+300），对砂卵石层和基岩破碎带作高喷处理，灌浆孔均为一排，灌浆时耗浆量大，灌浆效果不好。

2.治理效果及评价

工程完成后，水库渗漏虽得到一定控制，但效果不明显，渗漏问题没有解决。坝基在上述部位仍存在一定渗漏，发生较大渗漏的年份有1994年、1996年和2003年，坝后均出现了明流渗水，当库水位升高到247.0 m后，水库水量损失明显增加。1999年5月，库水位升到241.82 m时，大坝迎水坡右岸约0+360位置，垂直于坝轴线出现一条裂缝，裂缝上部延伸至247.11 m高程，裂缝下部延伸至241.95 m高程，裂缝长度约23 m，宽30～50 mm。受持续降雨的影响，2003年8月26日—9月7日，是坝基渗漏发展最为迅速的时段，最高库水位达到249.83 m，水库渗漏量最大日平均达11.2万m3，渗漏量巨大表明主坝坝基在高水位时仍存在严重渗漏。从现象上看，渗漏最严重时坝后河槽全部被渗水覆盖，呈沼泽化，坝后河槽多处出现泉眼并有涌沙现象，坝后两个渗流观测井因与河槽砂卵石直接相通，出水量更为集中，渗水冒出井口后四溢，坝后明流渗水流量为0.0528 m3/s。

二、坞罗水库主坝综合防渗技术措施

1.加固任务

坞罗水库地形地质条件复杂，采用单一的防渗技术工程成本高，防渗效果差。因此，在坞罗水库除险加固工程中，进行综合防渗技术的研究具有理论应用价值和现实的工程意义。根据河南省发展和改革委员会批复的《巩义市坞罗水库除险加固工程初步设计》（豫发改设计〔2005〕584 号），坞罗水库主坝除险加固主要任务是主坝坝顶加高，新建坝顶防浪墙，上游坡裂缝处理，右岸黄土湿陷性处理，增设下坝公路、下游坡面排水沟及坝肩、坝顶排水沟，主坝坝基及坝肩绕渗处理等。

2.综合防渗技术研究

根据坞罗水库特殊的地形条件、水文地质资料、历次检测加固的资料、加固后的效果和产生渗漏的原因等历史资料，认为主坝存在渗漏的主要通道是坝基强透水性的第四系全新统冲积砂卵石层、第四系中更新统冲积泥沙卵石层、第四系中更新统坡积碎石土层、裂隙发育的硅铁质砂岩土和F1断层破碎带。左右岸坝肩基岩裂隙发育，坝肩绕渗量也占渗漏量的一小部分。河南省水利水电工程建设质量监测监督站、巩义市水利局、郑州大学、郑州市水利建筑勘测设计院等单位对水库存在的问题进行了深入分析研究，提出了“混凝土防渗墙及塑性混凝土防渗墙、膨润土防水毯、水泥土、帷幕灌浆、高压喷射灌浆”六位一体的综合防渗方案，形成了水平防渗与垂直防渗的空间防渗体系。

3.综合防渗技术措施

①针对坞罗水库河槽为砂卵石层、基岩裂隙发育、坝基存在断层破碎带及风化带的特殊地质情况，提出了246.0 m高程以下采用混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙和246.0 m高程以上采用岸坡水泥土防渗面层处理防渗技术措施，即在上游246.0 m高程平台上，采用厚0.6 m的混凝土防渗墙进行坝基防渗处理，混凝土防渗墙下部深入基岩1m，上部桩号0+090～0+305坝段深入坝体3 m；桩号0+305～0+370坝段深入坝肩黄土层3m，防渗墙顶高程为245.0m；桩号0+370～0+422坝段，防渗墙顶高程为245.0 m。

②右坝肩绕渗问题及湿陷性黄土地基问题曾导致该坝段坝体出现横向裂缝，虽进行了表面回填处理，但坝体内部裂缝并未消除，在235.0～245.0 m高程之间的黄土具有湿陷性。通过分析漏水成因，提出在桩号0+260～0+436之间上游坝坡铺设膨润土防水毯，厚 5 mm；在 246.0～260.0 m高程之间的上游坝坡铺设膨润土防水毯，并采用高喷防渗墙进行防渗处理；坝肩以外到坡面高程260 m以下采用水泥土封堵的综合防渗技术措施。

③针对断层破碎带，考虑在断层破碎带灌浆可能引起坝体破坏，提出了三排二序的帷幕灌浆防渗技术措施。将灌浆孔放在上游坝脚外水泥土护坡下，灌浆孔设计为3排，先灌下排孔，再灌上排孔，最后灌中排孔，桩号范围为0+397～0+447，灌浆平台高程为248.0 m，孔、排间距为 1.1 m；由于施工场地限制，在桩号0+447处从垂直坝轴线方向向右坝肩每偏1.25°钻一斜孔，斜孔偏角范围为0°～15°，帷幕灌浆孔底高程根据帷幕灌浆孔吃浆量调整确定。这样既可以保证施工质量又可以加快施工进度。

④以上综合防渗技术措施的深入研究，还成功地解决了水泥土、膨润土防水毯、高喷防渗墙、混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙及帷幕灌浆相互之间的连接问题，从而保证了防渗体系的完整性和封闭性。

三、坞罗水库主坝综合防渗效果

坞罗水库主坝除险加固工程布设了11根测压管，其中坝基测压管5根，坝体测压管6根；布设了9个沉降、位移观测点。2008年5月21日开始对高水位运行进行观测，观测管内一直无水，防渗效果较好。坞罗水库主坝防渗除险加固后，通过两年多的运行和观测，坞罗水库坝前漩涡状渗流点、坝后冒水点均消失，且坝后无渗漏明流形成，坝后观测井一直没水，渗漏现象消除。右岸黄土台地边缘的裂隙消失，贯穿坝身的裂隙消除。

2009年6月，河南省水利基本建设工程质量检测中心站对坞罗水库除险加固工程进行了检测，检测报告显示，主坝除险加固工程的各项指标均满足设计要求。坞罗水库主坝防渗除险加固工程效果良好，大坝安全性得到加强，防洪标准得到提高，保护了下游郑西高铁、310国道、巩义市区等的安全，社会效益显著。同时，为市区供水和农田灌溉提供了稳定水源，为陆浑水库来水的调节提供了保障，并产生了良好的生态效益。

四、推广及应用前景

近年，由于坞罗水库主坝除险加固工程综合防渗技术的成功应用和科研院校及设计、施工单位的研究，加之河南省水利基本建设工程质量检测中心站等单位的推广，一些项目法人和勘测设计单位到坞罗水库进行考察和了解。河南省大中小型水库除险加固工程中，有几十座水库采用了综合防渗技术。如郑州市河王水库除险加固工程，结合地质情况采用了粉喷桩结合高喷灌浆等综合防渗措施；郑州市尖岗水库除险加固工程，结合地质情况采用了主坝塑性混凝土防渗墙和主坝放水管外围高压摆喷灌浆等综合防渗措施；卫辉市石包头水库除险加固工程，结合地质情况采用了主坝上游钢筋混凝土防渗面板、坝基坝肩帷幕灌浆等综合防渗措施。

坞罗水库主坝除险加固工程及上述水库除险加固工程综合防渗技术的成功应用证明，采用多位一体的综合防渗技术方案治理病险土石坝,能够在坝体、坝基和坝肩形成封闭的防渗体系，具有防渗效果好、投资少、施工速度快等特点，极大地丰富了水库防渗除险加固工程实践。综合防渗技术为其他水库除险加固的防渗设计开拓了新思路,具有借鉴、推广和应用价值，应用前景十分广阔。

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