西溪水库主坝防渗设计

李双英

（常德市水利水电勘测设计院 常德市 415000）

1 水库工况及主坝现状

西溪水库拦截沅水流域夷望溪水系的支流西溪，水库集雨面积20.5km2，干流长度10.8km，干流平均坡降29.3‰。坝址位于桃源县南部茶庵铺境内的古溶溪村，距茶庵铺镇7km，距桃源县城61km，库区防汛公路直通319国道，交通方便。

水库枢纽由大坝、溢洪道、输水隧洞、坝后电站组成。水库按100年一遇洪水标准设计，1000年一遇校核，正常蓄水位185.5m，相应库容1039万m3，死水位152m，死库容36万m3，设计洪水位187.61m，校核洪水位188.09m，总库容1182.4万m3。

主坝为粘土心墙坝，坝顶高程188.92m，最大坝高50.92m，坝顶轴长150m，面宽5m。坝顶设1.5m高防浪墙，主坝上下游坝坡各设4级平台，每级平台宽均为2m，平台高程上下游坝坡相同，从上至下依次为182.00m、174.00m、166.00m、152.00m。上游坝坡从坝顶至坝脚坡比依次为1∶1.8、1∶2.5、1∶2.5、1∶3.0、1∶4.0。下游坝坡从坝顶至坝脚坡比依次为1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0、1∶3.0、1∶1.75，下游坡脚布置排水棱体。

2 工程存在的主要渗漏问题

主坝基岩为元古界板溪群梵净山组板岩,风化强烈，节理裂隙较发育，透水性强，岩层走向及节理走向与坝线走向成较大角度相交，强透水岩体贯通大坝上下游，故大坝存在沿结构面形成坝基及坝肩渗漏的地质条件。大坝右侧高程157m处存在一沿板岩裂隙的坝基渗漏点，渗漏量随库水位的升降而增减，每次降雨后渗流量增大，最大渗漏量1.2L/s，最小0.45L/s。

主坝虽作了斜心墙防渗，但由于沉陷作用，斜心墙的防渗作用失效，这是造成坝体渗漏的根本原因。目前主坝左端上游坝坡185.0m高程处有明显漏水的现象，出水口不明。

水库自建成运行以来，主坝坝体出现过较为严重的不均匀沉陷，而且沉陷幅度较大，目前大坝坝体呈现两头高、中间低的状况。大坝防浪墙左端出现较明显的裂缝。

3 主坝防渗设计

3.1 总体布置

经过初设时方案比选，主坝防渗方案为：坝基、坝肩帷幕灌浆+坝体混凝土防渗墙。

在坝体内设置混凝土防渗墙。在坝顶（高程188.92m长150m）轴线上游侧布置一排槽形孔，每段槽孔长8m，成墙厚度0.6m，槽孔搭接长度0.6m，分两序施工。槽孔深至基岩面下1m，钻孔最大深度50.24m，最小深度12m，成墙材料为塑性混凝土。

对坝基和坝肩接触面进行帷幕灌浆。帷幕灌浆钻孔深至相对不透水层边界线q=10Lu处作为帷幕深度设计值（根据钻孔压水试验资料，q=10Lu值在建基面以下5m左右，本次设计钻孔深入基岩5m，施工时应先打先导孔作压水试验，根据压水试验值对帷幕深度进行调整），灌浆帷幕伸入两岸的长度由水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸相交处确定。

3.2 防渗墙厚度确定

防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求，同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。

由于国内防渗墙设计无规范，本次设计根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度，计算公式如下：

式中 ΔHmax——作用在防渗墙上的最大水头差（m）；

K——抗渗坡降安全系数，一般取3～5。

Jmax——防渗墙渗透破坏坡降，取300；

根据已建成的混凝土防渗墙统计，防渗墙允许承受的水力坡降Jp=Jmax/K，假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同，为46.18m，计算得δ=（0.46～0.77）m可满足要求。为节约材料，降低成本，大坝混凝土防渗墙可以做得薄一些，参考国内工程经验，本次设计混凝土防渗墙墙体厚度确定为0.60m。

3.3 防渗墙物理指标确定

采用塑性混凝土作为墙体材料。这种材料有抗渗性能好，变形模量低，极限应变值大，适应变形能力强等特点。

参考国内相似工程资料，塑性混凝土防渗墙的设计指标为：28d弹性模量 （800～1000）MPa，抗压强度≥2.5 MPa，渗透系数＜（1～9）×10-8cm/s。配合比见附表。

附表 塑性混凝土配合比 kg

3.4 帷幕灌浆设计

坝基及坝肩采用帷幕灌浆防渗，单排孔，孔距2m，帷幕底线控制为岩石透水率＜10Lu。防渗轴线长度150m。帷幕灌浆采用防渗槽内下置定位器预埋灌浆管法。

3.5 各防渗体之间的衔接处理

防渗墙下部及两侧为防渗帷幕，对防渗墙与帷幕接触面的处理，要防止接头处出现裂缝，产生渗漏，影响坝体安全。为了保证防渗墙与帷幕连接成整体，灌浆时在坝基部位应将帷幕套进墙体内1m以上，在两侧不应小于2m。

为提高可施工期的施工效率，在坝体30m以内采用两钻一抓法施工，并在槽孔接头部位使用钻凿法完成，下部用冲击式钻机造孔至坝底，冲至坝底，并深入基岩1m。

4 施 工

设计把主坝划分19槽段，每段8m，每段又10等分为0.8m为一井孔位，采用两钻一抓施工方法。用冲击钻或回转钻钻主孔，用机械式抓斗成槽，形成槽段，然后采用泥浆固壁，采用直升管法浇筑混凝土防渗墙。

4.1 施工工艺

（1）平整场地，建造施工平台。对作业面地基进行平整压实，确保施工机械运行安全、稳定。采取分层填筑，分层碾压，每层经监理验收合格后，才允许回填上一层风化砂。在回填过程中，应严格控制回填风化砂中的最大粒径，特别是在防渗轴线上下游各5m范围内，控制填料粒径不得大于15cm。

（2）建造导槽。施工平台形成后，按设计要求浇筑导向槽，并及时对防渗轴线和槽口板高程及控制桩号等进行抽查校测，对不符合精度要求的应返工。根据设计防渗墙轴线进行测量放线，导槽轴线与防渗墙轴线应重合。

（3）铺设枕木、钢轨。在平整坚实的施工地基上铺设枕木和钢轨，轨道与防渗墙轴线平行，轨道间距2.66m，枕木间距（0.5～0.8）m，以保证拉槽机行走平稳。在铺设好的钢轨上安装拉槽机和浇筑台车。

（4）泥浆制备。泥浆具有稳定孔壁、悬浮弃渣、冷却刀具等作用，施工中，向槽孔两侧渗透的泥浆还能有助于防渗。施工中所用泥浆性能指标为：比重1.05～1.2，粘度（22～30）s。为减少环境污染、降低工程造价，对泥浆采用除砂器进行净化循环使用。

（5）先导孔及单孔基岩鉴定。为准确掌握防渗墙底部高程，沿防渗墙中心线布置先导孔，设计要求先导孔钻孔深入弱风化岩层顶板以下1m。单元槽段的主孔造孔深度嵌入弱风化层顶板以下1.0m，特殊副孔需作岩样鉴定。根据先导孔确定的弱风化顶板线，要求在进入弱风化顶板线以上开始取样，并提出具体取样要求，由设计、地质、监理和承建单位质检人员共同确定槽孔终孔深度。

先导孔孔位应在防渗墙设计轴线上，在防渗墙深度变化处应设置先导孔。

（6）安装刀具。利用拉槽机的卷扬吊装刀具，在先导孔内进行安装。

（7）拉槽。开始拉槽时应缓慢进行，待泥浆循环正常后，即可按正常速度拉槽。施工过程中，必须注意槽孔内泥浆液面的升降变化，及时补充浆液，发现漏浆时，必须采取有效的止漏措施，确保槽孔孔壁稳定，防止塌孔。主孔未经检查验收合格不得钻劈副孔，只有副孔劈孔完成，经监理同意后才可劈打小墙，使防渗墙造孔始终有条不紊地进行，保证了防渗墙槽形一次检查验收合格。

（8）槽段隔离。在槽段隔离部位用钻机在槽中心扩孔，孔径为槽宽的1.4（1.5）倍，然后下入管式隔离体。

（9）清槽验收和换浆。槽孔隔离后，用反循环进行清槽，达到规定要求，经验收合格后进行清孔换浆。清孔结束后，应检查孔底，孔底淤积应小于10cm，孔内泥浆比重、含砂量、粘度均应满足设计技术要求，方可进行下道工序的施工。

二期槽孔清孔结束前，用刷子钻头清除混凝土孔壁上的泥皮，以刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准；否则，必须返工，直至满足设计要求。

（10）混凝土浇筑。混凝土按照设计配合比准确计量拌制，并按水下混凝土导管法浇筑。槽内混凝土面应均匀上升，各处高差应控制在0.5m以内，且上升速度不小于2m/h。墙体混凝土浇筑应连续进行，若因故中断，间断时间不宜超过40min。

入槽骨料级配必须良好，最大骨料粒径不应大于40 mm。严禁不合格料入槽。

（11）起拔隔离体。待初凝后用起拔油缸松动隔离体，达到墙体自立强度后，起拔隔离体。

4.2 防渗墙施工中应注意的问题

（1）防渗墙施工过程中，造孔质量是保证防渗墙质量的首要环节。同时，在防渗墙施工过程中，造孔时间占总工期的2/3以上，是制约工期的关键环节。施工中应采取预防偏孔措施，有效地防止或减少偏孔，使孔斜控制在允许范围内。

（2）保证混凝土防渗墙施工质量和速度的关键在于开槽的连续性，浇筑的及时性。并且要把泥浆固壁作为一个重要的施工环节去对待。否则，一旦出现塌孔，将导致施工中断，而断开段的处理相当困难。因此，各工序必须严格按规程进行操作，控制进度和质量。同时加强机械设备的维修养护，保证完好率，确保混凝土防渗墙“连续作业”，达到保证混凝土防渗墙施工质量的目的。

（3）配制混凝土的骨料宜选用天然卵石、砾石和中粗砂，骨料最大粒径应不大于40mm。

（4）在槽孔接头处混凝土浇筑时，一期槽孔两端的导管距端面的距离不宜大于（1～1.5）m，二期槽孔两端的导管距端面的距离宜为1m，开浇时导管口距孔底 （15～25）cm。

（5）施工中若遇到陡坡、块球体及弱风化基岩，要采用高强耐冲击合金刃焊在重凿（5～10t）或冲击钻头（1.5～3.0t）上进行冲击破碎，并辅之以爆破以提高工效。爆破方法根据实际情况可以采用传统的聚能爆破，也可使用钻孔预爆和槽内定位钻孔爆破。特别是槽内定位钻孔爆破对在陡坡上钻凿成槽起到了决定性的作用。

（6）由于混凝土防渗墙下要进行帷幕灌浆，故应在浇筑混凝土防渗墙之前预埋灌浆管，采用适合深槽的定位架预埋钢管法，以确保墙下帷幕灌浆的进度和质量。

5 质量检测

防渗墙体检测主要检测混凝土28天弹性模量，采用搅拌机口取样并用三轴仪试验的方法；混凝土抗渗性按照检查渗透系数和允许渗透坡降进行试验检查，检查时宜用较低的试验压力。

6 实施效果

西溪水库主坝防渗于2009年3月实施，从现场情况来看，加固后主坝渗漏现象基本消失。在主坝防渗时大胆采用了新材料、新工艺，并总结出具有代表性的成功经验，为塑性混凝土防渗墙在湖南的推广奠定了基础。