法斯河水库大坝防渗工程设计

刘艳利，吴海涛，郭建梅

（1.汤原县水利技术推广咨询服务中心，黑龙江汤原 154700;2.肇东市水务局，黑龙江肇东 151100;3.黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090）

1 前言

法斯河水库位于汤原县永发乡西北，松花江二级支流法斯河中下游，是以农田灌溉为主的小（1）型水库。水库总库容189万m3，校核洪水位142.77 m，灌溉面积333 hm2，工程等级Ⅳ等。水库土坝长961 m，坝顶高程143.85 m，最大坝高6.01 m，顶宽4 m。坝基桩号0+000～0+883之间第四系覆盖层厚约7～17.8 m，上层低液限黏土厚仅0.2 m，下层6.8～18.5 m左右的级配良好细砾，渗透系数20 m/d，渗漏量大。该水库除险加固工程设计中，坝体及坝基防渗采用了高压定喷防渗墙。这种防渗工程设计型式投资相对较小，防渗效果好，因此法斯河水库防渗工程具有相对的优越性和合理性。

2 设计基本资料

1）水库总库容为189万m3;水库校核洪水位100 a一遇为142.77 m;水库兴利水位为141.06 m。

2）《汤原县法斯河水库土坝工程地质勘察报告》和《汤原县法斯河水库大坝安全鉴定报告》。

3 设计依据

1）《汤原县法斯河水库大坝安全鉴定报告》。

2）《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001。

3）《堤防工程设计规范》GB 50286-98。

4）《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001。

4 坝体及坝基防渗设计

4.1 设计方案比较

通过坝基渗透稳定分析计算，坝基不进行处理，坝体不出溢，设计和兴利水位下地基及坝体渗透比降小于允许渗透比降，坝体及坝基基本满足渗透稳定要求。根据工程地质勘察报告提供的资料，设计采用表1的渗透系数进行渗流计算。

表1 法斯河水库土坝及坝基各部位渗透系数表

经初步计算，桩号0+000～0+883段坝体及坝基年渗透总量366.7万m3～420万m3，约为年径流的10.7%，而水库总库容189万m3，渗透量相对较大。通过水文调节计算，水库不进行坝体及坝基防渗，仅能保证下游灌溉166 hm2。因此，坝基应进行防渗处理设计。

坝基防渗设计拟定了水平和垂直两种防渗形式共3个设计方案进行了比较。

4.1.1 水平防渗方案

坝基水平防渗是在大坝上游设置黏土铺盖。坝前天然黏土铺盖厚度较小，多在0.5～1.0 m，且不连续，防渗效果差，需补做人工铺盖。人工铺盖长为水头的7倍，即25 m，平均厚1.50 m，首端（近坝端）2.0m，末端后1.0m。坝基做水平防渗后，其渗漏流量按铺盖斜墙坝计算。设计黏土铺盖工程量3.78万m3，工程需投资86.37万元。

4.1.2 垂直防渗方案

坝基垂直防渗型式采用混凝土防渗墙、高压定喷防渗墙方案两种设计型式进行了比较。

4.1.2.1 混凝土防渗墙设计方案

混凝土防渗墙范围为桩号0+000～0+883，防渗总长度883 m，防渗墙钻孔轴线位于既有土坝中心，平行坝轴线布设，成墙孔的方向穿过基岩的主要节理。经计算，设计防渗墙厚度取0.8 m，设计孔距为1.6 m;防渗墙平均深16.8 m;采取防渗墙措施后，坝基渗漏量30万m3/a。设计混凝土防渗墙工程量1.52万m2，工程投资1 720.0万元。

4.1.2.2 高压定喷防渗墙设计方案

高压定喷防渗墙范围为桩号0+000～0+883，防渗总长度883 m，防渗墙钻孔轴线位于既有土坝坝上游距坝肩2.0 m，平行坝轴线布设，成墙孔的方向穿过基岩的主要节理。设计孔径为0.15 m，设计孔距为1.2 m，防渗墙顶部高程为141.56 m。底部进入全风化岩层50 cm。防渗墙厚度为0.3 m，防渗墙平均深13.61 m，最大深度22.1 m。采取措施后坝基渗漏量为30万m3/a。设计工程量高压定喷防渗墙8 570 m，工程投资386万元。

经综合方案比较，水平黏土铺盖方案防渗效果不明显，工程量大，占用一定库容。混凝土防渗墙垂直防渗方案防渗效果好，但工程造价较高。高压定喷垂直防渗墙设计方案防渗效果好，工程造价相对较低。因此，本次水库防渗采用高压定喷防渗墙方案做为设计方案。防渗方案比较见表2。

表2 法斯河水库坝基防渗比较表

法斯河水库坝体及坝基采用高压定喷防渗墙后，能够彻底解决水库渗漏问题，从根本上达到水库除险加固的目的。通过水文调节计算，水库防渗后下游灌溉水田面积333 hm2，增加水田灌溉面积166 hm2。

4.2 高压定喷防渗墙设计指标

法斯河水库坝体及坝基防渗设计为水泥浆高压定喷防渗墙，工程设计为桩号0+000～0+883，设计长度883 m，设计顶高程141.56 m，为兴利水位线以上0.5 m，底部设计钻孔深度进入全风化岩0.5 m，钻孔有效深度应超过设计深度0.2～0.5 m。设计钻孔735个孔，灌浆孔间距1.2 m，钻孔位与设计位置偏差≤50 mm，孔斜率≤1%。防渗墙设计轴线与坝体轴线平行，总钻孔深度11 699.23 m，高压灌浆长度10 812.97 m。高压定喷水泥浆防渗墙设计厚度为0.3 m，水泥浆密度1.4～1.5 g/cm3，回浆密度＞1.3 g/cm3，墙体抗压强度2.0～5.0 MPa，渗透系数k＜1×10-6cm/s;工程灌浆设计喷射型式为直线定喷对接，高压喷灌施工设计采用钻喷一体设备，设计采用泥浆或水泥浆护壁自行成孔，钻进至设计深度后，送入气及高压水泥浆进行喷射提升，设计浆压≥36 MPa，气压 0.6～0.8 MPa，高压水泥浆喷射提速15 cm/min。

高喷灌浆设计要求全孔必须连续作业，每当拆卸喷管后须进行复喷，其长度≥0.2 m。喷射灌浆完成后，利用冒浆或水泥浆进行回灌，至孔内液面不再下降为止。高喷灌浆结束后，根据《水利水电工程水电工程质量检验与评定规程》SL176-2007要求，对高喷灌浆进行围井质量检测，渗透系数要达到设计及规范要求。

[1]吴中如，顾冲时.大坝安全综合评价专家系统 [M].北京：北京科学技术出版社，1997.

[2]催宗培，徐乾清，吴以鳌.中国水利百科全书（第四卷）[M].北京：水利电力出版社，1900.

[3]江苏省水利勘测设计院.SD133-84水闸设计规范[S].北京：水利电力出版社，1985.

[4]水利部水利水电设计总院GB50286-98堤防工程规范[S].北京：中国计划出版社，1998.

[5]佳木斯市水利勘测设计研究院.黑龙江省汤原县法斯河水库大坝安全鉴定报告[R].佳木斯：佳木斯市水利勘测设计研究院，2003.