章丘市杏林水库大坝坝基防渗方案比选

赵 波，刘 宁

（章丘市水务局设计室，山东 章丘 250200）

杏林水库位于章丘市普集镇杏林村东，东巴漏河中游，属小清河水系，控制流域面积180.2 km2，工程始建于1970年10月，现状总库容1 261万m3。水库工程枢纽由大坝、溢洪道、非常溢洪道 （过水土坝）、南/北放水洞组成。下游保护范围270 km2内有相公庄、刁镇、绣惠3个工业重镇，保护人口11.5万人，耕地1万hm2，是一座以防洪为主，兼有灌溉、养殖等多功能运用的中型水库。由于存在防洪标准低、工程结构老化、坝基严重渗漏等问题，水库工程不能安全运行。2007年10月，水利部下达三类坝鉴定核查意见，杏林水库正式列入国家病险水库除险加固计划。

1 大坝地质情况分析

1.1 坝体防渗

杏林水库大坝全长2 280 m，以溢洪闸为界分左右阶地坝段，根据地质勘察报告，大坝基本属于均质土坝。经外业钻孔注水试验推求，坝体填土渗透系数平均为5.8×10-6cm/s；双环渗水试验推求渗透系数为坝前坡 5.09×10-4～2.59×10-3cm/s、 坝后坡 2.3×10-3～8.33×10-3cm/s，综合考虑各种试验方法及试验部位并结合工程多年运行情况，推荐采用坝前坡坝体填土渗透系数为5.09×10-4cm/s、坝后坡坝体填土渗透系数为8.33×10-3cm/s，均高于《碾压式土石坝设计规范》要求均质坝渗透系数不大于1×10-4cm/s，坝体渗漏量大，故坝体需做防渗处理。

1.2 坝基地质现状

根据地勘报告，对大坝桩号0+900-1+087段坝基进行了清基，坝基基岩为二迭系上统石千峰组(P2sh)紫红色粉、细砂岩及泥岩。大坝桩号0+000-0+900、1+087-2+220段坝基未进行清基，坝基分布②层壤土、③层砾卵石层及④层二迭系上统石千峰组(P2sh)紫红色粉细砂岩、泥岩及黄绿色砂页岩。依钻孔注水试验资料推求渗透系数：②层壤土为1.6×10-5cm/s，③层砾卵石层为5.37×10-2cm/s，④层坝基砂岩、页岩为 3.8×10-6cm/s。

1.3 坝基存在的主要问题

由地勘报告坝顶工程地质纵剖面图及坝前、坝后地质纵剖面图可看出，大坝桩号0+900-1+087段坝顶、坝后对应的坝基清基比较彻底，坝体坐落于基岩上，基岩渗透系数为3.8×10-6cm/s，属微透水层。该段坝前坝体大部分段坐落于卵砾石层上，渗透系数为5.37×10-2cm/s，属强透水层；大坝桩号 0+000-0+900、1+087-2+220段坝前、坝顶、坝后坝体对应的坝基基本上都坐落于卵砾石层上，渗透系数为5.37×10-2cm/s，属强透水层。虽根据杏林水库“三查三定”资料得知该两段坝在坝体上游坡脚处卵砾石层透水通道上游设置了3 m厚黏土防渗斜铺盖，但经渗透变形分析，坝基壤土层与卵砾石层之间可能会发生接触冲刷，斜铺盖与卵砾石层间会发生接触流失，坝基渗透稳定、斜铺盖的渗透稳定均不满足要求，存在渗透破坏的可能；而且由坝顶、坝前、坝后地质纵剖面图知，大坝桩号0+900-1+087段仅在坝体中下游坝基进行了清基，而大坝桩号0+000-0+900、1+087-2+220段则在上游进行了斜铺盖防渗，所以整个坝基并未形成完整的、严密的坝基防渗体系，坝基仍然存在卵砾石层渗漏通道。

实际运行中，根据《杏林水库大坝安全鉴定现场安全检查报告》，水库自建成之初即存在渗漏问题。据水库管理资料记载：自1972年水库工程建成后至1979年，水位在100.0 m以下渗漏较小，渗漏量约为1.5万m3/d；水位在101.0 m时，渗漏量约为3.0万m3/d；水位在102.0 m时，渗漏量约为4.0万m3/d；水位在103.0 m时，渗漏量约为5.0万m3/d。为治理水库渗漏，于1979—1980年沿左、右阶地坝段坝轴线进行了钻孔灌浆，灌浆全长2 100 m。据1980年以后水库管理运行记录，桩号0+300—0+330，1+500—1+720坝段渗漏严重：水位在100.0 m以下时，水库渗漏量约为0.9万m3/d；水位在100.0～101.0 m时，渗漏量约为2.3万m3/d；1990年水位在101.5 m时，坝后浸润范围达 10.7 hm2；2003 年汛后，水位在 102.0～103.0 m，右阶地坝段下游出现明流，浸润范围达6.4 hm2，在南放水洞南侧翼墙上有细泉涌出。水位在102.5 m以上时，溢洪道右侧坝段渗流明显，其下游农田因积水或地下水位较高，长年不能耕种。

根据地质勘探成果、水库观测渗漏情况及坝基渗漏分析，对大坝坝基必须采取截渗措施，以解决可能产生的渗透破坏。同时，坝基截渗后可以减少水库渗漏量，增加兴利库容。

2 坝体防渗与坝基截渗工程方案比选

2.1 方案一：混凝土防渗墙结合坝坡土工膜防渗

在现状坝前坡脚上游2.5 m处以液压抓斗、冲击钻机等工艺造槽，槽宽0.3 m，槽内灌注C10素混凝土，形成混凝土防渗墙，底部与不透水完整岩层结合。自设计坝脚及坝坡采用复合土工膜防渗至坝坡高程108.40 m处，混凝土防渗墙与复合土工膜用螺栓锚固，与坝坡土工膜搭接1 m，以形成完整的防渗体。根据已建工程资料，渗透系数可达到10-7cm/s，耐久性和抗冲刷性均能满足防渗体的要求。

2.2 方案二：混凝土墙防渗

在坝顶处沿坝顶走向以液压抓斗、冲击钻机等工艺对坝基破碎岩层、砂砾石层、壤土层以及坝体壤土层造槽，槽宽0.3 m，槽内灌注C10素混凝土，形成混凝土防渗墙，底部与不透水完整岩层结合。混凝土墙墙底深度同方案一。

2.3 方案三：高喷板墙防渗

在坝顶处沿坝顶走向对坝基破碎岩层、砂砾石层、壤土层以及坝体壤土层进行高压喷射灌浆形成连续板墙。其中在破碎岩层、砂砾石层采用旋喷工艺，在壤土层采用高压摆喷工艺。坝基截渗深度同方案一。各方案比较见表1。

表1 坝体防渗与坝基截渗方案比较表

从表1三个方案看，各有其优缺点，方案一采用坝基混凝土墙截渗加坝体土工膜防渗，防渗效果较好，造价较低，目前在水库除险加固中应用较广，并已取得了良好的效果；方案二截渗效果最好，但施工工期长，造价高；方案三防渗效果与施工工艺设计、施工质量控制都有较大关系，造价稍高。根据以上分析，从技术、防渗效果、施工方便程度等方面考虑，坝体防渗、坝基截渗优选方案二。

3 坝体与坝基混凝土防渗墙设计

3.1 混凝土防渗墙布置及高程确定

为便于混凝土防渗墙施工，防渗墙轴线取距离原大坝内坝肩下游1.2 m处作为其施工轴线。

根据地勘资料知，在大坝桩号0+000-2+220段坝基地层分为3层，从上而下分别为壤土层、卵石土层、基岩层。卵石土层基本上连续地分布于该段坝基，而成为较严重的渗漏通道，且基岩层存在全风化、强风化层，破碎严重，因此，确定桩号0+000—2+220段混凝土防渗墙底高程为中风化较完整基岩层，确定墙底高程为中风化基岩层顶高程下1.0 m；为使坝基、坝体形成完整的防渗体，确定混凝土防渗墙顶高程为108.14 m，其上铺设沥青混凝土坝顶路面。

3.2 混凝土防渗墙厚度确定

混凝土防渗墙采用抗渗标号为W6的混凝土，其厚度采用28 d的试件不发生渗水现象的最大水头压力来确定。

根据山东省水利科学研究院在 《土石坝地基混凝土防渗墙设计与计算》中介绍的抗渗标号为W6的混凝土允许水力梯度J允＜80。

杏林水库防渗墙承受设计最大水头为26.91 m，计算得防渗墙厚度为0.34 m。

为尽可能节省工程投资，混凝土防渗墙根据所承受水头及便于施工，分段确定其厚度。

溢洪道左岸即大坝桩号0+000—0+927段，混凝土防渗墙承受最大水头为26.91 m，综合考虑施工机具、墙体寿命等因素，确定本段工程混凝土防渗墙厚40 cm；溢洪道右岸即大坝桩号0+992—2+220段，混凝土防渗墙承受最大水头为23.21 m，计算得混凝土墙厚度为0.29，综合考虑施工机具、墙体寿命等因素，确定本段工程混凝土防渗墙厚度为30 cm。

4 结语

杏林水库除险加固工程于2010年底完成主体工程，并于2011年初开始蓄水，经过半年多运行观测，截渗效果显著，在2011年天气极端干旱的情况下，蓄水位持续增长，由98.0 m增加到100.6 m，水库库容增加了150万m3，对改善当地环境、增加灌溉面积、促进作物增收起到了积极保障作用。