高压定喷防渗墙在小型水库除险加固中的应用

2011-06-26魏家慧庄淑英

黑龙江水利科技 2011年4期

关键词：土坝坝基防渗墙

魏家慧，庄淑英

(海林市水务局，黑龙江海林 157100)

1 工程概况

石头沟水库位于海林市海南乡石头沟村北1 km处的海浪河左岸支流石头沟上，集水面积20 km2。水库始于1958年施工，1977才年竣工的小(1)型水库。

水库以灌溉、防洪为主，兼顾养鱼综合利用效益的年调节水库。通过引水渠道灌溉沿途80 hm2水田，设计保证率为75%。该水库经牡丹江市水利勘测设计研究院鉴定为病险水库，需要进行除险加固。2009年该水库被列为我省病险水库除险加固工程。

2 土坝现状及渗流稳定分析

石头沟水库大坝为多种材料土石混合坝，坝顶宽3.5～4 m，坝长307 m，现坝顶高程为316.17～316.70 m，平均坝顶高程316.49 m，最大坝高10.3 m。上游为干砌石护坡，边坡坡比1∶3，下游为天然草皮护破，边坡坡比1∶2.5。

根据地质资料分析，石头沟水库坝基上部为第四系松散堆积层，岩性为级配不良细砾，下部为白岗花岗岩。目前坝基有一处渗水点位于大坝0+260处。据抽水试验成果，渗透系数为5.3×10-3～1.11×10-3cm/s，坝体渗透性比较强，坝后有库水渗出，漏水原因坝体不同部位、不同深度的渗透性存在较大的差异，局部防渗断面不够。由于未进行大坝安全评价，所以水库长期处于低水位运行状态。根据大坝安全鉴定报告书中所述:坝体渗流计算出逸点渗透坡降J=0.4＜[J允]=0.61，渗流稳定。坝基渗透比降J=0.15＞允许临界坡降0.13，渗流不稳定，渗漏量较大。大坝渗流性态评价为C级。

3 土坝防渗方案选择

由于石头沟水库是已建工程，且经计算渗流出逸坡降均大于允许坡降，渗流不稳定，故需进行坝体防渗处理。

3.1 防渗墙顶高程的确定

对于Ⅳ级坝的石头沟水库，取防渗墙顶高程为校核洪水位加安全超高0.3 m即315.77 m。

3.2 防渗墙底高程的确定

土坝为多种材料土石混合坝，根据地质资料分析，石头沟水库坝基上部为第四系松散堆积层，岩性为级配不良细砾，下部为白岗花岗岩。渗流按透水地基上有截水墙的土坝渗流计算。截水墙未到不透水层，非完整截水墙。计算公式及计算结果(校核工况)为:式中:x为基础各段阻力系数;S为坝基防渗墙深度，m;T为坝基透水层深度，m。

截水墙的等效水平长度:

式中:σ为透水截水墙对不透水截水墙的阻力系数比值;δ为截水墙厚度，m。

式中:K为截水墙的渗透系数，1×10-7cm/s;K0为坝基的渗透系数，1.6 ×10-4cm/s。

式中:les为地下轮廓线总计算长度，m。

总渗流量可按下式计算:

式中:h2为墙后水位，m;H1为坝前水深，m;H2为坝后水深，m;K1为坝体防渗墙渗流系数，1×10-7cm/s;K2为坝壳渗流系数，1.67×10-3cm/s;Δh为通过截水墙的水头损失，m。

截渗墙底高程按比现状坝底高程低4 m设计，最后确定302.05 m为防渗墙底高程。

3.3 方案比选

根据土坝筑坝材料和坝基地质情况，坝体防渗选5种型式进行方案比选，第一方案为黏土斜墙，前面加水平铺盖;第二方案为高压旋喷心墙防渗;第三方案为高压摆喷心墙防渗，第四方案为多头小直径防渗墙防渗，第五种为高压定喷防渗心墙防渗。

从以上5个方案比选看，方案四造价较低，施工方法简单，但其施工工艺在本处实施难度较大，不适用于本地区，其他4个方案中第五方案造价最低，也适用于本处，所以采用高压定喷防渗墙防渗。设计要求抗压强度＞1.0 MPa，渗透系数K＜5×10-6cm/s，根据实际情况，防渗墙顶高程为315.77 m，截渗墙底高程达到现状坝底线下4 m，即在302.05 m为防渗墙底高程。