大坝防渗加固设计

周维海

(唐山市水利规划设计研究院，河北唐山063000)

1 工程概况

某水库坝址以上集雨面积为26.5 km2，主河长为14.8 km，流域呈不对称的扇形，左岸偏陡，右岸地势稍微平坦，河窄坡陡，水流较湍急，河道的加权平均坡降是1.95%，流域内的森林及草木覆盖率达90%以上，属山区河流，洪水大部分是由暴雨形成，流域内水灾频繁，灾情较为严重。

2 渗漏情况及原因分析

2.1 坝体填筑质量差

大坝为黏土均质坝，填筑土是坡积层黏土，大部分采用的是低液限黏土，局部采用的是高液限黏土，土质不是很均匀，这就容易造成孔隙比、液性指数偏大，干容重较低，填土密实性效果较差;通过渗透检测发现，坝体的渗透系数1.3×10－4～3.6×10－4cm，大于标准坝体防渗土料所要求的最大渗透系数1×10－4cm/s，造成了大坝的大面积散浸。

2.2 排水棱体失效

排水棱体是由白云岩块石堆积而成，过滤层是由碎石和砂组成，排水棱体较小，经多年的运行就逐渐形成了棱体排水不畅，浸润线较高，从而就导致坝坡湿润、散浸，散浸汇集总量约50 mL/s。

2.3 坝基、坝肩问题

1)坝基处岩石抗风化能力较弱:坝址区经地质勘探发现有6个较大规模洞穴，其主要位于坝轴线下游，露头的基岩上有较多蜂窝状空洞;坝基性为浅灰色厚、巨厚层状的粗晶、中晶的白云岩，岩层风化破碎，强中风化层的下限约5～10 m，经压水试验结果分析，基岩顶部为5～10 m，坝段透水率为23.5～72.1 Lu，基岩顶面10 m以下透水率为9.8～11.6 Lu，这就说明坝基、基岩表层岩石风化破碎且透水性强，其下部岩石基本完整，为弱透水岩层。

2)泥岩夹层处呈薄饼状:长石砂岩中夹薄层泥岩，主要是沿地层层面出，且在两岸处均有发现，这就形成了岩体中的软弱夹层带。

3)坝肩钙化黄土状壤土与半胶结细砂存在渗漏破坏的可能，不宜直接用作坝肩基础。

2.4 坝体填土

大坝填筑土主要有含砂、低液限黏土、含砂、低液限粉土以及粉土质砂，各类土质混杂式的填筑，就导致土质均一性较差。含砂、低液限粉土的渗透系数平均值为2.33×10－4cm/s，粉 土 质 砂 的 渗 透 系 数 平 均 值 为7.67×10－4cm/s，其渗透系数偏大，没有满足规范的要求。

3 工程除险加固的必要性

某水库是一座以灌溉为主，兼防洪、发电以及养殖等具有综合效益的中型水库。自水库蓄水运行后，就不间断的发生一些质量问题，如大坝坝基、坝体、坝肩渗漏问题，水库一直处于带病状态。为了确保水库安全性，水库一直被迫限制水位运行，故必须对其除险加固，以确保水库安全运行;确保下游灌溉需要;也为水库今后的发展创造条件。

4 防渗加固设计

4.1 防渗方案选定

在防渗设计时，坝体防渗加固处理设计选择2种方案进行比较。

4.1.1 方案1:在大坝上游侧设黏土斜墙式的方案

方案概况:在大坝的下游坡292.5 m处高程采取削坡放缓至1∶2.5，在大坝的上游侧设黏土斜墙，顶宽为6 m(坝顶宽)，斜墙底宽为24.5 m，底部厚度为7 m，砂卵石坝基采取截水槽来减少坝基覆盖层的渗漏。

4.1.2 方案2:沿坝轴线设混凝土防渗心墙方案

方案概况:同上方案将下游坝坡培坡放缓至1∶2.5，在高程的295 m高程处设一马道，宽为1.5 m，为上游坝坡整平、护坡。自大坝坝顶顺坝轴线的方向设置混凝土防渗墙，防渗墙要贯穿坝基砂卵石层且要深入基岩1m，以截断坝基覆盖层的渗漏的途径。

考虑到库区已蓄水多年，若采用黏土斜墙式的方案不仅仅要放空水库，且其施工难度非常大，工程造价较高，故本次对大坝坝体防渗加固处理采取混凝土防渗墙方案，因为该方案目前应用非常广泛，其施工干涉少，直观、安全、可靠。

4.2 防渗加固设计

4.2.1 墙体材料及防渗墙厚度

防渗墙体的材料为混凝土，基本要求是:k≤1×10－6cm/s;J允许＜60。

根据水源头、水库地质条件以及已建的工程情况，设计墙厚为50 cm，其防渗墙的最大渗透坡降J=53.476＜［J］=60，满足其设计基本要求。

规范要求，防渗墙墙顶高程应当不低于校核的洪水位，故设计的墙顶高程取为309.5 m，使防渗墙伸入基岩到1 m，且最大墙高要保持在39 m左右。

4.2.2 防渗墙施工工艺的选择

防渗墙施工工艺的选择要综合考虑成墙技术的原理、适用条件、质量以及经济等各方面的因素。大坝混凝土墙最大墙深为39 m，墙体厚度为50 cm，根据目前我国的成墙工艺和我省类似工程的实践经验，拟定了3种可行的混凝土防渗墙的施工工艺进行了经济和技术性的比较，3种方案的主要技术参数和经济指标的比较见表1。

表1 大坝防渗处理方案比较表

从表1可以看出，液压抓斗方案的造混凝土防渗墙造价较为适中，成墙质量也可靠，检测也方便，易于对工程进行控制。因此，从安全、可靠以及经济的角度出发，再根据本工程的地质状况，借鉴我省的一些类似工程实践经验，本阶段的设计较适宜采用液压抓斗造混凝土防渗墙方案。

4.2.3 防渗墙施工注意的问题

1)顶部塑性黏土区内要，在防渗墙顶部填筑1 m厚高塑性黏土，底宽为3.2 m，顶部至护坡要设反滤层。且高塑性黏土要满足以下要求:渗透系数 ＜1×10－7cm/s;压实度 ＞0.97;干容重＞16.5 kN/m3;最优含水量要控制在+2%范围内。

2)防渗墙在施工时，为保证质量，还要随时对其进行施工观测。其主要是进行应力应变观测，首先选择两个断面安装应力应变观测设备。在0+150、1+200断面各设置10支应变计，埋设3支无应力计。观测房可以位于水库管理所内，观测电缆应顺坝坡埋设。埋设后，用观测房内的观测设备进行观测，并要对观测资料进行统计分析，以确定混凝土防渗墙的工作状态运行效果。

4.2.4 坝基及坝肩防渗加固

据勘探结果表明:坝基部位留有厚约2 m的强透水松散砂卵石层;地基浅层基岩为强、弱风化变质砂岩，左、右坝肩钻孔压水试验透水率10.1～25.9 Lu，具中等透水性，存在坝基、坝肩及绕坝渗漏问题。

坝体混凝土防渗墙贯穿坝基砂卵石层，深入基岩1 m，截断了坝基覆盖层的渗漏途径，坝基基岩的钻孔压水试验透水率5.6～7.5 Lu，基本截断了坝基渗漏。通过渗流计算可知:大坝上游在校核洪水位时的最大单宽渗漏量为3.489 m3/dm，按上游常年在校核洪水位计算，经计算渗漏量为16.81万m3/a，水库总库容为1 076万m3，渗漏量占总库容的1.56%，不影响大坝的蓄水，故对坝基不做帷幕灌浆处理。

根据测试的渗透剖面图确定基岩以透水率q≤10 Lu作为相对不透水层，左右坝肩在正常蓄水位下，基岩钻孔压水试验透水率大部分都＜10 Lu，只有较少部分＞10 Lu，坝肩渗露的问题不大，故两坝肩也可不做帷幕灌浆处理。

［1］韩振华.大西山水库大坝防渗加固工程设计与施工［J］.工程建设与设计，2002(3).

［2］黄福贵.永顺县松柏水库大坝防渗加固设计［J］.湖南水利水电，2007(1).

［3］戴金洲.马家冲水库大坝渗漏原因分析及防渗处理［J］.防渗技术，2000(12).