防渗技术在桃园水库除险加固中的应用

2012-01-26汪春林张大雷赵晓辉

治淮 2012年8期

汪春林张大雷赵晓辉

一、工程概况

桃园水库位于山东省烟台市牟平区观水镇韩家中村东500m外夹河支流中村河上，控制流域面积64km2，兴利水位为79.82m，设计洪水位为83.72m，校核洪水位为85.24m，总库容1307万 m3，兴利库容 503万m3，是一座兼有防洪、灌溉、水产养殖等综合利用的多年调节中型水库。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道和放水洞组成。大坝为壤土均质坝，坝长400m，坝顶高程为86.07m，最大坝高24.42m，坝顶宽度5.0m，为碎石路面，上游坝肩设有1.08m高的防浪墙。

溢洪道位于大坝东南端，紧靠坝头，为无闸控制开敞式溢洪道。现状溢洪道底宽50m，进口底高程79.82m,长161m。

放水洞位于大坝桩号0+010，闸前为浆砌石盖板方涵和闸后为有压隧洞衬管。闸前浆砌石盖板方涵断面尺寸为1.2m×1.2m，长42.5m，闸后为直径1.2m的有压隧洞衬管，长92m。放水洞全长134.5m，进口底高程70.02m，出口底高程69.12m。

二、大坝渗漏情况

水库大坝主要存在以下渗漏情况：

（1）大坝填筑质量差，压实度0.89～0.90。大坝清基不彻底，基岩透水率13.6～31.3Lu，渗水严重，坝基渗透坡降大于允许值，存在渗透变形可能。

（2）在1979年5月的桃园水库保安全扩建工程设计，将原来的96m宽的溢洪道废除，筑成大坝，在大坝东南端开挖新溢洪道，底宽50m。原溢洪道废弃，边墙、护底没有拆除，漏水严重，危及大坝安全。

鉴于水库存在的问题，2007年10月，水利部大坝安全管理中心将桃园水库核定为三类坝。

三、坝基存在的主要问题

1.渗漏情况

（1）当初建坝时，部分坝段未进行彻底清基，大坝直接填筑在河流冲洪积层（4）层粗砂～砾砂及（5）层含砂壤土层上，致使库水与砂砾层相连，水库蓄水后，河流冲洪积层成为库水渗漏的通道。据坝后潮湿的位置及钻探、调查资料，确定渗漏范围为0+023～0+075地段。

（2）根据调查与现场察看，桩号0+160～0+270坝后出现湿地与积水，坝基岩性为花岗岩风化层及冲洪积粉质粘土（3）。当初建坝时，缓坡段未进行彻底清基，部分坝段大坝直接填筑在原地层上，坝体与坝基接触不良。据观测，渗漏程度与库水位线性相关，水位高时渗漏严重。

（3）大坝 0+280～0+383段坝后坡脚现场察看，常年积水，此段为老溢洪道。据钻探资料，大坝老溢洪道段岩石风化较严重，裂隙发育，溢洪道改建时原有护砌没有拆除，直接筑在坝内，库水沿风化层接触带、风化裂隙及护坡石与坝体接触带渗漏。

2.渗漏量

经计算，坝基砂层及基岩风化层渗漏量为18.1万m3/a，占总库容的1.3%。

3.坝基土的渗透判别

（1）土的渗透变形判别

大坝桩号 0+015～0+075及0+185、0+270附近，坝体下分布河流冲洪积层，岩性为粗砂～砾砂（4）、含砂壤土（5）及粉质粘土（3），水库运行后，上述土体在渗流作用下易发生破坏，影响坝体稳定。经判定，坝基土渗透变形型式粉质粘土为流土型，含砂壤土及粗砂～砾砂为管涌型。

（2）临界水利比降

经计算，坝基砂土临界水力比降分别为粉质粘土1.03～1.04，平均1.04；含砂壤土 0.20～0.27，平均 0.24，粗砂～砾砂为0.08～0.12，平均0.10。

（3）允许水力比降

经计算，允许水力比降建议值为粉质粘土0.52；含砂壤土0.16；粗砂～砾砂为0.07。

（4）接触冲刷判别

右坝肩0+000～0+030岩石透水率为13～69Lu，大坝0+135～0+400段坝基岩石透水率为22～30.6Lu，属中等透水，在高水头作用下，右坝肩0+000～0+030段坝体与基岩，0+135～0+400段坝体与坝基强风化岩石之间存在接触冲刷的可能性。

（5）地质加固建议

建议对0+011～0+090段坝基松散层及 0+000～0+036、0+150～0+400段坝基基岩进行截渗处理，截渗深度为岩石中等透水层以上。

四、采取截渗措施

1.原溢洪道段截渗措施

根据地质报告，原溢洪道浆砌石砌体分布范围为桩号0+270～0+380，勘察时在大坝桩号0+280坝后开挖亦见有未拆除的原溢洪道残留浆砌石砌体，该砌体直接筑在坝中，对坝体渗透稳定性产生不利影响。运行中发现，只要水库水位超过78.33m高程，接触面开始向外渗水。为了解决该坝段存在的问题，采用薄壁混凝土防渗墙方案，截渗范围为大坝桩号0+265～0+385，长 120m。

防渗墙布置在大坝上游坝肩，防渗墙顶高程85.0m，墙底深入基岩1.3m。混凝土防渗墙体砂砾石层内采用C10普通混凝土，上部深入防渗体内2.0m。为保持坝体与防渗墙变形一致，防渗体内采用C2.5塑性混凝土。混凝土防渗墙厚度设计为0.4m。根据桃园水库坝体和坝基实际情况，考虑到该段岩石基岩透水率在22～30.6Lu，此段下增设帷幕灌浆，取防渗墙入岩深度为1.3m；防渗墙顶部插入壤土防渗体深度为2m。

2.大坝坝基砂砾层截渗措施

根据地质勘察报告，桃园水库主河槽段坝基未彻底清基，分布有第四系粗砂和含砂壤土，粗砂层的渗透系数为4.05×10-2cm/s，含砂壤土的渗透系数为3.95×10-3cm/s，库水与砂砾石层相连，水库蓄水后，河底冲洪积层成为库水渗漏通道。经计算分析，可能产生渗透破坏，为保证大坝安全，采取工程措施进行截渗处理。主河槽段坝基截渗范围为桩号0+011～0+091，截渗长度80m。

目前国内外坝基截渗处理的方法很多，有混凝土薄壁防渗墙、高喷防渗墙、垂直铺塑、多头小直径深层搅拌桩等。通过方案比较，坝基截渗采用混凝土防渗墙方案。

混凝土防渗墙布置在大坝上游坝肩，砂砾石层内设计采用C10普通混凝土，上部深入防渗体内2.0m。防渗体内采用C2.5塑性混凝土。防渗墙设计厚度0.3m，混凝土入岩深度为1.3m，深入壤土防渗体内2.0m。

3.大坝基岩漏水段截渗措施

根据桃园水库地质勘察报告和现场检查情况，右坝肩0+000～0+030岩石透水率为13～69Lu；大坝桩号 0+135～0+400段基岩顶部全风化层呈砂土状，透水率为22～30.6Lu，坝体与其接触面有可能产生接触冲刷，现场检查发现桩号0+280～0+383坝后常年积水，为减少水库渗漏量，防止发生渗透破坏，因此需对该段进行防渗处理。基岩防渗采用帷幕灌浆法进行处理。地质报告中建议对桩号0+001～0+036、0+150～0+400段坝基基岩进行截渗处理，考虑到混凝土防渗墙工程已对坝基第四系桩号0+011～0+091段基岩1.3m深度内进行截渗处理，基本接近相对不透水层，已有效地解决了坝基渗透破坏问题，即使有小量漏水，不会影响大坝安全，因此该段不再进行帷幕灌浆处理。根据工程实际情况，确定帷幕灌浆范围为：桩号 0+001～0+011长 10m、0+149～0+399长250m进行帷幕灌浆，大坝坝基帷幕灌浆总长度260m。

帷幕灌浆采用一排灌浆孔，灌浆孔位于坝顶，轴线与防渗墙轴线重合。灌浆孔的设计孔距为2.5m，取透水率为10Lu作为相对不透水层标准，帷幕灌浆的设计深度为相对不透水层。帷幕灌浆只设一排孔，分三个次序施工。一序孔孔距为10.0m，二序孔孔距为5.0m，三序孔孔距为2.5m，帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法，每个灌浆段长度为5m。