峪塔水库浆砌石拱坝防渗加固设计

马小平 李双生

（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 长沙市 410014）

余军明

（湖南水利水电职业技术学院 长沙市 410131）

1 工程概况

峪塔水库位于湖南省慈利县三官寺乡澧水水系溇水支流上，坝址距慈利县城80 km。水库控制集雨面积66.8 km2，坝址以上干流长度12.5 km，干流平均坡降26.6‰。工程于1963年10月动工兴建，1970年5月主体工程竣工。是一座以灌溉为主，兼顾防洪等综合利用的小（Ⅰ）型水利工程。

峪塔水库总库容570万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000），工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。大坝为浆砌石单曲拱坝，设水洪水标准按50年一遇，校核洪水标准按500年一遇，消能防冲工程设计标准按20年一遇。

枢纽工程由大坝、输水涵洞等永久性建筑物组成。

大坝为浆砌石单曲拱坝，上游面垂直，下游面倾斜，坡度为 1∶0.22；坝顶宽 2.7 m，最大坝高 28.5 m，坝顶高程234.5 m。溢流坝段为开敞式实用堰，堰顶高程230.0 m，堰长59 m，分两孔，每孔净宽7.25 m，总净宽14.5 m。消能方式采用鼻坎挑流，鼻坎高程385.2 m，挑射角25°。溢流坝坝顶布置工作桥，桥面宽2.0 m，高程397.0 m，共设2跨。

输水涵洞位于大坝坝体内，为钢筋混凝土圆涵，长35 m，断面尺寸为Φ1.4 m，进口底板高程218.5 m，设计流量5.5 m3/s，进口设启闭闸门一扇，闸门尺寸0.6 m×0.6 m，采用5 t手摇绞车启闭。

2 工程地质

坝基岩石节理裂隙较发育，结构面多张开，顺层面和节理裂隙岩溶比较发育。层面溶蚀与溶隙相互沟通，导致坝基渗漏增强。加上坝址附近出露11处渗漏点，尤其是右岸一处溶洞贯通库区，通向下游，流量达到20 L/s。大坝清基不彻底，基础未做防渗、帷幕灌浆施工，导致大坝坝基接触面存在着较为严重的渗漏。钻孔压水试验成果显示，坝基上部（10～13.9）m范围内岩体透水率一般大于10 Lu，最大的可达39.9 Lu，属中等透水带，蓄水后，大坝外坡左、右坝肩地带出现漏水，且渗漏量逐年增大，大坝外坡两岸坝肩地带出现浸润面积达125 m2。因拱坝坝基（肩）存在较严重渗漏问题，需进行防渗处理。

3 大坝渗漏情况及原因分析

3.1 大坝渗漏情况

峪塔水库于1970年5月建成蓄水运行至今，由于水库存在很多安全隐患，严重影响了工程效益的正常发挥。2007年4月，对本工程大坝进行安全鉴定，评定本工程水库大坝为三类坝。大坝存在主要问题：

（1）大坝坝体长期存在渗漏现象，且渗漏量随库水位的升高而加大。

（2）两岸坝肩存在溶蚀裂隙，漏水量较大，其右坝肩一处溶洞贯通库区，渗漏流量达到20 L/s。

3.2 原因分析

3.2.1 坝体渗水的主要原因

由于大坝施工质量较差，坝体砌筑块石不密实，存在较多缝隙，施工时砂浆过稀，干缩后形成裂缝，使坝体防渗体冷缝出现了自上而下贯穿性渗水通道，导致渗水。

3.2.2 坝基渗水的主要原因

（1）大坝清基不彻底，基础未做防渗、帷幕灌浆施工，导致坝基接触面存在着较为严重的渗漏。

（2）坝基岩石节理裂隙较发育，结构面多张开，顺层面和节理裂隙岩溶比较发育。层面溶蚀与溶隙相互沟通，导致坝基渗漏增强。

（3）坝址右岸一处溶洞贯通库区，通向下游。

4 大坝坝体、坝基防渗加固设计

为解决大坝目前存在的渗漏问题，对拱坝坝体采取充填灌浆的方法，坝基采取帷幕灌浆的措施进行防渗处理。大坝防渗加固纵剖面见附图。

4.1 坝体充填灌浆

4.1.1 灌浆孔布置

坝体采用单孔灌浆，为了节约工程投资，充填灌浆钻孔利用帷幕灌浆的钻孔，其孔距与帷幕灌浆孔孔距一致，均为2.5 m。坝顶全长约78 m，共32孔，充填灌浆共进尺730 m。

附图 浆砌石拱坝防渗加固纵剖面

4.1.2 灌浆参数

充填灌浆是利用较少的灌浆压力或浆液自重，将浆液灌入坝体隐患处，以堵塞洞穴和裂缝，且不对其产生辟裂破坏的目的。

（1）灌浆方法。

充填灌浆孔从坝顶钻孔，充填灌浆应一次钻孔，分段灌水泥浆，每段长4 m，灌浆时采用下套管“自下而上，分段灌注”的方法，在灌浆中应先对第一序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第一序孔终灌后再时行第二序孔，第二序孔结束后再进行第三序孔。每孔灌浆次数一般为5～10次。

（2）灌浆压力。

坝体灌浆中，孔口压力应控制在按设计时的最大允许灌浆压力范围内。灌浆压力控制在（0.1～0.2）MPa，并应加强观测。

（3）浆液材料。

充填灌浆主要材料是土料，加入少量的水泥，浆液为粘土浆。

4.2 坝肩坝基帷幕灌浆

4.2.1 灌浆孔布置

大坝坝基及坝肩存在比较严重的渗漏，本次加固设计采用帷幕灌浆作防渗加固处理。帷幕灌浆孔布置于坝轴线上。灌浆范围为正常蓄水位线与基岩5 Lu线下5 m范围线所包涵部分，孔距2.5 m。

右岸坝肩的帷幕灌浆结合考虑右岸渗漏通道的处理，帷幕灌浆范围延伸至渗漏通道处，右岸坝肩帷幕灌浆考虑在右岸坝肩设置灌浆平洞，灌浆平洞尺寸设为2 m×2.5 m，城门洞形。

根据地勘成果及相关规范要求，灌后基岩透水率应不大于5 Lu，并要求帷幕孔深入相对不透水层5 m。按此原则布置，设计大坝基础帷幕灌浆孔为77孔，总进尺2 210 m。检查孔按帷幕孔的10%计，共7孔，进尺为220 m，布置在帷幕轴线上，一般地段均匀布置，在吸浆量大的部位稍作变更。灌浆深度的确定，一序孔为先导孔，钻入基岩层作压水试验，当吸水率小于或等于5 Lu时，再施工下一段。

4.2.2 灌浆参数

本设计所提供的灌浆基本参数孔深、灌浆压力等根据现场试验可作调整。

（1）灌浆段长度。

灌浆段的长度是根据岩石裂隙的发育情况、破碎情况、渗透性以及设备条件决定的，本次灌浆参照类似工程经验，确定灌浆段长度为5.0 m，实施中发现问题及时修改。射浆管距孔底不得大于50 cm，灌浆塞应塞在前一灌浆段底以上50 cm处，防止漏灌。灌浆前对灌浆段处进行冲洗。孔内沉积厚度不超过20 cm，冲洗压力为0.7 MPa，至回清水为止。

（2）灌浆压力。

灌浆压力是影响灌浆质量的重要因素，以回浆压力为准，本次灌浆压力要求现场通过压水试验确定。

坝体与岩基接触面的灌浆压力应以不使坝体底部劈开或上抬为原则。

当灌浆孔离岸坡面较近，为防压力过大挤动岸坡，按情况降低最大压力值，但不小于最小压力值。在接触面处的第一灌浆段应从最小压力开始，视吸浆情况逐步加大或不变。

（3）浆液稠度。

灌浆压力是影响灌浆质量的重要因素，本次灌浆压力一般要求现场通过灌浆试验确定。浆液稠度一般应随基岩的单位吸水量而变，起始水灰比采用5∶1，以后依次采用 3∶1、2∶1、1:1、0.8∶1、0.6∶1，个别灌浆段可视情况采用0.5∶1。浆液稠度的变换原则是：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的灌入量已达300 L以上或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级；当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

（4）结束灌浆标准。

符合下列条件者，即可结束灌浆：采用自下而上分段灌浆时，灌浆段在设计压力下，注入率不大于1 L/min后，继续灌注60 min后，可结束灌浆。

（5）灌浆材料。

灌浆材料必须是新鲜的普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5，对因受潮而结块的水泥一定要清除，以免影响施工质量。

（6）灌浆次序。

帷幕灌浆布设单排孔。分两序施灌，同序孔距为4 m（异序孔距为2 m）。

（7）施工要求。

帷幕灌浆的钻孔、冲洗、压水试验的各种要求必须符合 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T 5148-2001和技施设计要求。全孔灌浆完毕后，采用自下而上分段封孔，每段（15～20）m，灌入水灰比为0.5的浓浆封孔。

4.2.3 检查标准

质量检查应以检查孔压水试验成果为主，检查孔数为灌浆总孔数的10%，检查孔应布置在帷幕中心线上或岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位，检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14 d后进行，自上而下分段卡塞进行压水试验，采用单点法或五点法。压力为1H0（H0为正常蓄水位至试验段处高差），且不大于该处灌浆压力的80%。检查孔各段压水试验测得的q值应≤5 Lu，如出现大于5 Lu的试验段，则应进行补灌。

5 结语

（1）由于峪塔水库浆砌石单曲拱坝施工质量较差，坝体砌筑块石不密实，形成裂缝，造成坝体严重漏水，对在大坝安全运行带严重隐患。在除险加固工程实践中，采用坝体充填灌浆方案解决渗漏问题，该方案不仅工期短，工艺简单，而且防渗效果较好。

（2）峪塔水库建成运行40多年，限于当时的施工条件，基础大多未进行彻底处理，大坝蓄水后，出现坝基渗漏、坝肩绕坝渗流等现象十分普遍。根据地形地质条件，结合实际情况采用帷幕灌浆基础处理措施，有效地解决坝肩及坝基渗漏问题。