六凤山水库50 m高土坝的防渗设计与施工

蔡联华

（钦州市水利电力勘测设计院，广西钦州 535000）

六凤山水库50 m高土坝的防渗设计与施工

蔡联华

（钦州市水利电力勘测设计院，广西钦州 535000）

针对广西第一高土坝——六凤山水库大坝的除险加固防渗工程，分析了该工程的地质条件和土坝特点，提出了几种设计方案，并通过比选采用了塑性砼心墙防渗方案。介绍了塑性砼心墙的施工方案、施工机械选择及施工工序等技术问题。并针对由于该土坝填筑质量差、砂性较强而造成施工过程中屡次出现塌孔的现象，提出了一系列处理措施，使得塑性砼心墙的施工得以顺利完成。其施工技术可为同类工程提供参考。

土坝；防渗设计；塑性砼心墙施工；塌孔处理

1 工程简介

六凤山水库位于广西钦州市浦北县龙门镇境内，距浦北县城27 km。是一座以灌溉为主的小（1）型水库工程。水库集雨面积为5.0 km2，设计灌溉面积533 hm2。枢纽工程等别为Ⅳ等，主要水工建筑物级别为4级。水库采用的洪水标准为：50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。设计洪水位为97.68 m，校核洪水位为98.60 m，正常蓄水位为95.00 m，死水位为60.00 m。水库总库容为422×104m3，有效库容为324×104m3，死库容为6×104m3。

六凤山水库大坝最大坝高50.50 m，为广西第一高土坝。大坝安全鉴定为三类坝。如垮坝将影响下游的5个村委和6所学校共30 000人、耕地1 067 hm2，以及浦北县城—北海市的二级公路5 km。

六凤山水库枢纽工程于1969年11月动工兴建，至今已有42年。枢纽工程由大坝、溢洪道、输水隧洞等建筑物组成。大坝坝型为均质土坝，坝顶长度150.40 m，坝顶高程100.16 m，最大坝高50.50 m，坝顶宽4.05 m。上游坝坡坡比1∶2.75，下游坝坡坡比自下而上分别为1∶2.9，1∶2.85，1∶2.57，1∶2.0，设3级平台，平台高程自下而上分别为68.9，80.70，88.77 m，平台宽2.0 m。下游坝坡为草皮护坡。下游坝脚设有排水棱体，顶高程为55.08 m。溢洪道位于大坝左侧的山头，堰型为开敞式宽顶堰。溢洪道宽8 m，总长271.20 m。输水隧洞位于大坝右岸，输水隧洞及进出口段全长317.78 m。六凤山水库枢纽布置见图1。

2 大坝工程地质概况［1］

2.1 坝体填土（Qs）

坝体填土材料来源于坝址附近的残坡积土，为黏土质砂。虽然局部颜色、砾石含量及黏性大小有所差异，但未见明显分层，根据地勘资料，其主要特征如下：

填土以黏土质砂为主，黄色、黄褐色夹灰黄色，浸润线以上土层一般呈干－稍湿，坚硬状态，较松散，重型圆锥动力触探击数为2～3击，标准贯入锤击数为2～6击。浸润线以下土层一般较湿，土层呈可－硬塑状态，较密实，重型圆锥动力触探击数为4～6击；砾成分为石英，据土工试验，砾含量为18.6%～19.9%，砂含量41.1%～47.7%，粉粒含量为22.0%～27.2%，黏粒含量为6.6%～18.3%。填土最优含水率为13.8%，最大干密度为1.86 g／cm3，压实度仅为81%。坝体填土质量较差。大坝填土基本顺着原河谷填筑，两侧坝肩填土层厚度较薄，厚度一般为5～20 m，大坝中心部位填土层最厚，为50.5 m。

2.2 印支期堇青石花岗岩（γ15）

灰、灰白色（风化呈黄、黄褐色），块状构造、中粗粒结构，属酸性侵入岩，呈大型岩基产出，由钾长石、斜长石、石英、堇青石组成，岩石风化后微小裂隙发育。主要分布于库盆、坝址两岸山坡及坝基。坝址区分为强风化带和弱风化带。

强风化带：原岩颜色大部分改变为黄色、黄褐色，由疏松至半疏松岩石夹硬至半硬岩石组成，岩体完整性差，岩石多呈碎块状。

弱风化带：岩性均一，岩体颜色与原岩颜色基本一致，仅沿裂隙面风化呈灰黄色或铁钙色，强度较高，透水性弱。

图1 六凤山水库枢纽布置图Fig.1 Layout of the Liufengshan Reservoir

2.3 大坝各岩土层渗透试验成果

大坝各岩土层渗透性试验主要为现场注水试验和室内渗透试验，现场注水试验共进行了22段，压水试验进行6段。室内渗透试验共进行14次试验。大坝各岩土层渗透试验成果见表1。

从渗透试验成果看，大坝填土现场注水渗透系数在7.5×10－5～5.8×10－3cm／s之间，平均值为1.55×10－3cm／s，大值平均值为4.2×10－3cm／s。室内渗透试验渗透系数在3.9×10－4～1.9×10－3cm／s之间，平均值为1.1×10－3cm／s，大值平均值为1.9×10－3cm／s。大坝土体属中等透水。强风化基岩透水率为7.8～11.2 Lu，平均值为9.6 Lu，其大值平均值为10.5 Lu，为中等透水层，透水性主要与节理裂隙发育程度有关。弱风化基岩透水率为3.7～4.6 Lu，平均值为4.2 Lu，大值平均值为4.4 Lu，为弱透水层。

表1 大坝渗透试验成果统计Table1 Statistics of the results of seepage tests on the dam

根据历年来的渗流观测资料，坝下游坡左侧，高程为72.1 m处有一集中渗水点，渗漏量为0.6 L／s，渗润面积为50 m2。从土工试验成果看，坝体土体压实度仅为81%，说明大坝土的填筑密实度差，土质差，是导致坝体渗透系数偏大和造成渗漏险情的主要原因。

六凤山水库大坝地质纵、横剖面图分别见图2、图3。

2.4 大坝各岩（土）层物理力学指标

大坝各岩（土）层物理力学指标建议值见表2。

图2 六凤山水库大坝地质纵剖面图Fig.2 Longitudinal profile of the geological condition of Liufengshan reservoir dam

图3 六凤山水库大坝地质横剖面图Fig.3 Transverse profile of the geological condition of Liufengshan reservoir dam

表2 大坝各岩（土）层物理力学指标建议Table2 Suggested values of the physical properties of each rock（soil）layer of the dam

3 大坝防渗设计方案［2］

针对大坝存在的渗漏问题，考虑了以下防渗处理方案。

3.1 高压摆喷灌浆方案

大坝防渗方案为：坝体防渗采用高压摆喷灌浆处理，坝基防渗采用水泥浆帷幕灌浆处理。

高喷灌浆桩号从0＋007.6至0＋158，总长150.4 m。灌浆孔布置为2排，最终孔距和排距均为1.6 m，共布孔189个。帷幕灌浆孔底高程深入至岩石下限至单位透水率q≤5 Lu线以下1.0 m。灌浆总进尺为5 181 m，最大孔深55.13 m。高喷灌浆与帷幕灌浆的搭接长度为2 m。设计坝体渗透系数要求k≤1×10－5cm／s。坝基帷幕灌浆设计要求透水率q≤5 Lu。

3.2 黏土斜墙方案

大坝防渗设计方案为：于大坝上游面增设防渗黏土斜墙，上游坡比1∶3.3，斜墙顶部厚度3 m，底部厚度11 m，黏土斜墙总方量11.8×104m3。设计斜墙渗透系数要求k≤8.0×10－5cm／s。

3.3 塑性砼心墙方案

大坝防渗设计方案为：坝体防渗采用塑性砼心墙，坝基防渗采用水泥浆帷幕灌浆。

塑性砼防渗墙从桩号0＋004至0＋134.4，总长130.4 m，防渗墙沿坝顶中心线布置，底部浇筑至坝体与坝基接触面以下1 m，顶部浇筑至上游正常水位以上0.5 m，墙厚0.8 m，防渗墙最大高度46.84 m，最大孔深51.5 m，防渗墙总面积4 550 m2。塑性砼防渗墙的设计指标为：28 d弹性模量800 MPa，抗压强度3.5 MPa，渗透系数k≤1×10－7cm／s。

帷幕灌浆沿坝顶中心线布置，从桩号0＋004至0＋134.4，总长130.4 m，终孔距离为2.4 m，帷幕灌浆孔底深入5 Lu线以下1.0 m。帷幕灌浆总进尺为330 m，最大深度5.1 m。坝基帷幕灌浆设计要求透水率q≤5 Lu。

3.4 大坝防渗设计方案比选

高压摆喷灌浆方案最大孔深达55.13 m，即使采用先进钻机，也难保证偏斜率小于1.2%，此时，则单孔的终孔偏差就有0.66 m，两孔偏差就有可能达到1.3 m以上，高喷灌浆就有可能搭接不上。故考虑到钻孔的垂直度偏差，高喷灌浆质量难以保证，放弃了高压摆喷灌浆方案。

由于黏土斜墙方案需要大量黏土，土料场距离有10 km之遥，且经土工试验，土料渗透系数只有0.5×10－4cm／s，不满足防渗要求，故黏土斜墙方案也被否决。最终选择了塑性砼心墙方案进行防渗处理。

4 塑性砼心墙施工方案

4.1 挖槽机械选择

六凤山水库塑性砼心墙设计最大槽挖深度51.5 m。目前国内成槽设备机械主要有液压抓斗型、液压铣槽型、冲抓桩孔型等。液压抓斗型成槽方法的特点是成槽泥浆用量少，一般地质覆盖层均可使用。根据设备性能和设计槽挖深度，选用SG35A型液压抓斗机，最大槽挖深度达60 m，可满足本工程需要。

4.2 总体施工方案

主坝原坝顶高程为100.16 m，坝面宽4.05 m。原坝面宽度不能满足塑性砼防渗墙施工要求，故将主坝坝顶高程降低为98.00 m，作为塑性砼防渗墙施工平台，平台宽8.0 m。塑性砼防渗墙顶高程为95.50 m，比正常水位高出0.5 m。SG35A型液压抓斗机成槽作业由大坝右侧0＋134.4 m桩号向大坝左侧0＋004 m桩号推进。

4.3 施工工序

首先把防渗墙划分成若干施工槽段，每槽段6 m。然后划分Ⅰ，Ⅱ序槽段，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。施工工序为：测量定位→导墙建造→抓孔成槽→清底→灌注混凝土。六凤山水库大坝塑性砼心墙造孔施工槽段划分情况见图4。

5 塌孔处理

由于六凤山水库大坝较高，加上该工程开工建设时没有科学选择土料，采用附近花岗岩风化料筑坝，大坝填土为黏土质砂，砂砾含量较高，粉粒和黏粒含量少，加之施工质量差，以致在本次除险加固塑性砼防渗心墙造孔施工过程中多次出现塌孔现象。据统计，先后共塌孔18次，其中河床部位6个槽孔塌孔15次，占83%。塌孔时孔深在20 m以上者有10次，20m以下8次。塌孔时最浅孔深9.2 m，最深35.6 m，平均21.3 m。六凤山水库塑性砼心墙造孔施工中出现的塌孔情况详见表3。

表3 六凤山水库塑性砼心墙造孔施工中的塌孔情况Table3 Hole-collapses during the construction of plastic concrete core wall of Liufengshan reservoir dam

通过采取以下办法，成功处理了六凤山水库塑性砼心墙造孔施工过程中出现的塌孔问题：①先采取加浓浆液、浆液掺木屑等措施；②上述措施无效后，再采用充填灌浆护孔；③上述2种办法均无效时，采用高压旋喷灌浆护孔。

6 结 语

对于六凤山水库这样坝高超过50 m的土坝，采用塑性砼心墙进行防渗加固是一种可靠和有效的工程措施。但是对于拟加固的坝体压实度差或大坝填土含砂砾较多的情况，心墙造孔过程中容易出现塌孔，严重影响塑性砼心墙的施工进度和质量。此时应采取适当措施，防止塌孔，保证心墙顺利实施。本文提供的方法可供同类工程参考。

［1］ 钦州市水利电力勘测设计院.广西浦北县六凤山水库除险加固工程地质报告［R］.钦州：钦州市水利电力勘测设计院，2007.（Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute.Reporton the Geology of Liufengshan Reservoir Reinforcement Project，Pubei County，Guangxi［R］.Qinzhou：Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute，2007.（in Chinese））

［2］ 钦州市水利电力勘测设计院.广西浦北县六凤山水库除险加固工程初步设计报告［R］.钦州：钦州市水利电力勘测设计院，2007.（Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute.Report of the Preliminary Design of Liufengshan Reservoir Reinforcement Project，Pubei County，Guangxi［R］.Qinzhou：Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute，2007.（in Chinese） ）

（编辑：周晓雁）

Design and Construction of Seepage Control for the 50m-High Earth Dam of Liufengshan Reservoir

CAILian-hua
（Qinzhou Water and Power Investigation＆Design Institute，Qinzhou 535000，China）

In the reinforcement design for Liufengshan Reservoir dam，the tallestearth dam in Guangxi，we selected a seepage control scheme of plastic concrete core wall in the light of the engineering geological conditions and characteristics of the earth dam.Moreover，inadequate filling compaction quality and large sand content of the dam usually resulted in hole collapses during the construction of the impermeable plastic concrete corewall.We adopted a series of countermeasures，including increasing the slurry’s density and adding sawdust in the slurry，filling grouting，and high-pressure rotary jet grouting.In addition，we described the construction program of plastic concrete core wall and the selection of construction machinery used in the project.It could be taken as reference for similar projects.

earth dam；seepage control design；construction of plastic concrete core wall；treatment of hole collapse

TV543

B

1001－5485（2012）09－0064－05

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.09.015

2011－08－27；

2011－12－13

蔡联华（1952－），男，广西合浦人，高级工程师，主要从事水利水电工程规划设计工作，（电话）0777－2826189（电子信箱）linva＠126.com。