浅谈病险水库除险加固高压喷射防渗墙

摘 要：水库险情主要是由于水库进入老龄阶段及施工、设计不合理等，导致坝体出现渗透变形及破坏。本工程主要对水库的出现渗漏的类型及原因进行分析，并根据实际情况制定几种除险加固方案，并选择最优方案。

关键词：水库 渗透 除险加固

中图分类号：R123 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0041-01

1 工程概况[1]

某典型水库是一座以供水为主，兼顾防洪、旅游等综合利用的重点小（一）型水库。大坝为壤土斜心墙土石混合坝，最大坝高为45.4 m，坝顶高程为191.90～192.55 m，坝顶长181 m，坝顶宽7.9～8.3 m。迎水坡170 m高程以下坡率为1∶1.25，170～184 m坡率为1∶2.5，184 m以上坡率为1∶2；背水坡171 m高程以下坡率1∶2，171～187 m坡率1∶1.85 m，187 m以上坡率为1∶2。

2 水库破坏的类型及原因[2]

2.1 渗透变形

在渗透力作用下发生的土粒或土体移动或渗透破坏现象叫渗透变形。从宏观上看，这种渗流力将影响坝的应力和变形形态，应用连续介质力学方法可以进行这种分析。从微观上看，渗透力作用于无粘性土的颗粒及粘性土的骨架上，可使其失去平衡，产生渗流变形的型式主要有管涌、流土、接触冲刷、接触流土。前两种渗流变形主要出现在单一土层中，后两种渗流变形则多出现在多种土层中。粘性土的渗透变形型式主要是流土。

2.2 变形破坏

在自重及各种情况下的孔隙水压力和一些外荷载作用下，使通过坝体或坝坡和地基的抗剪强度降低，产生不均匀变形、裂缝等破坏叫变形破坏。产生变形破坏的型式主要有滑坡、崩岸等。

3 某典型病险水库采用的方案

3.1 某典型病险水库存在的主要问题

工程区地势WN高ES低，属低山丘陵剥蚀地貌。库区流域呈扇形，库盆大致呈NW向展布，四周sh0r6gLTjgGxKSw3FtRd1+r1qeCeUHz1Xe1wyTjUThY=低山丘陵环抱。中间发育，河流蜿蜒曲折在峡谷区穿行，自NW流向SE，河床比降大且以“V”字型河谷为主。区内冲沟发育，两岸山坡一般较陡但稳定，局部见有卸荷与重力作用产生的小型崩塌，植被发育良好，未发现大的不良物理地质现象。经大坝安全鉴定，并由相关水利部门核查确认，水库属三类坝。

勘探资料表明，坝体土体不均一，坝体上部填土全风化碎块石较多，土体以砂、砾为主要组成成份，且砂粒组中以中粗砂为主。填筑质量大部分较好，总体呈稍密～中密状。由于坝体土含粉、粘粒偏少，坝体存在渗漏隐患；另外，坝上游正常蓄水位以上及坝下游坡排水棱体以上白蚁危害严重，生物孔洞分布较多，易形成集中渗漏通道。坝基上部岩体呈中等透水性，相对不透水层（q≤10 Lu）上限埋置高程左坝肩为180～160 m，右坝肩为188～151 m，坝基为160～151 m。由于左右坝肩正常蓄水位以下存在一定厚度的中等透水带，故左右坝肩存在渗漏及绕坝渗漏问题。特别是溢洪道进口至右坝肩坝轴线一线，由于该处坝基比较单薄，中等透水带埋深浅厚度大，坝肩渗漏及渗透稳定问题严重。此次除险加固工程的主要工作是对该水库进行防渗处理。

3.2 水库防渗处理

（1）方案比选：根据国内病险水库加固处理技术经验，本阶段坝体防渗加固处理设计选择了目前应用较为普遍、防渗性能直观且施工工艺成熟的2种方案进行比较：1）方案1—— 沿坝轴线设塑性混凝土防渗心墙方案。方案布置：自大坝坝顶顺坝轴线方向布置塑性混凝土防渗心墙，防渗墙伸入坝基强风化岩层，以截断坝体和坝基渗流，降低坝体下游浸润线。经渗流计算，结合施工条件，设计混凝土防渗墙厚度为0.5 m，防渗心墙最大深度按地质剖面设计为51.50 m。2）方案2—— 沿坝轴线设高喷防渗心墙方案。方案布置：自大坝坝顶顺坝轴线方向布置高喷防渗心墙，防渗墙截断坝基强风化岩层。结合工程地质及施工条件，本次设计采用旋喷与摆喷相结合的方式：旋喷孔距为0.7 m，坝肩及坝体172.50 m以下均采用旋喷法；摆喷孔距为1.4 m，坝体172.50 m以上采用摆喷法。3）方案比较与选择，上述两个坝体防渗加固方案，在技术上均可满足坝体防渗要求，两方案主要工程量及投资对比见表1。

从技术、投资、质量控制及防渗效果等各方面对两方案优缺点作详细比较如下：①方案2主体工程直接投资较方案1少31.53万元。②方案2是一种在堤防、大坝防渗工程中广泛应用的工法，与其他一些工法相比，具有独特的优越性且施工工艺简单且施工进度快，在省内外许多工程中已运用成熟。综合比较，方案2防渗造价低，效果可靠，施工简单，故大坝防渗加固设计推荐方案2。

（2）坝体防渗墙设计：①工法的选择，结合本工程地质及施工条件确定本工程喷射方式采用摆喷、旋喷相结合的方式。旋喷桩直径采用1.4 m或通过现场试验确定。②防渗墙厚度设计，高喷防渗心墙厚度D按下式确定：

D≥hw/[J]，式中：hw为防渗墙作用水头；[J]为防渗墙容许水力比降。

防渗墙物理力学指标要求如下：抗压强度：R28≥4.0 MPa；弹性模量：<1000 MPa；渗透系数：K<1×10-7 cm/s；允许渗透比降：[J]≥60。

经渗流计算并参照我国已建工程实测、施工机械特点，经渗流计算取防渗墙有效厚度为0.7 m，防渗墙底部贯穿坝基全风化基岩层嵌入弱风化基岩1.0 m，最大深度约为51.5 m。

（3）坝基及坝肩防渗加固。

由地质钻孔揭露坝基大部为全强风化混合花岗岩体，两坝肩相对不透水层顶板较高，两岸山体地下水位相对较高，本次坝肩防渗设计为将坝体防渗墙向两坝肩延伸。左岸向山体延伸30 m，右岸与溢洪道闸墩连接。坝基及坝肩采用旋喷桩，在坝基强风化透水岩层将坝基高喷防渗墙延伸至相对不透水层以下1.0 m。

4 结论

每个水库的地质环境及出现的险情不同，在选择除险加固方案的时，应对具体的水库险情仔细分析。从技术、经济等各个方面综合考虑，采用合理的除险加固方案，确保工程质量。

参考文献

[1]南昌市水利规划设计院.乌井水库除险加固工程初步设计报告[R].南昌：南昌市水利规划设计院，2011.

[2]白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].1版.北京：中国水利水电出版社，2001.