前夭子水库大坝渗漏处理方案设计

吴允政，尹一光，李亚文，李众望，赵现建

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

目前主坝右坝肩下游坝坡坡脚与主、副坝之间的低山丘陵山坡和主坝的交角处出现管涌和流土现象，坝坡与山体施工后形成的交角原状已多处被破坏。该处渗漏随着库内水位的升高，渗流还会加剧。经水利部大坝安全管理中心现场核查：大坝左、右岸坝肩常年渗水，且右坝肩已发生渗透破坏；水库右岸土体与截渗墙结合部位比较单薄，有的被水击穿，从而发生渗透破坏，危及大坝安全；主坝截渗墙在高水位下有发生渗透破坏的可能。

1 大坝渗漏原因分析

主、副坝坝体、黄土低山丘陵均为低液限粘土，其渗透系数都小于1.0×10-4cm/s，不存在坝体渗漏问题。坝基覆盖层多为粘土质砾和级配不良砾，其渗透性较强。原设计对其采用粘土截水槽防渗，基岩未设帷幕灌浆。由于当时施工质量难以控制，截水槽与基岩接触面处理的不好且未深入基岩，导致粘土截水槽及沿接触面渗漏，同时两岸及谷底岩体为全、强风化岩石，厚度一般为3～7 m，岩石破碎，渗透率较大，也是产生渗透的主要原因。另外据大坝安全鉴定的工程质量评价，截水槽顶部在右岸坝肩及右岸土体部位深入覆盖层0.50 m，与土体接触的渗径较短，可能也会发生渗漏。经以上分析，确认为大坝左、右坝肩漏水是基础渗漏，而不是坝体渗漏，应针对坝基渗漏采取相应的工程措施。

2 防渗处理方案设计及其优缺点

针对该工程坝基基础渗漏问题，拟定了三种防渗处理工程措施方案。方案一为在原设计主、副坝坝基粘土截水槽部位进行基岩帷幕灌浆。方案二为对主坝粘土截水槽下部基岩进行帷幕灌浆；在副坝及主副坝连接山包一级马道上，对坝基砂砾石层进行旋喷灌浆并对旋喷防渗墙下部岩石进行帷幕灌浆。方案三为在一级马道上对土质坝基浇筑塑性混凝土防渗墙，并对其下基岩进行帷幕灌浆。

1）方案一以大坝右坝肩渗漏点为中心，分别沿一级马道（高程1 220.00 m）向主、副坝方向一定距离内进行帷幕灌浆。粘土截水槽位置可以大致确定本方案帷幕灌浆施工平台高程，主坝坝基帷幕灌浆平台高程为1 218 m左右，副坝坝基帷幕灌浆平台高程为1 208.35～1 196.00 m，主、副坝连接段坝基帷幕灌浆平台高程为1206 m左右。副坝与右岸岸坡岩石连接处无粘土截水槽。经分析，该方案存在以下优缺点。

优点是：在原粘土截水槽部位只进行基岩帷幕灌浆，施工造价低，节省防渗处理投资。

缺点是：①施工时需将水库放空，下游有0.358万hm2土地无法灌溉，按减产50%计，将减少收入约3 000万元。②粘土截水槽与坝基岩面之间未设置混凝土盖板，不符合现行规范的规定。③截水槽以下坝基岩石帷幕灌浆后不能彻底解决截水槽与基岩面接触部位渗漏问题。④前夭子水库大坝建成后一直未蓄水至正常蓄水位，坝基粘土截水槽从未在较高水位运行过，不能保证高水位时坝基不渗漏。

2）方案二坝基防渗处理措施为对主坝粘土截水槽进行旋喷灌浆，对下部基岩进行帷幕灌浆；在副坝及主副坝连接山包一级马道上，对坝基砂砾石层进行旋喷灌浆并对旋喷防渗墙下部岩石进行帷幕灌浆。

2.1 主坝坝基防渗处理

根据原设计粘土截水槽的走向，在主坝范围内其轴线与主坝一级马道轴线水平距离在7 m左右。该方案考虑在原粘土截水槽部位进行旋喷灌浆，对截水槽下部基岩进行帷幕灌浆。

原设计粘土截水槽与坝基岩面之间未设置混凝土盖板，未深入基岩面一定深度，均不符合现行设计规范，存在较大的安全隐患。为保证防渗处理措施可靠，在粘土截水槽部位进行高喷灌浆，形成旋喷防渗墙。旋喷防渗墙底部深入岩面线线以下1.00 m，顶部深入坝体3.00 m。本部位的旋喷防渗墙既能解决粘土截渗槽与基岩面连接处渗漏问题，又能有效的充当帷幕灌浆的盖重。旋喷防渗墙下部基岩帷幕灌浆采用垂直帷幕，深入基岩0.1 L/（min·m·m）线以下5 m，灌浆孔间距1.5 m。帷幕灌浆在拓宽一级马道上进行。

2.2 主副坝连接山包及副坝基础防渗处理

根据地质资料揭露本部位坝体与基岩之间存在级配不良砾，其渗透性为中等透水，该方案采用旋喷灌浆对该部位进行防渗处理；坝基岩石渗透性为弱～中等透水，方案采用帷幕灌浆对该部位进行防渗处理。

旋喷防渗墙采用单排套接型式。为了彻底解决坝基渗漏问题。旋喷防渗墙底部深入岩面线线以下1.00 m，顶部深入坝体3.00 m。

旋喷防渗墙有效厚度的确定，主要取决于墙体所承受的最大设计水头。该工程旋喷防渗墙承受的最大水头Hmax=37.37 m，取允许水力比降J允=55，则防渗墙有效厚度B=Hmax/J允=37.37/55=0.68 m，取0.70 m。由几何关系计算得旋喷桩桩距为0.7 m，桩径为1.00 m。旋喷灌浆在拓宽一级马道上进行。

根据地质资料揭露，大坝基础岩石局部还存在强透水区域。须对此区域坝基防渗墙以下岩石进行帷幕灌浆。灌浆深度为深入0.1 L/（min·m·m）线以下5 m。帷幕灌浆采用单排，灌浆孔间距为1.5 m，局部透水率大的部位加密至间距1 m。为保证帷幕灌浆与旋喷防渗墙连接可靠避免接触处产生渗漏，帷幕灌浆高程设在旋喷防渗墙底部以上2 m处，保证二者搭接长度为2 m。

经分析该方案存在以下缺点：

缺点是：①高喷钻孔深度最深处为37.00 m，最浅处为24.4 m，钻孔旋喷难度较大，成墙效果很难保证。②工程为地震区，地震动峰值加速度为0.15 g。刚性防渗体在地震荷载作用下应力大，坝体及基础接触部位防渗墙易被折断。

2.3 方案三塑性混凝土防渗墙及基岩帷幕灌浆方案

该工程地处7度地震区，建基面以下存在级配不良砾层，基础岩石为花岗片麻岩，属于硬岩，采用塑性混凝土防渗墙能更好的适应应力变形及抗震要求，抗渗性能好，变形模量低，极限应变值大，适应变形能力强。

该工程混凝土防渗墙承受的最大水头Hmax=33.30 m，取允许水力比降J允=50，则防渗墙厚度B=Hmax/J允=33.30/50=0.67 m，取墙厚 0.70 m。

该工程防渗墙塑性混凝土分为坝基塑性混凝土和坝体塑性混凝土。坝基塑性混凝土的主要作用为坝基防渗，坝体塑性混凝土的主要作用为保证坝体开槽部位的填充达到较好的效果，同时兼有防渗功能。坝体塑性混凝土和坝基塑性混凝土的分区以坝基以上5 m处作为分界线。

对于大坝基础岩石局部存在的强透水区域进行帷幕灌浆。灌浆深度为深入0.1 L/（min·m·m）线以下5 m。帷幕灌浆采用单排，灌浆孔间距为1.5 m，局部透水率大的部位加密至间距1 m。为便于基础岩石灌浆，在防渗墙浇筑时预埋φ100 mm铸铁管。

该方案的优点是能够彻底的解决坝基渗漏问题，处理措施安全可靠。

3 防渗处理方案选择

综合以上分析，方案一虽然因地制宜的考虑了工程措施，但是经过深入分析该方案并不能彻底解决坝基渗漏问题并且施工难度大、效益差。方案二和方案三投资差别不大，方案三能够彻底解决坝基渗漏问题，相对方案二更加可靠，施工难度更小。因此采用方案三（塑性混凝土防渗墙及基岩帷幕灌浆方案）为大坝防渗处理方案。