长春市新立城水库除险加固工程土坝基础防渗处理浅析

焦景辉，陆文婷，赵宪女

（1.吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021；2.长春工程学院机电工程学院，长春 130012）

长春市新立城水库除险加固工程土坝基础防渗处理浅析

焦景辉1，陆文婷1，赵宪女2

（1.吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021；2.长春工程学院机电工程学院，长春 130012）

长春市新立城水库位于伊通河中上游，位于长春市东南16km。2007年水利部大坝安全管理中心评定：新立城水库为Ⅲ类坝，建议进行除险加固。根据新立城水库土坝基础的渗漏及地质情况，对坝基进行了高压摆喷的工程处理措施。

新立城水库；土坝基础处理；高喷防渗墙

1 工程简介

长春市新立城水库位于伊通河中上游，位于长春市东南16km处，是伊通河流域最大的水利枢纽工程。水库总库容5.51×108m3（加固后库容），控制流域面积1 970km2，工程是以城市防洪、供水为主，并兼备渔业和旅游的大（2）型水利枢纽工程。水库主要有土坝、溢洪道和输水洞等建筑物组成。2007年大坝安全鉴定后安全类别综合评定为Ⅲ类，建议进行除险加固。

2 土坝工程

土坝为亚黏土均质坝，坝顶高程为224.00m，坝顶长2 680m。坝顶宽8.0m，最大坝高18.15m，上游坝坡1∶3，下游坝坡1∶2.5。

2.1 土坝基础存在的问题

新立城水库坝基属于双层地基，即表层为黏性土层，渗透系数为1.27×10－5cm／s；下面为砂砾石层，渗透系数为1.0×10－2～1.0×10－1cm／s。1983年保坝工程建设时，采取坝后水平盖重、减压井措施来控制渗流破坏。减压井共有101眼，位于大坝桩号1＋235—2＋445m，减压井建成后，从观测资料分析，开始时坝后承压水头显著降低。但经过近30年的运行，坝后减压井已经大部分堵塞失效，坝后压重承压水水头增大。坝基透水层渗漏已引起坝后出现浸没现象，严重影响了坝址下游侧的赵家屯和附近耕地，常出现农民集体上访事件，不利于社会的和谐安定。因此对坝基进行处理是十分必要的。

2.2 坝基地质评价

土坝坝体直接坐于黏土层上，坝前采用水平铺盖防渗。坝基下砾质粗砂（2－3）和细砾（2－4）为强透水层，连续分布，坝后水田存在常年漏水点，存在渗漏问题。

坝后盖重区顶部为砾质黏土（1－4）、黏土（2－1）及淤泥质黏土（2－2）层，总厚度在8.0～11.0m，无坝后浸没问题；下游防汛路以外地貌单元为河漫滩，地层为全新统冲积地层，上部黏性土厚1.0～1.2m，下部为砾质粗砂（2－3）及细砾（2－4）层，厚度4.0～6.0m。局部地段黏性土被揭穿，考虑到黏性土层较薄及黏性土的毛细上升高度，经计算存在浸没问题。现状是：原耕地及当地居民房屋，因坝基存在严重渗漏问题而引起了浸没，导致农田及居住地终年潮湿，形成了浸没现象。浸没范围：防汛路以外（下游）长约1 000m，宽约2 450m，面积约2.45km2。为避免产生严重的浸没问题，建议坝基采取防渗措施。坝基各土层地质参数见表1。

3 土坝基础处理措施

3.1 土坝坝基防渗处理过程

水库在20世纪50年代作初步设计阶段曾对土坝的防渗型式进行过专题研究，并结合新立城水库的工程地质条件进行了分析比较。

经过对水平方案和垂直方案的比较，采用砼防渗墙方案效果好，对解决渗流稳定问题比较彻底，由于在当时水泥材料比较紧缺，且需要施工机械设备较多，施工技术要求也较高，投资也高，至于水平防渗方案效果虽不如砼防渗墙方案，但在该水库水头不高的条件下也可基本解决防渗问题，而且施工简单易行、灵活，不需要很多材料，投资也很省，结合当时的实际情况，设计采用了水平防渗方案。

表1 坝基各土层地质参数

1983年保坝工程建设时，采取坝后水平盖重、减压井等措施来控制渗流破坏。工程完工后，坝址抗流土破坏能力大为增强，但不能解决坝基渗漏问题。下游101眼减压井经过近30年的运行，坝后减压井已经大部分堵塞失效，坝后压重承压水水头增大。

3.2 土坝基础防渗措施比选

对坝基防渗处理一般以“前堵后排”为原则。前堵的工程措施主要有水平和垂直防渗。但在水库除险加固中，多采用垂直防渗来处理渗漏问题。由于垂直防渗措施一般不需要放空水库，因此更适用在水资源缺乏地区或一些城市供水库。而且水库长期蓄水后在坝前会有一定的淤积，给水平防渗的施工带来很大的困难。而后排措施也不能很好解决坝下游的浸没问题。因此在水库除险加固方案选定时，确定了垂直防渗方案，并且对砼防渗墙和高压喷射灌浆方案进行了优化比较。

3.2.1 砼防渗墙方案

砼防渗墙技术是在20世纪50年代初期最先出现在欧洲的，是在松散透水地基中连续开槽后再以泥浆固壁，往槽内灌注混凝土而建成的墙形防渗结构。

随着近几年技术及施工机械的发展，砼防渗墙已在国内外得到广泛应用，成墙质量也得到提高。砼防渗墙施工机械化高、施工简便、施工进度快，防渗效果好及利于检测，因而得到了普遍应用，砼防渗墙成为我国水利工程处理地基防渗的常用措施。

砼防渗墙是在开挖成槽孔后并有可靠的接头条件下浇筑砼的，整个过程都是便于控制和检查的。因此与其他防渗型式比较，砼防渗墙施工质量可靠，防渗效果更好。在各种复杂地质地层中均可以采用砼防渗墙方案。但砼防渗墙一般成墙较厚，需要单独开槽孔和泥浆固壁，造价相对较高。

3.2.2 高压喷射灌浆方案

高压喷射灌浆是利用钻机造孔，用高压水泥浆通过钻杆由喷嘴喷出射流，以此切割土体并与土拌合形成连续搭接的水泥加固体，因此不存在注浆的可灌性问题。只要高压射流能破坏的土层如砂土、黄土、素填土和碎石土、极细砂层、黏土层等均可处理。当土层中含有较多的大粒径石块或漂石、大量植物根茎和杂物或有较高的有机质时，地下水流速过大的地段，要根据现场试验来确定其适用性。

高压喷射灌浆施工对施工场地要求不高，施工占地少、振动小、不需要对地层开挖，它既可用于新建工程，也可用于工程后期加固。因此经常用来对病险水库透水地基及穿坝建筑物的绕渗进行处理。3.2.3 新立城水库坝基防渗方案选择

（1）新立城水库已施工过的防渗方案

1979年—1980年新立城水库坝基砂砾石层先后进行了2次5个孔的静压灌浆试验，灌浆用水泥3.6t，总吸浆量13m3，证明砂砾石层是可灌的，但在1981年打孔检查时没有见到形成的水泥固结体，主要原因应是在水库蓄水有水头压力下，地下水流速较快，灌入的水泥浆没有凝固就被水冲走了，试验说明土坝基础砂砾石透水层在有水头压力下采用静压灌浆是不合理的。

1983年新立城水库进行了保坝工程建设，并对坝基砂砾石层防渗处理进行了高压定向喷射灌浆试验研究工作。试验场共有2处：一处在桩号：坝1＋603—坝1＋640m段，在下游距坝轴线46m处，是严重漏水段；另一处在桩号：坝1＋710—坝1＋730m段，在下游距坝轴线170m处。试验孔按直线和围井2种型式，孔距为：2.0，2.4，2.8，3.2，3.6，4.0m共6种，平均深度为10m。试验用施工机具为高压水泵（3w－6B2卧式三柱塞高压泵）、空压机（AMR－370型）、搅拌机和喷射装置。

试验完毕后，为了检验原定的施工方法与板墙质量，对试验段进行了部分开挖，观察检验水泥结石固结体的成墙状态、性质及防渗性能等。开挖表明，运用高压定喷灌浆，在黏土层和砂砾石层中完全能形成水泥固结墙体。在黏土层中形成墙体厚为5～15cm，在砂砾石层形成的墙体厚度为20～35cm，水泥固结墙的主要力学指标经室内试验测得为浸水饱和抗压强度大于3MPa，渗透系数1～1.747× 10－7cm／s，临界坡降约为100。在现场用菱形封闭围井做注水试验检查，测得渗透系数小于3.8× 10－5cm／s。

1985年鉴定之后，在位于坝中段桩号：坝2＋316—坝2＋585m和坝1＋545—坝1＋648m，采用高压定喷灌浆形成防渗墙。完工后经注水法检测，满足设计要求。此项研究成果被评为吉林省1985年度科技进步三等奖。虽然此段试验性质的施工不能解决坝基渗漏问题，但说明此方案是可以在水库蓄水情况下实施的。

（2）新立城水库坝基础防渗处理

国内的病险水库、大坝多建于20世纪50年代至70年代，不少土坝基础没有处理，防渗薄弱部位也在坝基。这些年国家加大了对病险水库的投入，在土石坝坝基防渗加固处理方面也广泛采用了高压灌浆法和混凝土防渗墙法。

新立城水库为长春市的供水水源地，加固时没有放空水库。水位以上的上游坝坡也没有施工场地和条件。因此只能在坝顶进行防渗施工。如采用砼防渗墙方案，就要从坝顶开槽孔到坝基，再浇筑砼形成防渗墙体。这样对坝体的扰动会很大，不利于处在VII度地震区的坝体安全。而且土坝基础需要防渗的透水层不厚（2～6m），此方案将浪费大部分的开槽及防渗墙工程量，因此在本工程上应用明显不经济。

高压喷射灌浆防渗墙可由钻机钻孔到需要处理的部位，经过高压射流的切割搅拌，水泥浆在喷射范围内与地层土石颗粒搅拌结合后形成防渗凝结体，从而达到防渗加固的目的，对坝体的扰动较小。高压喷射灌浆的优点是所用设备简单，场地要求小，施工方法简单，投资少。但由于是地下施工，防渗墙体基岩面结合不好控制，如果钻孔较深时，一旦打孔倾斜度大，下部分墙体容易连接不上或不严，不易形成完全封闭的整体，且成墙后也没有可靠的检测方法对没封闭的墙体加以修补。高压喷射灌浆防渗虽不如砼防渗墙防渗效果稳妥可靠，但考虑本工程需要防渗的透水层不厚（仅2～6m），投资比砼防渗墙少791.09万元，且高压喷射灌浆在新立城水库有过成功的试验经验。

综合以上原因，水库坝基加固方案最终采用了高压喷射灌浆方案，并已施工完成。

3.3 新立城水库坝基础防渗方案及注意事项

根据工程地质资料和施工单位现场的高压摆喷灌浆试验：确定高压摆喷灌浆钻孔为1排，位于坝轴线上，孔距1.3m，分二序灌浆，采用折线形结构布置，摆角30°，喷射轴线与防渗墙轴线夹角为25°。摆喷固结体设计有效厚度不小于20cm。渗透系数不大于i×10－6cm／s；（i＝1～5）墙体抗压强度，黏土层0.5～3MPa，砾质粗砂及细砾层2～5MPa；渗透破坏比降≥200。灌浆后灌浆孔采用黏土球封孔。

（1）由于水库已建成近50a，查清坝基地质情况是十分重要的，在施工前预先打了先导孔，保证了对基础透水层的封闭。并在施工前在坝后进行现场试验，共完成了4个试验区14个高喷孔，通过试验确定了施工布置形式和施工参数，检测合格后才正式在坝顶施工。

（2）高度重视防渗墙体连接和孔斜的控制，高喷灌浆孔位与设计孔位偏差小于5cm，钻孔偏斜小于1%。施工完成后对全线防渗墙体的边续性及墙体的实际深度进行了无损检测，对不满足设计要求段，要进行补孔灌浆。

4 结语

（1）新立城水库是长春市的主要水源供应地之一，为了保证长春市的供水安全，水库坝基灌浆是在水库蓄水情况下施工的，地下水流带走了部分浆液，因此在施工时水泥消耗量由设计的330kg／m增加到545kg／m。虽然工程投资有所增加，但此方案即保证了工程质量同时兼顾了城市供水。

（2）灌浆施工后灌浆孔是采用直径1.5～2.5cm的风干黏土泥球进行封孔的，所用黏土的黏粒含量大于30%，塑性指数大于17。从封孔后的情况来看，没有对坝体产生不良影响。

（3）目前，新立城水库除险加固已经完成，从运行情况来看，下游的浸没情况已得到改善，也没出现当地村民上访的情况。因此新立城水库坝基防渗措施能为其他类似工程提供宝贵的工程经验。

［1］SL 274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2001.

［2］SL 2584—2000水库大坝安全评价导则［S］.北京：中国水利水电出版社，2000.

［3］DL／T 5418—2012水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.北京：中国电力出版社，2012.

［4］DL／T 5200—2004水利水电工程高压喷射灌浆技术规范［S］.北京：中国电力出版社，2004.

［5］顾淦臣，陈明致.土石坝设计［M］.北京：中国工业出版社，1963.

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

［7］陶景良.混凝土防渗墙施工［M］.北京：中国水利电力出版社，1988.

Changchun new earth dam foundation seepage control and reinforcement dam reservoir project processing

JIAO Jing－hui，ect.
（JilinProvinceWaterConservancyandHydropowerInvestigation andDesignInstitute，Changchun130021，China）

Xinlicheng Reservoir in Changchun City is located in the upper reaches of Yitong River，and in southeast 16km of Changchun City.In 2007，Dam Safety Management Center of the Ministry of the Water Resources assessed Xinlicheng Reservoir as classⅢdam，and proposed to eliminate the danger and make the reinforcement.According to leaks and geological conditions in Xinlicheng earth dam foundation，the high pressure spray treatments are put on dam foundation.

Xinlicheng Reservoir；dam foundation treatment；high pressure cutoff

TV543

：A

：1009－8984（2014）02－0073－03

10.3969／j.issn.1009－8984.2014.02.019

2014－04－28

焦景辉（1977－），男（汉），吉林榆树，高级工程师主要研究水利工程设计与建设。