登云水库大坝除险加固技术方案及效果分析

邱雪仁

（福建省福州市城区水库管理处，350007，福州）

一、工程概况

登云水库位于福建省福州市东郊登云村，坝址以上集雨面积5.85 km2，是一座以防洪为主的小（1）型水库。水库枢纽工程于1955年6月动工兴建，1956年12月竣工；1966年扩建，1969年竣工；1976年进行保坝加固。工程主要由大坝、溢洪道及输水涵洞等建筑物组成。大坝为黏土心墙坝，坝顶高程为52.00 m，防浪墙顶高程为52.88 m，最大坝高为 23.1 m（本次复核），坝顶宽4.90m，坝长154m。该水库下游涉及福州市铁路东站及东郊居民区40万人的安全。

登云水库大坝存在的问题主要有：①大坝下游存在湿坡、渗漏问题。当水库水位超过47.00 m时，大坝下游坝坡右侧高程在31.00～34.00 m之间，桩号0+134～0+154间局部存在湿渗现象；高水位时，坝体与右岸坡交接处，高程约34.00 m有一集中漏水点，漏水量随库水位升降而变化。②1956年第一次建坝时的黏土心墙与1969年扩建的黏土心墙未闭合，两道心墙轴线间距11.80m，未形成有效的防渗体系，下游坝坡存在局部散浸和蚁患问题。

二、大坝防渗加固技术方案

根据大坝渗漏原因和大坝实际情况，坝体防渗加固可采用3种防渗方案，分别为：方案一“单管高压旋喷防渗墙”工艺、方案二“低弹模混凝土防渗墙”工艺及方案三“单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗”工艺。

1.方案一：单管高压旋喷防渗墙工艺

该方案布设在坝顶，防渗墙穿过坝顶端的心墙及坝体代替料填土进入坝基。

地质勘探表明，河床段坝基为弱风化花岗岩，仅两岸坝肩较高部位有少量残积黏性土及强风化花岗岩。弱风化花岗岩属于弱透水性，河床段坝基不需防渗，两岸坝肩残积黏性土及强风化花岗岩上部结合坝体采用单管高压旋喷灌浆工艺。

根据《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200—2004）8.0.7条规定，孔深小于30 m时，高压喷射灌浆钻孔孔斜率按1%控制，按照桩径0.6 m及孔距0.45m测算；对防渗要求高的部位，孔深如大于15m时，宜布置两排灌浆孔。综上所述，大坝深度小于15m的坝段、桩号，布设单排单管高压旋喷灌浆，大坝深度大于15 m的坝段布置两排单管高压旋喷灌浆。

大坝单管高压旋喷防渗墙布置在坝轴线上，灌浆范围为桩号0+000～0+164（以左坝端为零桩号）。大坝深度小于15m的坝段，桩号0+000～0+039.6及桩号0+134.1～0+164，布设单排单管高压旋喷灌浆，孔距0.45 m；大坝深度大于15m的坝段，桩号0+039.6～0+134.1，布置两排孔，梅花型布孔，排距0.40 m，孔距 0.45 m，桩径 0.6 m；分两序布孔,防渗墙顶高程为51.65 m；防渗墙底部深入坝基的深度：河床坝段，桩号 0+057.5～0+131.9，深入至弱风化岩顶板；剩余的两岸坝肩坝段，深入强风化岩1 m；最大的防渗墙深度为22.75 m，共计钻孔575孔，总进尺11 095 m。

2.方案二：低弹模混凝土防渗墙

该方案是防渗墙由坝顶穿过坝体代替料填土进入坝基。为防止防渗墙钻孔时破坏输水涵洞，输水涵洞周围12 m范围内的坝段采用单管高压旋喷防渗墙。河两岸坝肩残积黏性土及强风化花岗岩上部结合坝体防渗采用低弹模混凝土防渗墙工艺。

低弹模混凝土防渗墙全长164 m，从左岸延伸至右岸，桩号0+000～0+164，墙体厚0.6 m。大坝坝体防渗墙布置在上游侧防浪墙下，墙顶高程50.50 m。防渗墙底部嵌入基岩的深度：河床坝段，桩号 0+057.5～0+131.9，深入至弱风化岩顶板；剩余的两岸坝肩坝段，深入强风化岩1 m。最大的防渗墙高度为21.6 m，防渗面积2 560 m2。防渗墙顶部通过设置C20混凝土头墙与坝顶上游侧防浪墙连接，混凝土头墙高1.0 m，底宽 0.6 m，顶宽 1.1 m，混凝土头墙与挡土墙间设纵向止水铜片。

输水涵洞周围12 m范围内坝段采用两排单管高压旋喷防渗墙，桩号0+035～0+047，两侧与低弹模混凝土防渗墙搭接长各2 m，排距0.40 m，孔距0.45 m，桩径0.6 m，分两序布孔,防渗墙顶高程为50.50 m，防渗墙底部深入强风化岩1 m(或至弱风化岩顶板)，最大的防渗墙深度为17.9 m，共计钻孔56孔，进尺891 m。

防渗墙施工平台设置在防渗墙轴线下游侧，采用降低坝顶高程结合填土拓宽方案，坝顶高程由52.00 m降低至50.50 m，坝体下游侧采用填土拓宽，以保证抓斗施工平台宽度达到8.4 m，施工平台顶高程50.50 m，平台下游侧设置排水沟。

3.方案三：单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗

本方案采用坝体单管高压旋喷防渗墙结合复合土工膜防渗技术，坝基采用帷幕灌浆防渗技术，大坝迎水坡高程48.00m平台以下坝体部分采用单管高压旋喷防渗墙工艺，防渗墙穿过迎水坡黏土心墙进入坝基，迎水坡高程48.00 m平台以上铺设一层复合土工膜。

单管高压旋喷混凝土防渗墙技术：底部深入到坝基强风化岩1.0 m，布设单排φ600单管高压旋喷桩，孔距0.45 m，防渗墙最大深度为18.05 m，总钻孔数349孔，总进尺5 120 m。

铺设复合土工膜范围：大坝迎水坡48.00 m高程至坝顶，全断面布设，共铺设复合土工膜1 506 m2；复合土工膜与高压旋喷防渗墙间用混凝土结合槽衔接。在复合土工膜上铺10 cm的砂垫层、0.2 m的碎石垫层，面层采用混凝土预制块护坡。两侧岸坡各设一条C20混凝土结合槽，复合土工膜埋入结合槽。

根据地质勘探，迎水坡黏土心墙处坝基为碎块状强风化花岗岩，属于中等～弱透水性。单管高压旋喷灌浆在强风化花岗岩中难以成桩，为了使坝基与上部防渗墙形成闭合的防渗体系，拟对坝基采用帷幕灌浆防渗，布设单排灌浆孔，孔距为2 m，分三序布孔,帷幕灌浆底部深入至相对隔水层以下5 m，共计钻孔数79孔，钻孔总进尺1 827 m，灌浆进尺669 m。

表1 加固前后大坝渗流计算成果对比

3个方案综合比较来看，方案三投资最少，复合土工膜施工工艺简单，但是防渗墙所在部位坝基地质条件差，处理难度大，施工质量及防渗效果不易保证。方案二低弹模混凝土防渗墙投资较少，防渗效果好，但是施工设备、施工技术要求高，小型工程选择施工队伍难度大。方案一单管高压旋喷防渗墙虽然投资较大，但是施工工艺简单，防渗效果好，福建省小型水库土坝加固多采用该种防渗工艺。经方案比较，登云水库大坝坝体采用单管高压旋喷防渗墙防渗方案。

三、施工概况及效果

1.施工概况

单管高压旋喷防渗墙的设计指标为：桩径＞0.6 m，渗透系数K≤1×10-6cm/s， 渗透破坏比降＞80，28d抗压强度＞2.0 MPa，混凝土拌和物密度＞2.1 g/cm3。

单高压旋喷灌浆浆液为纯水泥浆，水灰比为 1∶1～0.6∶1，为提高基岩段灌浆效果，可采用水泥浆掺入少量膨润土，灌浆压力为25～40 MPa，基岩内提升速度≤10 cm/min，心墙内提升速度≤15 cm/min，回浆比重≥1.3。单管高压旋喷施工机具由高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路四部分组成，建议采用履带式100型旋喷钻机。单管高压旋喷防渗墙施工分两序孔间隔进行。

2.防渗加固效果

本次防渗加固施工，坝体变得密实，坝体质量得到明显改善，大坝渗流量明显降低。

从表1中可知，①经过加固后大坝理论的单宽渗流量比加固前小；②加固后在各种工况下，坝坡最大水力坡降均有适当减少；③大坝防渗后在各种工况下，最大水力坡降均小于允许水力坡降（防渗墙的允许水力坡降取80）；④在各种工况下，加固后坝体浸润线明显降低，说明大坝防渗采取“单管高压旋喷造防渗墙”的防渗效果较好，解决了坝体渗漏问题。

四、结 语

①登云水库是一座以防洪为主的小（1）水库，水库下游涉及福州铁路东站及东郊居民区安全，水库的安全运行对下游广大群众的生命财产和经济建设至关重要。

②大坝防渗采用单管高压旋喷防渗墙的方案。加固后坝体浸润线明显降低，坝坡最大水力坡降均有减少，说明采用的防渗方案防渗效果较好，能够解决坝体和坝基渗漏问题。

③通过大坝抗滑、抗震稳定复核计算，加固前大坝最小的安全系数均能满足要求，防渗加固后背水坡稳定安全系数有了提高，说明加固方案合理可行。

[1]张子庆.汪宝满.现代水库除险加固措施与管理对策[J].科技信息，2010（7）.

[2]水电水利工程高压喷射灌浆技术规范（DL/T 5200-2004）[S].北京：中国电力出版社，2005.