某小型水库除险加固大坝防渗处理方案初探

2015-10-21吴嘉琪1王波2

基层建设 2015年34期

吴嘉琪1 王波2

1.衢州市乌溪江引水工程管理局；2.衢州市衢江区大洲镇水利员

摘要：首先对某水库的工程概况简要阐述，对某水库坝址所在地的地质情况做了相关分析，并根据地质分析情况和相关试验检测数据资料判断水库大坝的渗漏情况，并在几种一般处理方法中通过分析，选出二个较可行方案，最终经过技术、经济等方面综合评价，选择最优方案，并阐明方案实施的具体措施。

关键词：地质分析；防渗；混凝土防渗墙；方案比较

1、工程概况

1.1工程概况

某水库地处江山市南部，位于保安乡后坂村凉笠排自然村南面，据江山市区约53km，流域属钱塘江水系的江山港一级支流广渡溪支流某小溪上。

水库库容曲线根据2008年12月实测地形图重新量算，水库正常蓄水位359.60m，正常库容137.8万m3，设计水位360.94m，设计库容152.88万m3，校核水位361.60m，总库容160.67万m3，水库死水位336.30m，死库容3.94万m3。

1.2工程等别与建筑物级别

某水库为小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，大坝、溢洪道、输水涵管等主要建筑物级别为4级，消能设施、排洪渠及临时建筑物等次要建筑物级别为5级建。江山市属山地丘陵地区，且水库主、副高均大于15m、上下游水位差大于10m，建筑物洪水标准按山地、丘陵区标准确定，大坝、溢洪道、输水设施洪水标准为：50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核；消能设施、排洪渠按20年一遇洪水设计；临时建筑物按5年一遇枯水期洪水设计。

2. 大坝结构稳定分析

2.1坝体结构

某水库大坝为粘土斜墙砂壳坝，最大坝高36.5m，坝顶最低高程363.65m，坝顶最高高程364.10m，坝顶长度142m，坝顶最大宽度6.8m，坝顶平均宽度5.5m；大坝迎水坡设三级马道，上游坝坡设有干砌块石护坡，下游坝坡设有干砌卵石护坡。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法，本次验算应用程序为河海大学工程力学研究所和黄委设计院共同编制的《土石坝稳定分析系统HH-Slope R1.3》，并用满足力和力矩平衡的摩根斯顿-普瑞斯（Morgenstern-Price）法计算。

坝体材料参数按地质勘察成果分两层分别取用，上层土层主要参数：

天然重度ω0=18.9kN/m3 干容重ρd=14.9kN/m3

土颗粒比重Gs=2.72g/cm3

快剪凝聚力c=18.0kPa 快剪内摩擦角φ=21.5°

下层土层主要参数：

天然重度ω0=18.9/m3 干容重ρd=14.9kN/m3

土顆粒比重Gs=2.72g/cm3

快剪凝聚力c=16kPa 快剪内摩擦角φ=23°

计算结果表明：在正常运用状态下，最大坝高断面下游坝坡最小滑动安全系数为1.860，上游坡最小滑动安全系数为1.515，均大于《碾压实土石坝设计规范》SL274-2001要求的的最小抗滑安全系数1.25，且余度较大，说明大坝坝坡整体稳定。

2.2 大坝渗流稳定分析

某水库大坝从近年来的坝脚观测资料分析，坝体与坝基存在渗漏现象。主要原因是：坝基与坝肩未挖至弱风化层，坝体材料与坝基接触渗漏严重；坝体填筑土料较差，坝体渗漏较大。

根据所取土样的室内土工试验成果为：第②层粉土质砂室内水平渗透系数KV=3.05E-4～5.06E-4cm/s，垂直室内渗透系数Kh=2.85E-4～6.15E-4cm/s。另据所取原状土样的击实试验表明，大坝心墙土料的平均最大干密度1.81 g/cm3、最佳含水量13.9%、压实度0.86～0.92（<0.96比例）。

坝壳：第①层粉土质砂位于大坝坝体中部，褐色、黄褐、紫红色，湿～很湿，可塑。粘性土含量60～75%，角砾含量5～10%，粒径一般在2.0～10.0mm之间。层底标高：323.56～357.42米，层厚：6.20～33.00米。

根据所取土样的室内土工试验成果为：第①层含砾粉土质砂室内水平渗透系数KV=2.50E-4～5.06E-4cm/s，垂直室内渗透系数Kh=3.40E-4～5.85E-4cm/s。另据所取原状土样的击实试验表明，大坝坝壳土料的平均最大干密度1.89，压实度为0.87～0.94。心墙水平渗透系数平均值4.46×10-4cm/s，垂直渗透系数平均值4.89×10-4cm/s，坝壳水平渗透系数平均值4.46×10-4cm/s，垂直渗透系数平均值5.00×10-4cm/s，渗透系数大于心心墙坝规范要求的1×10-5cm/s，甚至达不到均质坝构成坝规范要求1×10-4cm/s，坝体基底的土质为原山前残积形成的含角砾粘土。

综上所述，某水库坝体坝基渗漏存在渗漏。

3坝体及坝基防渗处理

3.1一般处理方法：

某水库大坝为粘土斜墙砂壳坝，坝体填筑土料渗透系数大，碾压不密实；坝基存在一定厚度具中等透水性的砾质粘土层未挖除，坝基渗漏主要途径为坝基上部砾质粘性土层与右坝肩浅上部的岩石层理，针对心墙土质差、渗透系数较大和密实程度低的特点，结合以往处理结果，并比照类似工程经验，大坝防渗处理方法主要有：

（1）粘土斜墙：上游侧加设粘土斜墙，前趾挖至中风化基岩，周边挖至相对不透水层或下部帷幕灌浆处理。但因当地坝址附近无粘土资源，据调查粘土料场运距在8km以上，运输费用较高；同时坝前淤积层较厚，不但开挖困难，施工围堰工作量较大、防渗要求高；施工时间长，质量较难控制；两岸坝肩绕渗需依靠帷幕灌浆，增加造价，而且难以保证防渗效果。

（2）土工布防渗：该方案用土工布代替粘土斜墙，前趾与周边防渗处理同粘土斜墙。主要优点是施工速度快；主要问题是土工布接头焊接质量难以保证，耐久性较差。

（3）套井回填粘土防渗墙：本工程坝高仅18m，适宜采用冲抓钻造孔与粘土回填，施工速度快，施工质量易控制，所需粘土方量较少，造价较低。但基岩与坝肩仍需进行帷幕灌浆。

（4）低弹模塑性混凝土防渗墙：可以在低水位时施工，施工速度较快，质量易控制，耐久性较好，基础与坝肩仍需帷幕灌浆。但造价较高，要求由技术较高的专业队伍施工。

（5）坝体粘土帷幕灌浆：可以在低水位时施工，施工容易，可与基础帷幕灌浆结合，节省投资。但因本工程大坝为粉质粘土，孔隙比大，块茎差异较大，可灌性差，帷幕效果难以达到预期。

（6）多方法组合：如在上游坝坡下部采用防渗墙、上部用粘土斜墙或土工布、周边水泥灌浆防渗。但本工程大坝不长，相互间施工干扰较大，施工工期较长，难以在一个枯水期完成。

根据本工程特点，以粘土斜墙和混凝土防渗墙方案较为合适。

3.2 方案综述

3.2.1 方案一

该方案坝体渗漏与基础接触带渗漏采用混凝土防渗墙，坝肩绕渗与坝基基岩渗漏则采用水泥帷幕灌浆防渗。在平面上坝体防渗墙与灌浆帷幕成一条直线布置在坝轴线上游侧，两岸坝肩山体沿防渗墙延长线布置一定长度的帷幕灌浆孔。

该方案的主要优点：

（1）坝体防渗效果好，施工质量能得到保证，耐久性较高。

（2）坝基与坝肩防渗帷幕直线布置，与防渗墙的连接较容易，接头防渗质量易控制；