黄陵县郑家河水库坝基防渗方案探讨

薛长青

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018)



黄陵县郑家河水库坝基防渗方案探讨

薛长青

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018)

针对黄陵郑家河水库坝基砂砾石层渗水严重并存在渗透稳定破坏等问题，经过多种防渗处理方案的分析论证及优化比选，提出郑家河水库坝基防渗处理方案，推荐采用高压旋喷灌浆处理方案，改进施工处理和施工后的运行检验、效果良好有效地解决了郑家河水库坝基渗漏问题。

郑家河水库；坝基渗漏；高压旋喷灌浆；方案

郑家河水库位于黄陵县城西北隆坊镇郑家河村上游500余米处的淤泥河上。该水库于1973年建成，是一座以灌溉为主，兼有防洪养鱼的Ⅲ等中型水库。坝址以上控制流域面积73 km2，多年平均径流量307万 m3。郑家河水库为多年调节水库，总库容1 250万 m3。水库枢纽由大坝、溢洪道、卧管放水涵洞等组成。大坝为均质土坝，坝高28 m，设计坝顶高程1 035.0 m，水库按五十年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。正常蓄水位1 031.0 m，死水位1 017.0 m。

黄陵县郑家河水库建成28年来，一直未能正常蓄水，根据《大坝运行管理情况报告》、《黄陵县郑家河水库除险加固工程地质勘察报告》及《大坝土工试验报告》，坝基、坝体及绕坝渗漏严重，且不稳定。为了确保水库大坝安全，促进黄陵县经济可持续发展，对黄陵县郑家河水库进行除险加固的首要问题是坝基防渗加固处理。

1　水库坝基渗漏分析

坝基第四系覆盖层厚11.2～18.6 m，其中下部砾石层厚度4.4～9.5 m。渗透系数k=11.0～16.0 m/d，属强透水层。坝基施工时表面仅清土0.4 m，结合槽挖深1.8 m。左坝肩二、三级阶地下部，强透水的砾砂、粗砂厚5.5～11.2 m，施工时没有处理。所以水库蓄水后发生坝基渗漏和绕坝渗漏是必然现象，据1982年部分观测资料：库水位1 021.7 m时，渗漏量1 470 m3/d；库水位1 018.0 m时，渗漏量1 150 m3/d。显然，还有相当一部分渗漏量是沿河谷漫滩、阶地下部砾石层呈伏流方式向下游渗漏。

根据坝基地层结构，渗漏计算分为三段，即河床漫滩段、一级阶地段和二级阶地段。

(1)河床漫滩段

河床漫滩段坝基宽138 m，透水层分为上、下两层，上层粉质壤土平均层厚4.8 m，渗透系数k1=1.10 m/d；下部砂砾平均层厚7.5 m，渗透系数k2=16.0 m/d。经计算，当库水位高程为1 020.5 m时，该段渗漏量1 081.3 m3/d。当库水位高程为1 031.3 m时，该段渗漏量1 946.3 m3/d。

(2)一级阶地段

一级阶地段坝基渗漏带宽145 m，平均厚度23.0 m，渗透系数加权平均值k=3.54 m/d。经计算，当库水位高程为1 020.5 m时，该段渗漏量为349.3 m3/d。当库水位高程为1 031.3 m时，该段渗漏量为1 020.4 m3/d。

(3)二级阶地段

二级阶地坝基渗漏带宽85 m，平均厚度28.0 m，渗透系数加权平均值k=5.0 m/d，经计算，当库水位高程为1 020.5 m时，该段渗漏量为392.5 m3/d。当库水位高程为1 031.5 m时，该段渗漏量为838.8 m3/d。

经计算，当库水位高程为1 020.5 m时，坝基总渗漏量为1 823.1 m3/d。当库水位高程为1 031.3 m时，坝基总渗漏量为3 805.5 m3/d，占径流量45%。

2　坝基渗透稳定分析

根据《地勘报告》，坝基砂砾层、细砾层的允许水力坡降I=0.1～0.12。当库水位为1 020.5 m时，坝体内水力坡降I=0.09～0.10，正好处于发生管涌的临界状态，大坝下游个别地段发现的管涌现象也说明了这一点。当库水位升高到正常蓄水位高程1 031.0时，坝体内水力坡降将达到i=0.23～0.25，坝基砂砾、细砾层必然发生管涌破坏而危及大坝安全。因此，无论从渗漏量或从渗透稳定角度考虑，都应对坝基和大坝进行截渗处理。

根据地质资料，坝基覆盖地层属湿陷性和高压缩性的Q3、Q4黄土，浸水后坝基变形必然影响坝体稳定。

3　坝基防渗处理方案

大坝填筑土料主要来源于河谷两岸，以黄土和粉质壤土为主，但由于坝体填筑土料的施工质量差及具自重湿陷性等原因引起坝体出现裂纹，而且在大坝施工时清基很不彻底，造成坝基渗漏量大，严重危及大坝的稳定和安全运行。因此对大坝和坝基进行截渗与防护处理是必要的。现就国内外几种常用的防渗技术方案比较如下：

3.1方案一：混凝土垂直防渗墙方案

其优点：结构可靠，防渗效果好，施工相对不隐蔽；缺点：(1)因为墙体厚度一般在0.6 m左右，所以分段的搭接较难控制；(2)如果帷幕较高，大于25 m时，其墙体底端的施工也很难控制，与地下工程区别不大；(3)采用开槽机，则其开槽深度不宜超过20 m，且不适用于砂砾石地层；采用薄型液压抓斗，幕墙较高时施工槽体护壁困难，在投资有限不能采取附加工程措施的情况下，经常出现塌壁和抓斗被掩埋现象。(本工程坝基防渗幕墙高度最大可达30 m)

表1　三管法高压旋喷灌浆技术参数表

3.2方案二：深层搅拌水泥土方案

优点：成墙连续，防渗效果较好。缺点：施工深度超过15 m时，其垂直度很难控制，由此造成搭接难以保证。

3.3方案三：高压旋喷灌浆处理方案

优点：高压喷射灌浆技术能够比较好的克服上述方案的缺点，通过高压旋喷灌浆以构筑截渗砼幕墙，能较好地解决砂砾石的防渗问题，而且造价较低，是解决本水库坝基防渗问题的较好方案, 结合现阶段国内高喷施工机械设备研制情况，确定为本次推荐方案。

4　坝基高压旋喷砼防渗幕墙设计参数的确定

黄陵县郑家河水库坝基砼防渗墙设计成墙形式采用单排旋喷桩进行套接，设计旋喷桩布桩中心间距100 cm，桩径130 cm，设计最小成墙厚度83 cm ；设计要求钻孔孔斜率小于1%。设计钻孔深度深入基岩面下50 cm。

高压旋喷砼防渗幕墙的防渗及物理力学性能指标：渗透系数小于10～5 cm/s，R28=5～10 Mpa，E小于10-3Mpa，J大于80。

本次设计郑家河水库坝基高压旋喷灌浆的施工技术参数根据《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》(送审稿)和施工区实际地质情况设计确定如表1。

5　结语

黄陵县郑家河水库除险加固工程于2005年全部竣工，施工中对坝基砂砾石层渗水严重并存在渗透稳定破坏等问题，经过多种防渗处理方案的分析论证及优化比选，最终实施采用高压旋喷灌浆处理方案，有效地解决了郑家河水库坝基渗漏问题。目前，水库进行多年运行后坝后无渗水和管涌等渗透破坏现象，水库运行良好。

2016-03-14

薛长青(1966-)，男，陕西眉县人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作。

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