小型水库除险加固中黏土防渗浅析

陈光伸

【摘要】浪水坪水库在建成以来经历了多次地震，且在修建期间，因为清基不完全使大坝容易发生不均匀沉陷，先天缺陷加上后天的地震等自然灾害，使得水库出现严重的病险情况，本文针对浪水坪水库的主要病险情况，对小型水库除险加固进行简要分析，论述坝基和坝体的防渗处理措施。

【关键词】小型水库；浪水坪；加固；防渗处理

浪水坪水库的主要问题在于清基不完全和工程建造期间分段建造造成土料均一性差等问题，使得大坝易发生不均匀沉陷和渗漏，加之该地区多次发生地震等自然灾害，加剧了病险程度，使得目前大坝的渗漏现象更为严重，对大坝进行除险加固处理已经势在必行，本文主要针对坝体和坝基的除险加固进行论述，针对坝体主要采取的防渗墙方案，针对坝基采取的是帷幕灌浆方案，以下将对浪水坪水库的基本情况进行论述，并对坝体和坝基的防渗处理方案进行简要论述。

一、工程概况及主要问题

浪水坪水库位于云南省境内，丽江市中部永胜县内，距县城公路里程59km。浪水坪水库的修建始于1970年，历时10年。浪水坪水库的主要功能是灌溉，同时兼顾防洪，其设计灌溉面积0.90万亩，总库容465万m3。从规模上看属于小型水库，从防洪标准看，其原设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准200年一遇。

浪水坪水库枢纽由大坝、溢洪道和输水涵洞组成，其大坝为均质土坝，坝高25m。自大坝建成以来，由于工程建设时的问题和建成后的自然灾害（例如丽江地震），导致水库病险加重，水库的设计功能无法正常发挥，给当地居民造成一定的威胁。经过考察，其主要问题如下：

首先，是工程建造过程中出现的问题，一是清基不彻底造成软基现象，使得坝基、坝体及坝下涵管不均匀沉陷；二是在工程建造期间分块填筑，各区间进度不一，坝面填筑高低不平，土料均一性差，碾压质量差，坝体密实度差，导致坝体渗漏、绕坝渗漏严重，例如在浪水坪顺坝轴线长60m一带产生水平渗漏，同时发现5个地方出现小股管涌；渗流汇集于坝脚，实测渗流量0.006m3/s，顺流右岸与左岸高程2500米左右坝体与山坡交接处，发现多处绕坝渗流。大坝未设防浪墙，下游坝坡未设戗台，上、下游坝面护坡缺损严重。下游坝坡未设排水棱体。

其次是由于自然灾害所导致的问题，水库建成后，先后发生地震，给水库造成了一定的危害，其中以1996年丽江7.0级地震最为严重，造成坝体渗漏、绕坝渗流加剧；输水涵洞地基沉陷，裂缝增宽，渗流量增大；溢洪道边墙及底板多处开裂。

除此之外，还有溢洪道的淤积问题，水库库容小，涵洞断裂等问题，都使得水库的病险问题加剧。

二、加固除险中防渗设计

针对水库的主要病险问题，对浪水坪水库进行加固出险是当前面临的主要问题，其中防渗处理是重要内容之一，本文就浪水坪水路加固除險防渗处理进行研究，主要针对的是大坝坝体和坝基进行处理方案研究。

（一）大坝坝体防渗加固处理

在坝体防渗加固处理方面，现有两个方案，一是坝体充填灌浆，二是防渗墙方案。从施工难度上来看，方案二的施工难度较大；从工程造价上来看，方案二的造价较大，且当地缺少相关原料；但是从最终的防渗效果来看，方案二相比方案一有明显优势。考虑到大坝加固除险的效果，最终确定采用黏土混凝土防渗墙方案。

首先考虑到输水涵洞沉陷和变形渗漏的问题，首先要对补强涵洞进行方案设计，采取的方案是对涵洞外侧采用钻孔灌浆进行补强。设计采用灌浆孔共6个，灌浆孔垂直涵洞轴线采用双排孔，上、下游孔距坝轴线均为3m布置，孔距2m，单孔深40m，总进尺240m，灌段总长78m，灌浆顶界高于涵洞底板8m，底界低于涵洞底板5m。灌浆材料与相邻坝基的相同。

其次是进行大坝坝体的防渗墙加固处理方案的具体方法设计，在防渗墙轴线的布置上，选取的位置是在大坝培厚加固后的坝轴线上游2.0m，设计防渗墙的厚度为0.6m，防渗墙底界按进入全风化层0.5m控制，防渗墙工程量为2690m2。防渗墙下接帷幕灌浆，孔距为2m，防渗墙与帷幕灌浆搭接长度为1m，帷幕灌浆底界按进入弱透水层q<10lu5m控制。防渗墙控制指标：抗渗标号为S6，强度为C10，弹性模量在2×104MPa左右，K<1.0×10-7cm/s。

防渗墙施工选用钻孔成槽，泥浆固壁，直升管法浇筑混凝土。

采用防渗墙方案进行防渗处理，首先需要考虑防渗墙材料的配比和选择，普通的混凝土弹性当量较大，而适当地加入粘土可以降低混凝土弹性模量，加大混凝土的变形性能，一定程度上可以节约水泥用量，同时可以改善浇筑时的堵管现象，至于粘土的添加含量，需要结合当地粘土的特性进行一定的配比试验，使混凝土的特性得到最大的改善，在保证强度的前提下，尽可能地降低弹性当量和渗透系数，在配比过程中主要考虑的因素有当地粘土的砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量及塑性指数等。其次是固壁材料的选用，用作固壁材料的膨润土在当地极为缺乏，需进行外地采购。最后将简述配置泥浆的具体参数，如下：配置泥浆的粘土粘粒含量应大于40%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，二氧化硅和三氧化铝的比值为3～4。固壁泥浆的粘度应满足20～25s，胶体率大于97%，失水量小于10mm/min，比重以现场不塌孔为准。

在具体施工操作上，需注意以下几点，首先泥浆下直升导管法浇筑混凝土时，导管埋入混凝土内的深度在1m到6m之间；其次保证混凝土连续浇筑，最多中断时间不超过40min；对于槽孔内的混凝土要保证上升的高度的稳定性和一定的上升速度，上升高度的差值要保持在0.5m以内，速度要保证大于2m/h；最后需要注意的是在浇筑过程中应预埋Ф127mm灌浆管。

（二）大坝坝基防渗加固处理

对浪水坪水库坝基地层进行考查，确定其地层岩性为中厚层状页岩、砂岩互层，对其进行钻孔压水试验表明坝基地层透水率为q=3.31～5.91Lu，可以分析浪水坪水库的坝基为弱透水层，渗漏量较小，目前主要存在的问题是在大坝建设时，未能完全清除坝基中的强风化层，因此坝基地层发生不均匀沉陷，从而对大坝的安全造成一定的影响。其次对大坝坝肩进行考查，发现其地层与坝基相同，同样为弱透水率，符合规定要求，主要问题仍然是岩体的软弱层发生风化，导致不均匀沉陷，因此需要及时对坝基作加固处理。

在对坝基进行防渗处理采用的方法是帷幕灌浆，帷幕灌浆孔布置在加固后坝轴线上游1.0m，初拟孔距为2m，单排布置。坝基段顶界为2593.44m，底界以进入基岩透水率小于10lu5m控制。左岸边界根据地下水位线与水库正常水位线交点确定左坝肩帷幕灌浆边界，经分析，帷幕向左岸延伸20m。右岸边界以地下水位线与水库正常水位线交点确定，并考虑进入基岩透水率小于10lu控制帷幕灌浆边界，经分析，帷幕向右岸延伸7m。

其次是对帷幕结构进行计算，经计算得到，帷幕厚度为1.2m；渗径长度为幕前50m，幕后39m，幕体当量厚度为120m；对水头进行计算得，幕前水头为228m，幕后水头为5.6m；根据水头的数据计算得幕体水力坡降小于15，符合相关要求。对计算数据进行分析可知，设定2m孔距单排布置能够满足要求，其具体帷幕灌浆的设计参数的最终确定要通过灌浆试验的结果来进行调整。

最后将简述帷幕灌浆的主要环节，首先在材料选择上，采用的是普通硅酸盐水泥浆液，在设备的选用上，采用的是150型地质回转式钻机垂直钻孔；整个灌浆过程针对水库的规模和特点，选择对其进行分段灌浆，第一段为基岩下2m，第二段3m，第三段5m；灌浆方法选择的是自上而下分段循环灌浆法。灌浆结束后，需要对其进行压水试验。

三、总结

通过对浪水坪病险情况的分析，本文对浪水坪水库的坝体和坝基的防渗加固处理进行论述，最终确定的防渗方案为坝体采用黏土混凝土防渗墙，坝基采用帷幕灌浆的方式。

参考文献：

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[3]林赛. 云南麦子河水库除险加固防渗处理研究[J]. 中国水利水电科学研究院学报，2014，12（04）.

作者简介：姓名：陈光坤，1975年11月出生，性别：男，民族：汉族，籍贯：云南省曲靖市，单位：云南省水利水电学校，职务：无，职称：讲师，学历：本科，研究方向：水利水电工程方向。