小型水库大坝防渗加固措施研究

闫园园，张 胤，徐 球

(1.南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏 南京 210006;2.南京水务工程建设管理中心，江苏 南京 210006)



小型水库大坝防渗加固措施研究

闫园园1，张 胤1，徐 球2

(1.南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏 南京 210006;2.南京水务工程建设管理中心，江苏 南京 210006)

苏南丘陵区某市大部分小型水库建于20世纪，坝型一般采用均质土坝，水库大坝多为人工挑筑而成，填筑质量较差，坝体透水性达弱～中等透水，长时间运行渗透水流的作用使坝身防渗能力不断弱化，防渗处理一直是小水库消险工程的主要工作内容。本文针对小型水库特点，介绍三种适合小型水库坝身防渗的方法，分别分析了其特点并应用于典型工程实例中，总结了防渗设计要点及三种方法适用性，为类似小型水库的坝身防渗消险设计提供参考依据。

小型水库大坝；多头小直径深搅桩防渗墙；高压喷射灌浆防渗墙；充填灌浆

1 基本防渗方法

苏南丘陵区某市小型水库绝大多数建于20世纪50—70年代，受当时技术手段及项目投资的限制，绝大多数小水库施工均就地取土，人工挑抬，人工夯实，建设标准普遍较低，容易引起渗流问题。经过多年运行，坝体填土固结沉降，地下水渗透侵蚀，导致坝体变形，产生一系列渗漏问题[1]。

小型水库渗漏包含坝体与坝基渗漏两部分。本文研究的小水库均位于岩基上，坝身渗漏量占水库渗漏的大部分，所以本文主要对坝身防渗进行研究分析。目前针对坝体缺陷的防渗加固一般采用上游坡面防渗、下游贴坡导滤防渗、坝体垂直幕墙防渗等。

(1)上游坡面防渗。主要为土工膜防渗法，在大坝迎水坡面铺设一层防渗膜，施工时首先要将库水位降到坝脚位置或在整个大坝前设一道围堰，再做防护，对于目前正在运行的小型水库，可行性较差。

(2)背水坡防渗。主要有棱体排水法和贴坡排水法两种。排水棱体可伸入坝体降低坝体浸润线，而贴坡排水在背水坡坡面设反滤层，仅能防止渗透破坏。由于施工较为方便，目前小型水库大坝背水坡防渗主要采用贴坡排水形式，但该法不能降低浸润线也不能减少渗漏量。

(3)坝体垂直防渗。在坝体内沿坝轴线设置一道防渗体，垂直防渗按防渗体形成原理的不同，可分为防渗材料置换式和介入式[1]。由于小型水库规模较小、坝体不高，而置换式防渗体对槽孔稳定性要求高，一般不宜采用混凝土防渗墙等进行坝体防渗。介入式中特别是多头小直径深搅桩防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙和充填灌浆等，受地形条件限制较小，适用于交通不便捷的小型水库。

综上，考虑到实施条件及小型水库坝身防渗的特殊要求，本文对工程应用较多的多头小直径深搅桩防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙和充填灌浆三种方法进行重点介绍，并结合工程实例分析其适用性。

2 多头小直径深搅桩防渗墙

2.1 多头小直径深搅桩防渗墙方法介绍

多头小直径深搅桩防渗墙是利用水泥作为固化剂，通过专门的深层搅拌设备，在地基深处将软土和水泥强制搅拌后，水泥和软土产生一系列物理和化学反应，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩墙防渗体[2]。

按材料喷射状态，可分为湿法和干法。湿法主料水泥浆，干法主料为水泥干粉。湿法易于搅拌，桩身质量均匀，但是桩身底部水泥不易凝结，需较久时间才能达到设计强度；干法虽然易凝结，但是成墙厚度及桩身强度离散性较高。多头小直径深搅桩防渗墙适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、软塑黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

多头小直径深搅桩防渗墙搅拌桩机通常采用一机多头的单向单轴搅拌设备，常用的是3头机、5头机。目前国产机械设备受动力限制，成桩深度能够保证15 m范围内桩身质量，桩长过长下部质量不易控制。

水泥土搅拌桩固化剂宜选用强度等级42.5级普通硅酸盐水泥或选用矿渣硅酸盐水泥等。水泥掺量一般宜为被加固土体质量的12%～20%，水泥土的抗压强度随其相应的水泥掺入比的增加而增大。当需要水泥土搅拌桩桩体有较高的早期强度时，宜选用高标号普通硅酸盐水泥。水泥浆水灰比可选用0.45～0.80，土质含水量高时取小值。

2.2 多头小直径深搅桩防渗墙工程实例

某小型水库建于1966年，水库总库容197.4万m3，兴利库容125.0万m3，近期水库加固时未进行过主坝身防渗设计处理。

现场调查显示大坝现状背水坡坡脚纵向排水沟内，常年有水，背水坡反滤上部出现渗漏点。地勘资料显示坝身主要由①层粉质黏土填筑而成，渗透性属弱透水，局部属中等透水，大坝填筑质量一般。坝基浅部为②粉质黏土层，渗透性为微透水～弱透水，土体强度与防渗性能均比较理想。本工程采用多头小直径深搅桩防渗墙进行坝体防渗处理，墙底深入坝基1.0～2.0 m。详见图1。

图1 坝身防渗墙设计图

3 高压喷射灌浆防渗墙

3.1 高压喷射灌浆防渗墙方法介绍

高压喷射灌浆防渗墙，是一种采用高压形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎原状地层，将水泥基质浆液充填、掺混其中，形成具有一定强度的凝结体，用以提高坝基覆盖土层或大坝坝身防渗能力的施工技术[3]。

高压喷射灌浆根据喷射方法不同分为单管法、双管法、三管法和多管法。单管法一般用于地基加固中用来提高地基承载力，在防渗墙施工中采用单管法很难保证成墙厚度，一般采用双管法和三管法进行加固。苏南某地区的小型水库坝身一般在10 m左右，坝顶宽度一般在4～5 m，坝体体量较小，而三管法造价较高，高压水气流又易于在土坝中产生劈裂裂缝，所以通常采用双管法，喷射压力一般在20～40 MPa，结构型式可采用单排旋喷套接。高压喷射灌浆技术施工震动小、噪音低，地下障碍物较多时采用该方法更具优势，工程投资主要受土体吃浆量控制。

3.2 高压喷射灌浆防渗墙工程实例

某水库建于1965年，属石臼湖水系。水库总库容24.65万m3，兴利库容12.06万m3，调洪库容12.54万m3。近期于水库加固时未进行过坝身防渗处理。

现场调查显示坝脚背水坡上部多处渗漏。地勘资料显示坝身主要由坝体填土填筑，填筑质量一般，防渗性能总体一般，局部较差。坝基浅部局部为残积土(含角砾粉质黏土)，防渗性能较好。坝基下部分布强风化砂岩。本工程采用高压喷射灌浆防渗墙进行坝体防渗处理，墙底深入坝基1.0～2.0 m。详见图2。

图2 坝身防渗墙横剖面设计图

4 充填灌浆

充填灌浆是利用浆液压力，充填坝体内已有的裂缝、洞穴等隐患，用以加固坝体的灌浆方法[4]。对于小型水库，能够探明坝身白蚁洞位置，查明坝身与建筑物接触渗漏范围的，可采用该种防渗措施。充填灌浆浆液干料采用粉质黏土或黏土，可掺入水泥，掺量宜为干料质量的10%～15%。孔位一般布置在隐患位置，可按梅花形布置多排孔，终孔孔距可为1～2 m。钻孔深度应超过隐患深度1～2 m。灌浆压力应小于50 kPa。充填灌浆宜一次灌注至设计要求，如隐患规模较大也可多次灌注。洞穴较大时应适当增加灌浆量和提高浆液稠度。一般工程充填灌浆平面布置示意图见图3。

图3 充填灌浆平面布置图

5 设计要点及适用性总结

5.1 防渗设计前期准备要点

防渗设计前应具备拟处理大坝的地形及水位资料、工程地质资料、水文地质资料。

大坝的地形及水位资料包括：水库大坝的交通条件、坝顶宽度、周边是否存在高压电缆、水库的设计水位、以及汛限水位等。交通条件好，坝顶宽度在3.5 m以上时可采用高压喷射灌浆防渗墙和多头小直径深搅桩防渗墙；防渗墙顶高程一般高于设计洪水位50 cm；周边存在高压电缆等，不能采用设备高度较大的多头小直径深搅桩防渗墙法。

工程地质资料包括：具有代表性工程地质纵、横向剖面图，包括软土层分布范围及分层情况，尤其是地表填土层的厚度和组成，以及软土层的厚度及其组成。加固范围内各土层物理力学性质指标，包括土的渗透系数、天然含水量、塑液性指数、有机质含量及可溶盐含量。苏南某区的小型水库多属丘陵地区水坝，地表覆盖层防渗性能较好，覆盖层以下多为强风化岩，渗透性达弱～中等透水，调查地表覆盖层在坝身及坝肩范围内是否有缺失极为必要，覆盖层缺失也是绕坝渗漏的主要原因之一。由于防渗墙深度确定直接决定了防渗设计的成败，而工程地勘资料由于孔间距通常较为稀疏，施工前需布设先导孔，全面了解地层分界，根据实际情况调整防渗墙深度。

水文地质资料包括：地下水类型、地下水稳(初)定水位标高、地下水的酸碱度(pH值)和硫酸盐含量等。由于地下水的分解性腐蚀和结晶性腐蚀作用，处于地下水影响范围内的防渗体会逐渐失去效用。水泥土抗腐蚀的能力跟水泥的矿物成分有很大关系，当地下水具有腐蚀性时，应采用矿渣硅酸盐水泥或抗硫酸盐水泥。

5.2 三种防渗设计方法适用性

根据上述内容，总结本文介绍的三种防渗方法，适用性见表1。

表1 防渗加固方法适用性表

6 结 语

本文着重介绍了苏南丘陵地区小水库坝身防渗的主要方法，希望能为同类小水库除险加固设计提供有益经验。本文未涉及坝基渗漏问题，而坝基渗漏是小型水库渗漏问题的重要组成部分，对水库的蓄水能力有很大影响，需要进一步研究总结。

[1] 盛金保,李雷,王昭升.我国小型水库大坝安全问题探讨[J]. 中国水利，2006(2)：41-43

[2] 茅樵.深层搅拌桩在平原水库防渗中的应用与研究[D]．济南：山东大学,2005．

[3] 王明森,王洪恩,查振衡，等.高压喷射灌浆防渗加固技术[M]. 北京:中国水利水电出版社,2010．

[4] 中华人民共和国水利部. 土坝灌浆技术规范：SL 564-2014[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

Study on anti-seepage and reinforcement measures for small reservoir dam

YAN Yuanyuan1,ZHANG Yin1, XU Qiu2

(1.NanjingWaterPlanningandDesigningInstituteCo.,Ltd,Nanjing210006,China;2.NanjingWaterProjectConstructionandManagementCenter,Nanjing210006,China)

Most small reservoirs of a city in the hilly area of southern Jiangsu province were built in the 20th century. Dam type is generally homogeneous earth dam, These reservoir dams were mostly artificial construction with poor filling quality and the dam water permeability is in weak to medium grade. For long time operation, the anti-seepage effect of the dam has been weakened, so anti-seepage treatment has always been the main work of risk elimination project for small reservoirs. According to the characteristics of small reservoirs, we describe 3 anti-seepage treatments suitable for the dams of small reservoirs, and their characteristics are analyzed and applied to typical engineering examples. We also summarize essential points of anti-seepage design and the applicability of the three methods, which can provide reference for the anti-seepage design of small reservoir dam.

small reservoir dam; multi-headed and small diameter deep mixing pile cutoff wall; high-pressure jet grouting cutoff wall; filling grouting

闫园园(1984-)，女，工程师，主要从事水利工程设计工作。

TV697.3

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2096-0506(2016)11-0049-04