混凝土防渗墙在富水水库坝基处理中的运用与思考

鲁常绕，张召礼

（湖北省富水水库管理局，435299，黄石）

混凝土防渗墙在富水水库坝基处理中的运用与思考

鲁常绕，张召礼

（湖北省富水水库管理局，435299，黄石）

通过对大坝混凝土防渗墙施工处理方法和措施的梳理，结合近10年大坝渗流观测资料的技术分析，进行混凝土防渗墙在富水大坝运用方面的探讨，以期对今后水库安全运行起到积极的促进作用。

混凝土防渗墙；坝基处理；安全；富水水库

一、工程概况

1.水库基本情况

湖北富水水库是一座以防洪、发电为主，兼有综合利用的大（1）型水利工程。水库枢纽由大坝、溢洪道、发电引水管、电站、放空隧洞及灌溉渠道等建筑物组成。大坝为1级建筑物，在28 m高程以下为均质土坝，以上为黏土心墙代料组合坝，最大坝高46.8 m，坝顶长941.0 m、宽6.5 m。

富水水库承雨面积2 450 km2，水库总库容16.21亿m3。按千年一遇设计，设计洪水位62.10 m；按万年一遇校核，校核洪水位64.28 m。

富水水库除险加固工程坝基处理长度963.25 m，其中防渗墙798 m。

2.除险加固项目的由来

1999年湖北省水利厅批复同意对富水水库进行安全鉴定。2001年省厅组织安全鉴定评审，鉴定大坝为三类坝，并由水利部大坝安全管理中心核查并予以确认。富水水库管理局随即委托湖北省水利水电规划勘测设计院完成《富水水库除险加固工程初步设计报告》，经水利部水电水利规划设计总院初审和复审，2002年水利部批复了《湖北省富水水库除险加固工程初步设计报告》，其中坝基处理工程是主要加固项目之一。

3.项目的设计与实施

富水水库大坝建设时河床未抽槽，均质坝下为3～6 m厚的强透水砂卵石层，其下为不透水泥质页岩。初步设计垂直混凝土防渗墙轴线平行于坝轴线，位于大坝上游坡55 m高程处，坝段桩号为0+100～0+941,设计墙厚70 cm，墙体底部在河床段穿过砂层、砂砾石层伸入页岩内0.5～1.0 m；在台地及两岸坡段存在强风化透水层的，其底部穿过砂层、砂砾石层及强风化基岩并嵌入底部页岩内1.0m，上部嵌入上游黏土铺盖内1／10坝高(即4 m)，墙体上部采用黏土回填。最大钻孔进尺为42.39m,混凝土防渗墙10 083.59 m3,墙体上部黏土泥球封孔17730.19m3。

实施情况：根据实际垂直混凝土防渗墙轴线桩号调整为 0+086～0+884,墙厚60 cm。实际完成混凝土防渗墙5 306.41 m3,墙体上部黏土回填14 581.22 m3。

二、防渗墙的施工处理

1.墙体上部回填材料的确定及浇筑

混凝土防渗墙设计为冲击钻成槽，施工单位进场后，提出变更施工工法改冲击钻成槽为抓斗成槽。经业主、监理商量并取得设计同意“先做试验段，再施工”的意见后进行施工。

防渗墙上部由于泥浆下回填黏土泥球，在施工时很难达到设计要求，且在二期槽孔施工过程中，一期槽接头孔部位回填土因泥浆浸泡软化将向二期槽滑塌，在一、二期槽孔贯通后，极易造成槽孔坍塌而酿成事故，为此施工单位进行了特殊回填材料的研制工作。经过大量室内试验确定了用于生产性试验的配合比（见表1）。

生产性试验结果表明：采用适当的工艺，利用浇筑导管，可以进行回填材料的浇筑。墙体开挖显示：上部回填材料质地均匀，一、二期接头处连续，没有明显接缝，且槽口取样渗透系数满足设计要求。

尽管混凝土浇筑工艺已十分成熟，但两种墙体材料在同一套浇筑导管中先后浇筑，施工方认为在国内尚属首次。经过试验施工确定回填材料的浇筑工艺：①浇筑导管的布置方式不变，混凝土浇筑完毕随后利用导管浇筑回填材料。②混凝土浇筑高程应高于设计终浇高程约1 m，接头管起拔后底管口位置应高于终浇高程50 cm以上。这样既确保了混凝土和回填材料的有效搭接，又保证了混凝土中无夹泥，墙体连续。③回填材料的物理性能与坝体材料物理性能基本一致，其壤土含量较高，若有泥浆混入，不会影响其性能，因此对于导管埋深不必要做专门限制。④搅拌好的回填材料具有一定黏性，混凝土搅拌车运输过程中可能导致起团现象，因此入仓前需安排专人负责把粒径较大的团块捣碎，以免发生堵管，直到满足设计要求为止，现场值班工程师随时对槽孔成孔质量进行抽查。

2.防渗墙先导孔施工处理

为确保防渗墙底部嵌入弱风化基岩不小于0.5 m，在参建四方的会议上，确定结合水利部长江水利委员会地质勘探孔情况，沿防渗墙轴线每隔30 m布置先导孔，按施工方提交的先导孔施工方案经监理批复的意见进行施工。补充地质钻探勘察的主要内容为：查明混凝土防渗墙轴线上砂砾石层、强风化、弱风化基岩埋深情况及厚度情况，力求更准确地鉴定墙底线。

三、防渗墙施工后的运行效果

实际观测数据表明，库水位在55.00 m以下时，减压井不出水（高尾水位除外）；库水位超过55.00 m及溢洪道泄洪尾水位较高时，部分减压井出水，但流量很小，减压井附近渗透坡降明显减小，运行正常。

2005年11月5日，经湖北省水利厅水电工程检测研究中心检测，根据规程规范要求及工程实际，通过对富水水库大坝防渗墙不同部位进行压水试验、取芯等工作，并对防渗墙进行室内实验，所得结论为：①大坝防渗墙的抗渗性通过室内渗透实验进行判定，试验成果如表2。从表中可以看出，各部位渗透系数为10-7量级，满足设计要求。②从钻孔取芯结果看，防渗墙基本完整、连续、均匀。③防渗墙体抗压强度最大值 9.45MPa，最小值 1.225 MPa，均值 4.09 MPa；弹性模量最大值1 015.0 MPa，最小值760.0 MPa，均值887.50 MPa。防渗墙力学性能满足设计要求。综上所述，富水水库坝体防渗墙工程施工质量满足设计要求。

表1 特殊黏土施工推荐配合比

表2 渗透试验成果表

经过近 10年运行观测，2014年12月富水水库管理局委托南京水利科学研究院对富水水库大坝安全监测资料进行了分析。评价结果为：坝体各断面测点水位整体较稳定，与库水位的相关性弱；坝基各断面测点水位与库水位相关性比坝体各测点显著；坝基左、右两端渗流压力水位高于大坝中部；0+340、0+500、0+602断面混凝土防渗墙防渗效果显著；坝基渗透坡降计算表明，混凝土防渗墙及墙后坝基渗透坡降均小于相应允许坡降；0+099断面坝基测点水位与库水位的相关性较其他断面显著，且混凝土防渗墙后测点水位较高，这是由于左岸绕坝渗流影响显著，而0-080～0+100段坝基存在透水强的残坡积层及页岩强风化带；0+210断面混凝土防渗墙前D07B测点水位明显低于库水位且与库水位相关性弱，水位过低需要校正仪器初始值或核实基准点，相关性较小可能是由于测点所在位置被弱透水层覆盖，而墙后D08B测点水位却与库水位有较明显相关性，可能受坝基透水层影响；0+700断面混凝土防渗墙前后测点水位均较高且基本相同，可能是由于该断面所处坝基局部存在砂层及页岩风化带，而混凝土防渗墙顶部填土含碎石量较多、含水量稍高、结构密实性稍差。

减压井G01、G11、G31、G34和G48各测点水位均较低，与库水位有一定相关性，但变幅较小；各测点位势均较低，且受下游电站尾水影响；减压井到上游坝基测点间平均渗透坡降小于设计允许坡降，减压井到下游水位测点间平均渗透坡降小于压渗体计算允许坡降，不会发生顶托破坏。

各量水堰所测渗流量过程线受降雨影响十分显著，与库水位有一定相关性；坝基渗流量整体较小，小于坝体渗流量。

2015年2月27日富水水库管理局委托湖北正平水利水电工程质量检测有限公司进行混凝土防渗墙抽样检测，在《湖北省富水水库除险加固工程验收质量抽检报告》中抽检了3个检测孔 （桩号0+163.5、0+517.6、0+767.3），结果表明6个试验段渗透系数范围为1.73×10-7～6.16×10-7cm/s,满足设计要求；3组室内渗透系数均值范围为3.84×10-7～4.52×10-7cm/s，满足设计要求；3组抗压弹性模量均值范围为800～900 MPa，满足设计要求。

从混凝土防渗墙建成后检测及运行多年观测资料分析结果看，富水水库混凝土防渗墙是成功的，运行情况良好。

四、防渗墙完工后的思考

富水水库除险加固工程防渗处理完成后，混凝土初凝后下游减压井原有明流的减压井均不出水，防渗墙建成前后对比各孔减压井水头降低了80%左右，总渗流量约减少84%，防渗处理效果显著，并通过了水库高水位（最高水位达57.78m）运行验证，富水水库坝基渗漏破坏问题基本上得到解决。

尽管塑性混凝土防渗墙对于解决富水水库坝基渗流问题是行之有效的处理方法，但混凝土防渗墙轴线在迎水坡与心墙搭接问题仍不如人意。一是防渗墙上部回填材料问题，特别是混凝土与特殊黏土的连接处理不易处理。施工过程中施工单位虽然进行了材料试验，处理得比较好，但从检测成果看，有些断面效果欠缺,如果混凝土防渗墙到顶可解决回填材料问题。二是防渗墙与周边搭接问题。因为在迎水坡，受场地、施工机械限制，本可以进行防渗墙施工的只能进行帷幕灌浆，其效果不如混凝土防渗墙；如防渗墙轴线后移到心墙，防渗效果可有效提升。三是迎水面坝坡施工安全问题。富水水库防渗墙工程项目因加固初衷是进行坝基防渗处理，专家认为防渗墙只需接入坝体心墙即可解决富水大坝的坝基处理问题。为了节约投资，将设计防渗墙轴线布置在迎水面。施工单位进行施工时为满足大型机械施工要求，要在上游开挖坝坡修建宽10 m施工平台，为尽量少开挖坝坡，根据试验结果：在施工期（水位低于53.0 m），要严格控制施工平台荷载，尤其要避免荷载集中到回填区的边缘地带，要做好边坡的防护工作。由于施工不能在一个枯水期完成，汛期还要将边坡回填，做好防护工作，确保大坝安全度汛。由于现场施工场地狭窄，施工材料及机械等增加了坝坡荷载，施工过程中不利于坝体稳定，影响施工安全和水库运行安全。

综上所述，混凝土防渗墙是解决水库坝基渗漏问题的有效方法，建议防渗墙轴线设计在坝顶，这样既有利于高水位时水库运行安全，又有利于施工安全，同时可彻底解决渗漏问题。

[1]湖北省水利水电勘测设计院.湖北省富水水库除险加固工程初步设计报告[R].2002.

[2]湖北省水利水电勘测设计院.湖北省关于富水水库大坝防渗墙施工工法变更及成墙材料试验情况的报告[R].2004.

[3]中国水利水电基础工程局.湖北省关于富水水库大坝防渗墙施工湖北省富水水库除险加固工程2003年度项目施工大坝挡水工程防渗墙施工生产性试验报告[R].2004.

[4]中国水利水电基础工程局.湖北省富水水库除险加固工程C1标段混凝土防参墙及左右坝肩帷幕灌浆工程先导孔补充地质勘察报告[R].2004.

责任编辑 安天杭

Application of concrete cutoff wall in treatment of dam foundation for Fushui Reservoir//

Lu Changrao,Zhang Zhaoli

With review of treatment methods and measures for construction of concrete cutoff wall,discussions are made on the application of concrete cutoff wall in treatment of dam foundation in Fushui Reservoir,through technical analysis of observation data with dam seepage in recent ten years.It is expected to play an effective role for safe operation of reservoir in the future.

concrete cutoff wall;treatment of dam foundation;safety;Fushui Reservoir

TV543.8

：B

：1000-1123（2017）08-0031-03

2017-01-12

2017-02-22

鲁常绕，科长，工程师。