双塔水库坝体防渗体系研究

(甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 玉门 735211)

双塔水库坝体防渗体系研究

刘宗全

(甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 玉门 735211)

近年来，双塔水库渗漏严重，本文通过分析坝体渗漏原因，提出了完整封闭防渗体系及处理方案，采取有效工程措施进行除险加固，完成坝体截渗目标。工程实施后，将大大提升水库安全运行和蓄水能力，社会、生态效益显著，可为类似工程提供借鉴。

双塔水库；防渗体系；研究

1 工程概况

双塔水库始建于1958年，1960年3月建成蓄水。是一座以灌溉为主，兼顾城乡和生态用水、防洪、发电、养殖等综合利用的大(2)型水库，设计库容2.4亿m3，100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。水库枢纽主要建筑物有主坝、副坝、输水洞、正常溢洪道、输水渠、泄洪渠等。主坝为黏土心墙砂砾石坝，坝长1040m，坝顶宽8m，最大坝高26m。坝顶高程1332.80m，正常蓄水位1330.30m，设计洪水位1330.60m，汛前限制水位1326.20m。水库承担着保障下游灌区46万亩耕地的灌溉、周边地区工业供水和下游生态输水任务。

2 工程存在的问题

双塔水库主坝坝址，地处疏勒河中游丘陵基岩侵蚀形成的宽浅河谷上，河谷宽约1.1km，河槽底宽315m，位置在坝轴线桩号0+575～0+890处，河槽内为冲洪积砂卵砾石层，厚度一般为5～6m，最大堆积厚度12.7m。两岸为低缓的丘陵，左岸地势相对较高，右岸低缓且垭口地形较多，库区无区域断裂构造通过，库盆主要由相对不透水的新近系砂质泥岩夹泥质砂岩及前震旦系片麻状花岗岩组成，库区外围无低邻谷存在，两岸地下水补给河水，水库不存在永久性渗漏问题。

水库建成蓄水后，主坝左、右坝肩和主河槽段坝后一直存在渗流现象，因此，水库采取降低水位的方式运行，限制水位不得超过1329.80m，蓄水位从未达到过正常高水位1330.30m，两水位间库容为1300万m3，严重制约了水库效益的发挥。

3 原因分析

3.1 渗流分析

水库1985—2014年实测情况为：1985—1993年实测渗漏量为4L/s左右；1994年在运行水位与以往年份基本相同的情况下，渗流量增大到7.9L/s；1996年以后渗流量呈下降趋势，2010年后小于2L/s；渗流量变化趋势为：水库坝体在主河槽段设置混凝土防渗墙后，在最初运行的几年时间里，渗流量基本无变化，十年后突然增大，而后逐渐减小(见下表和图1)。

主坝坝后实测历年渗流量表

图1 渗流量随时间变化曲线

经分析水库渗流量变化过程发现，与一般土石坝渗流规律不符(一般土石坝渗流量变化规律是随着运行时间的增加，渗流量逐渐减小)。这说明在未修建防渗墙部位的坝体在最初运行的10年间，大坝高于当时淤积面的某个部位渗流量在不断增大，并且极有可能在1994年后发生了渗透破坏。后来随着淤积面的抬升，堵塞了渗流通道，渗流量逐渐减小，渗流才趋于正常。

3.2 坝体地质情况分析

3.2.1 左坝肩地质勘察

主坝左坝肩0+000～0+575坝段坝体经现场地质调查，0+000～0+170及0+230～0+300两坝段在坝后坡脚处均有渗漏，且在0+245、0+400处有比较集中的出水点。为此，分别在坝顶0+124、0+234、0+500实施勘探钻孔，揭露的坝基岩芯显示：坝基基岩岩性为前震旦系片麻状花岗岩，暗灰—灰白色，主要矿物成分为长石、石英，次为黑云母等。钻孔岩石多为碎块状，少数为柱状，柱状岩芯可见倾角大于80°和小于40°的两组裂隙，坝基岩石表层2～3m基岩强风化层岩石质量指标RQD=20%～30%，岩体破碎。从取出的岩芯可判断坝基岩石表部强风化层厚度一般为2～3m，局部5～7m。

在3处坝体与坝基接触面及基岩表部强风化层中进行钻孔注水试验，其渗透系数分别为K=2.0×10-2cm/s、K=8.0×10-3cm/s、K=3.4×10-2cm/s，属强—中等透水地质。据基岩面以下钻孔压水试验，坝基岩石表部强风化层岩石透水率一般为5Lu100Lu，属强透水地质；其下6～12m岩石透水率为5Lu

3.2.2 主河槽段地质勘察情况

1979年9月，为解决坝体渗漏问题，在水库主河槽段0+575～0+890坝体的坝轴线上游2m位置处设置混凝土防渗墙进行防渗处理，防渗墙全长315m，深入基岩深度0.7～3.1m，墙顶高程1328.00m，厚度为0.8m。

此次勘察分别在坝顶0+640、0+720、0+800、0+880原混凝土防渗墙墙体实施勘探钻孔，揭露的坝基岩芯显示：原混凝土防渗墙墙体钻孔30.5～40.9m，整孔墙体混凝土基本连续，岩芯呈柱状、短柱状，长度10～60cm，混凝土密实情况较好。墙体经注水实验测得，渗透系数K=1.1×10-6～1.7×10-6cm/s。墙体下部基岩钻孔20m，岩芯为片麻状花岗岩，呈短柱状，颜色为灰白色，岩芯长度2～24cm，无明显蚀变，据基岩面以下钻孔压水试验，基岩透水率为q=4.24～173.64Lu，属强透水地质。

3.2.3 右坝肩地质勘察情况

主坝右坝肩0+890～1+040坝段坝体存在垭口，垭口段坝轴线与主坝轴线夹角约45°，呈V形，长约50m，深约26m，坝顶高程1332.60～1334.60m。在坝顶1+030实施勘探钻孔，揭露的坝基岩芯显示：坝基基岩岩性为前震旦系片麻状花岗岩，岩体表层强风化深度2～3m，岩体破碎，裂隙发育。据基岩面以下0.9m所做的钻孔注水试验，其渗透系数为K=1.8×10-2cm/s，属强透水地质。另据钻孔压水试验，基岩面以下0.9～6.0m，岩石透水率约为q=3.1Lu，属弱透水中带；6m以下岩石透水率q<3Lu，属弱透水下带。

3.2.4 勘察成果分析

水库主坝坝基和坝肩总体工程地质条件较好，不存在坝基深层滑动等地质问题。但因受建设期施工条件等因素限制，主坝坝基和坝肩岩体表部2～3m基岩强风化层未清除，后期虽在主河槽段坝体内加设了混凝土防渗墙，但渗漏存在于坝体与坝基岩石结合面以及坝基表部基岩强风化层中，沿坝体坡脚基岩面呈带状分布；右坝肩垭口在库水位接近基岩强风化层后的高水位运行时，存在沿坝基表层基岩裂隙渗漏。渗流观测数据及分析结果也从侧面印证了地质勘查成果。

4 封闭防渗处理措施

4.1 方案概述

鉴于水库渗流实际情况，为保证水库安全稳定运行，需建立完整封闭的防渗体系，利用有效工程措施达到坝体截渗的目标。

4.1.1 完善主坝坝体防渗系统

在左坝肩0+000～0+575和右坝肩0+890～1+040两坝段坝体内增设混凝土防渗墙，与原主坝防渗墙相接；加高0+575～0+890坝段原混凝土防渗墙至高程1332.00m，防止高水位蓄水时发生坝体渗漏。

4.1.2 完善主坝坝基防渗系统

对主坝坝基透水率q>5Lu的基岩进行帷幕灌浆处理。

4.2 工程措施

4.2.1 混凝土防渗墙

4.2.1.1 防渗轴线

现状主坝桩号0+575～0+890坝段混凝土防渗墙，在坝轴线上游2m，位于上游坝坡上。左坝肩0+000～0+575和右坝肩0+890～1+040两坝段新建防渗墙布置于坝轴线下游，防渗墙轴线距坝轴线0.65m，新建防渗墙轴线与原防渗墙轴线折线封闭连接(见图2)。

图2 新旧防渗墙布置

4.2.1.2 防渗墙底线

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，结合水库岩性实际情况，利用抓斗清除坝基基岩面强风化层，新建防渗墙基础深入坝基基岩面弱风化层以下0.5～1.0m。

4.2.1.3 防渗墙厚度

根据规范要求混凝土防渗墙最小厚度不小于0.6m，同时墙体中需埋设内径110mm的坝基帷幕灌浆管，参照国内已建工程常用墙厚及目前施工机械条件，拟定墙厚为0.8m，与原主河槽段防渗墙厚度保持一致，以允许渗透比降法J=H/L进行验证。式中，J为渗透比降；H为设计水头差(24.30m)；L为防渗墙厚度(0.80m)。

计算得出J=30.40，符合规范建议的混凝土防渗墙允许渗透比降控制值。

4.2.1.4 防渗墙技术参数

防渗墙墙体材料根据其抗压强度及弹性模量，分为刚性和柔性两种。刚性墙体一般抗压强度大于5MPa，弹性模量大于1000MPa，适应变形能力较差，在土压力及周围土体变形的作用下，引起墙体内应力有时比混凝土强度高出很多，致使墙体发生局部开裂，反而导致抗渗能力降低。柔性墙体弹性模量与周围土体变形模量相近，抗渗性与刚性墙体相同，且造价较低。目前国内许多工程采用柔性防渗墙体进行防渗取得了成功，根据水库坝体及坝基情况，推荐使用柔性防渗墙体材料。

墙体技术参数：28天试块抗压强度小于5MPa；弹性模量小于1000MPa；抗渗等级W8；允许渗透比降[J]<80；渗透系数K≤1×10-7cm/s。

4.2.2 帷幕灌浆

根据地质勘察成果，主坝全坝段基岩表部强风化层属强透水地质，因此，对全坝段基岩进行帷幕灌浆处理，方式为防渗墙下灌浆，灌浆轴线与防渗墙中心线重合。

4.2.2.1 帷幕灌浆技术参数

帷幕灌浆孔深入相对不透水层、透水率q<5Lu的基岩以下5m，对局部透水性大的部位根据实际情况加密或加深，在坝基防渗墙中心线位置设置单排灌浆孔，孔距1.5m，按分序加密分3序施工，每20m布置1个先导孔(见图3)。

图3 帷幕灌浆孔布置

4.2.2.2 灌浆材料及工艺

灌浆材料采用42.5普通硅酸盐水泥浆液。水泥浆采用水灰比3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1五个比级，由稀至浓逐渐变换。防渗墙先于帷幕灌浆施工，防渗墙体内埋管内径110mm，墙下钻孔孔径76mm，采用自上而下分段阻塞法灌浆，灌浆压力拟采取坝前水头的1.5倍。为保证灌浆质量和防渗效果，施工前应进行灌浆试验，进一步率定帷幕参数、灌浆材料、工艺和压力。

4.2.3 高压旋喷灌浆

新建防渗墙与原防渗墙连接部采取高压旋喷灌浆措施进行处理，在原防渗墙轴线下游侧设一排直径80cm的旋喷防渗墙，平行于原防渗墙轴线两侧，各延伸4m。采用套接方式施工，旋喷桩每桩搭接20cm，跟管钻进至基岩进行墙体底部基岩灌浆。

5 结 语

为确保水库防洪安全和稳定运行，根据水库存在的实际问题，采取针对性的工程加固措施，形成完成封闭的防渗体系。加固后可恢复水库正常蓄水位，防洪、灌溉效益显著。

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StudyonAnti-seepageSystemofShuangtaReservoirDamBody

LIU Zongquan

(GansuShuleRiverBasinWaterResourcesAdministration,Yumen735211,China)

In recent years, Shuangta Reservoir suffers from serious leakage. In the paper, a complete sealing and anti-seepage system and treatment plan are proposed through analyzing the dam body seepage couses reasons. Effective engineering measures are adopted for risk removal and reinforcement for completing cutting seepage objectives of dam body. After the project is implemented, the reservoir safe operation and water holding capacity can be greatly improved with significant social and ecological benefits, thereby providing reference for similar projects.

Shuangta Reservoir; anti-seepage system; study

TV62+2

A

1673-8241(2017)09-0035-05

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.011