杭斗克水库加固防渗方案比选分析

赵倩 常志朋

【摘要】本文通过现状大坝存在防渗问题的分析，确定了可能坝基防渗处理方案的布置及其适应性。在此基础上，选择了2种主要坝基防渗方案进行比较讨论。从技术可行性、防渗效果、施工难易程度和施工工期等角度分析，多头小直径深层搅拌混凝土防渗墙方案最合理。本文对类似小型水库工程除险加固具有一定参考价值。

【关键词】杭斗克水库；除险加固；防渗；方案选择

1、工程概况

杭斗克水库位于新疆和田地区皮山县木吉乡境内，属平原灌入式水库，主要引蓄桑株河河水及上游泉水。水库原设计库容100万m3，现状实测库容为80万m3，对应设计水位1345.88m，水库淹没面积47万m2。杭斗克水库年调蓄水量345万m3。杭斗克水库工程主要由挡水工程、放水工程等建筑物组成。

水库大坝为均质土坝，以西坝坝端为起始桩号，原坝线全长500m，水库最大坝高5.0m，一般坝高4～5 m，坝体上下游护坡均为土护坡。水库坝顶宽3.5～4.5m，坝体上游坡坡比为1：2，下游坡坡比为1：2，现状坝顶高程1346.7～1347.74m。

放水涵闸设计放水流量0.15m3/s，涵闸进水口高程1344.00m，闸后无消力池，下游直接接水库放水渠，放水渠为土渠。

2、工程防渗存在的问题

①坝体填筑质量较差，由于填筑土料为粉土，限于当时技术条件无碾压机械，采取土方每加高1m泡水沉实的方法；

②上游土护坡破坏严重，上游为土护坡，未采取其他防渗措施；

③坝体渗漏严重、渗透不稳定，断面的坝体渗透比降均大于坝体土允许水力比降，坝体渗透变形为管涌型，故坝体渗透是不稳定的；

④坝基渗漏严重、渗透不稳定。由于建设时未进行坝肩和坝基的清基处理，计算断面坝基渗透比降均大于坝基允许水力比降，坝基将会产生渗透破坏，渗透变形为管涌型。

3、加固防渗方案选择

3.1 大坝坝体

坝体采用坝后加高培厚方式，增加大坝坝体防渗体厚度，并结合采用坝前护坡铺设土工膜方式保证大坝坝体渗流稳定安全及控制渗漏量。

3.2 坝基防渗方案选择

本次坝基防渗处理方案优选主要根据0-050～0+500段坝基地质情况以及当地天然建筑材料条件，在坝基防渗处理选择中主要考虑采用多头小直径深层搅拌混凝土防渗墙和土工膜水平防滲两种坝基防渗型式。通过坝基渗流稳定分析及坝体、坝基设计优化，在满足坝体、坝基稳定、安全与应力条件要求的情况下各坝基防渗处理方案成果如下：

方案一：多头小直径深层搅拌混凝土防渗墙

多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。该方法是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥（浆液或粉体）强制搅拌后，水泥和软土将产生一系列物理—化学反应，使软土硬结改性。该项技术是在普通深层搅拌桩技术基础上发展而成的，它保留了普通深层搅拌桩技术取材方便、施工无噪音、无污染、工程效果好等优点外，主要在一机多头（一般为3个钻头）和小直径（200～300mm）成墙两个方面有所突破，并可连续成墙。

因坝基粉土厚度较大（揭露厚度16～17m），而水库坝体较低，所以防渗墙深度确定主要从坝基渗透稳定角度考虑， 兼顾减少坝基渗漏量。经采用不同防渗深度比较，防渗墙深度6m时，即满足保证坝基渗透稳定，又可以使坝基渗漏量减少42.4%，比较经济合理，故确定防渗墙底高程1338.00m，深度6m，混凝土强度等级C20，抗渗等级W6，抗冻等级F200。

方案二：土工膜水平防渗

土工膜铺盖设计，主要是根据透水地基的厚度、地层土渗透系数、坝前水深和地层土容许的渗透坡降等指标，通过水力学计算来确定垂直于堤坝轴线的合理长度。

根据规范，土工膜所需厚度应按作用水头，地层中可能存在裂隙的形状与大小，以及土工膜的抗拉强度和破坏应变等，借薄膜理论来估算，根据经验，对于低水头堤坝，要求厚度一般为0.5～0.6mm，本工程取0.5mm。土工膜铺盖长度也应按计算确定，一般铺盖长度取3～5倍上下游水头差，即L=（3～5）×H。本工程最大水头差约为4.0m，因此本工程适宜的水平铺盖长度应在12～20m之间，借鉴已建工程经验，本工程拟定选择20m长水平铺盖塑膜。设计时应注意：①土工膜下应该设反滤层，以防止铺盖万一穿孔时造成地层土流失，采用非织造土织物的复合土工膜可以同时满足运行需要。②大面积铺盖下很可能会积水、积气，应根据具体情况采取工程措施，将它们排除。③注意铺盖和堤坝防渗体、与其连接的结构物以及岸坡的有效连接，以形成完整的封闭防渗体系。

经技术经济比选认为：多头小直径层搅拌混凝土防渗墙成墙质量可靠，具有砼墙和高喷截渗墙的截渗效果和使用寿命；施工干扰较少，操作广便，工效较高，一个台班成墙100～160㎡，施工进度较快，施工工期均较短；成墙质量可靠，运行风险低。本次选择方案一作为推荐方案。

4、结论

本文主要选择了2种坝基防渗方案进行比较讨论。围绕这些方案均能满足坝基渗流稳定及应力要求的实际情况，在确定各种方案的设计基本参数，施工组织设计之后，初步进行坝基防渗处理优化设计。从技术可行性、防渗效果、施工难易程度和施工工期等角度分析，多头小直径深层搅拌混凝土防渗墙方案最合理。

本工程已经于2011年通过了验收，从初期的蓄水效果来看，除险加固前的坝后渗水出溢已经完全解决，说明防渗效果还是比较理想，对类似小型水库工程除险加固具有一定参考价值。

参考文献：

[1]林昭.碾压式土石坝设计〔M〕.郑州：黄河水利出版社，2003.

[2]姜帆， 宓永宁， 张茹.土石坝渗流研究发展综述[J]. 水利与建筑工程学报，2006，4（4）：94-97.