绥阳县罗家沟水库大坝防渗加固设计

唐轶+熊灿娟

摘 要：本文通过对罗家沟水库工程地质条件的研究和分析，得出在坝基开挖过程中，考虑地质因素和满足坝基（肩）抗滑稳定性要求，应采用固结灌浆对因爆破而导致不连续并且碎裂的岩体，对其注入水泥浆，把破碎不连续的岩体连成整体，使岩石的抗渗、抗压、抗剪等各项物理力学指标得到提高；渗漏的主要原因是强风化带岩体具有很强的透水性，导致大坝出现库首绕坝裂隙性渗漏和岸坡层间渗漏，为保证坝肩稳定和降低坝基的渗透压力宜采用帷幕灌浆解决渗漏问题。

关键词：罗家沟水库；固结灌浆；帷幕灌浆

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.108

1 水库工程概况

罗家沟全流域集水面积103km2，主河道长约21.3km，落差918m。河流上游较陡，中下游较平缓，罗家沟水库上坝址集水面积20.7km2，主河道长8.84km，主河道坡降50.9‰。罗家沟水库坝址位于罗家沟中上游河段，大坝地理坐标为东经107°8′21″，北纬28°11′12″；坝区左岸山顶高程为1082.1m，地形坡度一般为50～60°，局部直立；右岸山顶高程为1107.7m，地形坡度30～60°，坝区为近横向河谷、左右岸均为切向坡，当正常高蓄水位为1007m时，河谷宽80m，宽高比为2：3。根据当地多年气候特征，以及水库的使用功能，坝址拱坝及溢洪道、底孔洪水标准按30年一遇进行洪水设计，200年一遇进行洪水校核，永久性泄水建筑物消能防冲设计洪水标准按20年一遇进行洪水设计。该工程区内无活动断裂分布，区域构造稳定性好。

2 大坝工程地质条件

坝区出露的地层有残坡积层（QdL+eL），主要成分为粘土夹碎石，零星分布于坝区两岸较缓地带，厚度0～3m；冲洪积层（QaL+pL），主要成分为砂砾石层，砂、砾石一般粒径2～8cm，分布于河床，层厚1～4m；龙马溪组（S1ln），为灰黄色粉砂质页岩、钙质粉砂岩互层，层厚100～120m，主要分布于右岸坡，石牛栏群（S2sh）为深灰色中厚层至厚层灰岩夹泥灰岩，层厚100～109m，主要分布于河床及坝肩，韩家店群（S2-3hn）为灰绿色、紫红色泥岩夹灰绿色页岩，层厚250～280m，主要分布于左岸。基岩分布在地层龙马溪组（S1ln）及石牛栏群（S2sh），在S1ln、S2sh、S2-3hn的地层中，S2sh为强岩溶透水层，S1ln、S2-3hn为相对隔水层。坝區为近横向“V”型河谷，岩层倾下游，倾角28～31°，受岩性组合及构造的制约，坝区岩溶总体发育较弱，根据钻孔及地表地质调查，坝址区未发现大的溶洞、落水洞及溶穴等岩溶现象。

坝区位于茅垭向斜的西翼、距离背斜轴部250m左右，无大的断裂构造发育，为单斜构造，岩层产状80～85°/∠28～31°，倾下游偏左岸，为近横向河谷；裂隙、岩层面主要是坝基岩体的结构面，层面及结构间胶结较好、未发现缓倾裂隙，软弱夹层主要为岩体中的泥灰岩夹层。根据地表地质调查，坝区泥灰岩夹层单层厚3～5cm，约占5～8%，顺层发育、未见泥化现象。

坝区岩体为石牛栏群（S2sh）的中厚层至厚层灰岩夹泥灰岩，根据钻探、槽探、物探及地表调查工作统计，坝区岩体的风化特征以溶蚀风化、裂隙性风化和层间的层状风化为主要特征。

根据地表地质调查，钻探、物探及利用少量的槽探等综合分析，结合地形、地貌和地层岩性、岩体风化特征等，提供覆盖层及岩体风化深度值见下表1。

3 大坝防渗加固设计

3.1 坝体结构

大坝为抛物线变厚双曲拱坝，拱坝中心线方位角为N71.00°W，坝顶高程1012.50m，坝底高程965.00m，坝顶宽度为4.00m。大坝采用90天龄期三级配C20外掺MgO常态混凝土，抗渗等级W6，抗冻等级F50。其下部设1.0m厚C20三级配常态混凝土垫座。最大坝高48.50m（含垫座），拱冠梁处顶厚4.0m，底厚12.0m。坝顶中心弧长130.97m，顶拱中心角78.00°。最大中心角82.34°（993.00m高程），最小中心角40.59°（965.00m高程）。

3.2 坝基开挖

坝址河段河谷相对开阔，河谷两岸及河床出露地层为石牛栏群（S2sh）中厚层至厚层灰岩夹泥灰岩，岩石强度较高，属中硬岩～硬质岩类。岩体呈层状结构，弱风化至新鲜岩体结构面中等发育（多闭合），岩体力学性质较好，具高强度，高抗变形、抗滑能力，且岩体完整无贯穿性结构面；强风化岩体卸荷带较发育，岩体力学性质较差，结构面和岩块间嵌合能力控制抗滑、抗变形性能力，岩体完整性相对较差。坝址岩层产状为80°～85°/∠28°～31°，总体倾下游偏左岸，为近横向谷，坝肩岩体为陡倾层状岩体、岩体质量属BⅢ2类。层间未见软弱夹层发育。根据坝址地质情况，并结合大坝高度，河床段大坝建基面置于弱风化的中、下部，接近坝顶高程的拱圈建基面置于强风化底部或弱风化上部。大坝平均法向嵌深8.0m～12.0m。

开挖边坡基岩按1：0.3坡度开挖，河床沙砾石按1：1.25边坡开挖。由于右坝肩上游侧岩体开挖后，上游侧边坡整体为顺向坡，为防止该部位局部边坡失稳，对该部分岩体采用马道分级开挖。

由于边坡两侧地形陡峭，为了防止沿地基接触面渗漏，增强表层固结灌浆效果，坝体周围坝基与注浆接触。坝基（肩）开挖后，采用 “Φ25系统锚杆+C20喷混凝土+Φ8钢筋网（双层）”对坝基（肩）在左、右的形成10.0m ～ 20.0m高边坡进行支护；锚杆间距3.0m，深入岩层长度3.0m～8.0m，呈梅花型布置。

3.3 固结灌浆

在坝基开挖过程中，要考虑地质因素和要满足坝基（肩）抗滑稳定要求，在坝基开挖过程中，采用固结灌浆对因爆破而导致岩体不连续并且碎裂，对其岩体注入水泥浆，使其把破碎不连续的岩体连成整体，使岩石的抗渗、抗压、抗剪等各项物理力学指标得到提高。固结灌浆孔布置于整个坝基面，沿坝基面纵向孔间距3.0m，平均孔深8.0m，排距3.0m，灌浆控制压力0.5MPa～0.7MPa，沿坝底宽度方向按4排呈梅花形布置。endprint

3.4 防渗帷幕

坝区为S2sh地层，岩层总体倾向下游偏左岸，两岸坡岩体为强岩溶透水层。根据地质勘察，左岸地下水位水力坡度約为19.8%，右岸地下水位水力坡度为13%。渗漏的主要原因是强风化带岩体具有很强的透水性，导致大坝出现库首绕坝裂隙性渗漏和岸坡层间渗漏，为保证坝肩稳定和降低坝基的渗透压力采用帷幕灌浆解决渗漏问题。

根据坝址地形地质条件，结合钻孔地下水位等资料以及岩体的强、弱风化分界情况分析，确定水库库首防渗帷幕如下：

左岸：防渗边界无相对隔水层，但左岸分水岭雄厚，远岸坡地下水位普遍较高，推测左岸地下水位较高，防渗帷幕线路自坝肩以N44°E方向向山体延伸布置，防渗边界接正常蓄水位与推测地下水位的交点，防渗下限进入地下水位10～20m；

右岸：防渗边界接上游龙马溪群（S1ln）相对隔水层，防渗下限进入弱风化岩体20m以下，连续3段压水岩体透水率小于≤3Lu考虑；③河床：河床防渗底界按连续3段压水岩体透水率小于≤3Lu考虑，同时满足建基面以下0.5倍坝高。

两岸的防渗帷幕主要在灌浆平硐内进行施工，帷幕灌浆均按单排布置，孔间距3.0m。右岸灌浆帷幕线长97.0m，均在灌浆平硐内实施，灌浆平硐为2.5m×3.0m（b×h）的城门洞型隧洞，方位角为N83.1°E；左岸灌浆帷幕线长68m，均在灌浆平硐内实施，灌浆平硐为3.0m×3.5m（b×h）的城门洞型隧洞，方位角为N43.9°E。在地质条件较差的灌浆平硐洞段采用C20混凝土衬砌，其它洞段根据需要采用挂网喷混凝土或随机锚杆处理。灌浆压力按孔口段1.5倍水头，孔底段2倍水头控制。坝体设灌浆廊道，坝体段帷幕灌浆的布置沿拱坝中心线弧线布置，孔距3.0m，单排布置。

4 结论

罗家沟水库坝基开挖过程中，因考虑地质因素和满足坝基（肩）抗滑稳定要求，采用固结灌浆的方式使岩石的抗渗、抗压、抗剪等各项物理力学指标得到提高；布置固结灌浆孔于整个坝基面，沿坝基面纵向孔间距3.0m，平均孔深8.0m，排距3.0m，灌浆控制压力0.5MPa～0.7MPa，沿坝底宽度方向按4排呈梅花形布置。该水库大坝渗漏主要是坝基渗漏和库头渗漏，该设计采用帷幕灌浆方式防止渗漏，防渗帷幕线路为沿两坝肩至河床一带沿轴线布置，由于岩层倾向下游、倾角28～31°，因此右岸选择自坝端起向上游反接S1ln相对隔水层，左岸选择接地下水位，在坝址右岸上游分布有S1ln的砂页岩可靠隔水层，防渗端头皆考虑接S1ln的泥页岩地层；左岸S2-3hn的隔水层出露较高，考虑接地下水位。

参考文献：

[1]类维强.大站水库西副坝防渗加固工程设计与施工[D].河海大学，2006.

[2]付海华.济南市卧虎山水库大坝防渗加固设计与实现[D].山东大学，2014.

[3]尉高洋.青山水库土石坝低弹模砼防渗墙加固设计[D].浙江大学，2003.

[4]唐小成.帷幕灌浆施工技术在水利工程中的应用探讨[J].科学之友，2011（08）：90-91.

[5]贾宇珍.庞庄水库除险加固工程坝肩帷幕灌浆施工技术[J].山西水利，2007（03）：84-85.

[6]周志鸿.红岩水库大坝帷幕灌浆设计方案[J].黑龙江水利技，2012（02）：159-160.

作者简介：唐轶（1995-），男，贵州遵义人，本科，研究方向：地质工程。

为通讯作者endprint