多头小直径防渗墙在小型水库防渗处理中的应用

刘心愿

(淮南市水利规划设计院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

毛郢水库大坝兴建于特殊年代，因无专业施工队伍施工，也没有施工质量控制手段，致使坝身填筑质量差，同时坝身与坝基结合面清理不彻底，导致大坝防渗能力较差，产生严重渗漏。

1 防渗加固方式比选

对3种方案比较如下：

(1)方案1-塑性混凝土防渗墙。塑性混凝土防渗墙是利用专用的造孔设备营造孔槽，采用泥浆护壁，用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，形成墙体。塑性混凝土防渗墙具有适用范围广、适用性强、施工条件要求低且安全、可靠的特点，但施工速度较慢。

(2)方案2-多头小直径防渗墙。多头小直径深层搅拌喷灌浆造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，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层的水泥浆液与原土充分拌和在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多，渗透系数较小，并具有整体性、水稳定性的桩柱体。将桩柱体互相搭接成一列，形成连续墙体起到截渗作用。

(3)方案3-冲抓套井粘土井柱防渗墙。冲抓套井粘土井柱是用冲抓锥造孔，把原坝身杂填土抓出，形成直井后回填粘土，孔与孔套接形成一道连续的粘土心墙。同时夯实对井孔壁周围的土体有挤实作用，增加其密实度。

(4)方案比选结果。以上3种方案在技术上都是可行的，均能够达到控制坝体和坝基渗流，降低坝体浸润线的目的。3种方案技术经济分析比较如下：①方案1的优点是塑性混凝土防渗墙对各种土层适应性强，墙体开槽浇筑，施工质量直观明了，墙体连续性好，防渗性能可靠，墙体耐久性好，墙体为塑性，可适应坝体的变形与坝身土结合紧密。②方案2优点是多头小直径深层搅拌成墙造价低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墙耐久性好；本方案工程投资最少。③方案3的优点是上部采用粘土井柱墙防渗直观可靠，施工速度快。此方案的缺点是井柱施工内粘性土回填质量不容易控制。

上述3种加固处理方案在技术上均可满足坝体防渗要求，而方案2投资小，工程实施容易。因此，防渗加固设计推荐采用多头小直径防渗墙方案。

2 防渗加固设计

多头小直径防渗墙厚度可按式(1)计算：

T=ΔH/[J]

(1)

其中，T为墙厚，m；ΔH为最大上、下游水头差，m，上游最高洪水位65.90m，下游坝脚处地面高程为62.20m；则ΔH=65.90-62.20=3.70m；[J]为多头小直径防渗墙允许水力坡降，按有关资料取为30。

则T=ΔH/[J]=3.70/30=0.123m，取T=0.15m。

考虑到施工可能带来的垂直偏差，选用桩径为40cm，桩距不大于30cm，理论成墙厚度不小于30cm，喷灰量不小于15%。

防渗墙的具体布置如下：在离大坝坝顶中心线靠迎水侧1.0m处设置，墙顶高程66.10m，防渗墙伸入坝基以下1.5m～2.0m左右；布置范围为大坝全坝段，即桩号K0+000～K0+410段，截渗墙平均深度5.0m。

3 大坝渗流安全复核

3.1 计算断面及地层简化

根据毛郢水库工程地质报告，结合地形、坝高及历年险情发生位置，选取大坝的典型剖面作为渗流复核计算断面，断面桩号0+306.4。

3.2 计算参数选取

本工程计算断面各土层渗透系数依照地质报告，地质资料选取(采用建议值)，对地质报告中未提供渗透系数的土层，则按该土层的地质特性，根据工程类比选定。根据经验、填土成分、施工方法等因素，坝体渗透系数为3.27E-04cm/s，为中等透水性，坝基渗透系数为9.83E-07cm/s，为弱透水性。

3.3 计算工况

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》(SL189-2013)的有关规定，渗流计算选择工况分别为正常水位、设计水位、校核水位3种工况。

3.4 计算成果及分析

图1稳定渗流期大坝渗流计算成果图

渗流计算采用二维稳定渗流有限元法，计算分析软件采用河海大学土木工程学院开发的“AutoBANK-水工结构有限元分析系统”。

(1) 计算成果。毛郢水库坝身及坝坡下游表层土为粉质壤土，根据类似工程的渗透变形判定结果，确定出逸渗透破坏型式为流土型破坏；各相邻土层之间均不会产生接触冲刷和接角流失现象。防渗加固后各种水位组合下大坝渗流网图如图1所示。

(2)计算成果分析。由计算成果可知，大坝加固后横剖面上的计算等势线分布符合一般均质坝的渗流规律。根据渗流计算成果，计算断面上坝体与坝基接触面上的最大水平比降为0.062，小于黏土临界比降0.3～0.4的下限，其渗透稳定满足要求。

校核水位工况下游坝坡渗出段的最大出逸比降为0.14，小于黏土的允许出逸比降黏土最大值0.6～0.7的下限。因此，坝体下游坡脚渗出段没有产生渗流破坏的可能。

4 结束语

根据渗流计算成果，大坝的垂直渗透坡降值在0.09～0.2，同时坝后出逸点高度较加固前有明显降低，大坝的渗透稳定满足规范要求，同时加固后大坝的渗漏量较加固前减少60%～80%，特别是在正常蓄水位情况下，降幅达到80%以上，因此多头小直径防渗墙方案对于提高毛郢水库大坝的渗透稳定性是可靠，有效的。

[参考文献]

[1] 张艳杰, 叶剑. 垂直铺塑防渗技术应用[J].西北水资源与水工程,2003,(3):56-58.

[2] 鲁帮勇.多头小直径深层搅拌桩在土山水库除险加固工程中的应用[J].水利建设与管理,2012,(12):39-42.

[3] 梁利勋. 中小型水库大坝除险加固常见问题及加固措施[J]. 科技创业家,2014,(07):29.