双塔水库防渗体系建设研究及实践

(甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 736100)

1 工程概况

双塔水库位于疏勒河中游河段，设计洪水标准100年一遇，洪水流量551m3/s；校核洪水标准2000年一遇，洪水流量1020m3/s；消能防冲建筑物设计洪水标准50年一遇，洪水流量为449m3/s。双塔水库主要由主坝、1号和2号副坝、输水洞、1号溢洪道(原称正常溢洪道)、2号溢洪道(原称非常溢洪道)、泄洪渠、输水渠等建筑物组成，设计库容2.40亿m3。双塔水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖的大(2)型水库工程。1958年7月双塔水库开始建设，1960年3月建成投入运行。

2 水库存在的主要问题

双塔水库建成运行后，主坝坝后渗水严重，最大渗流570L/s，出现两处集中管涌区，60多个翻沙点，一直处于病险运行状态。

从1978年开始，水库先后进行了3次除险加固，主坝坝后管涌消失，坝体渗流减少到1.92L/s，但仍然存在坝体填筑质量差，防渗体系存在缺陷；浸润线较高，渗透比降大，坝体渗流不稳定，下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求等问题。

3 水库防渗体系总体设计

3.1 防渗方案对比选择

根据双塔水库实际存在的问题和地质条件，水库防渗体系总体设计方案遵循抗震能力强、耐久性好、运行安全可靠的原则，通过认真分析各种防渗技术措施的优缺点，对坝体、坝基和基岩防渗方案有两种：ⓐ坝体和坝基风化层采用高压旋喷灌浆防渗方案，基岩采用帷幕灌浆防渗；ⓑ坝体和坝基风化层采用防渗墙防渗方案，基岩采用帷幕灌浆防渗。

由于水库运行多年，且无法放空施工，坝基弱风化层及基岩只能采用帷幕灌浆防渗，水库坝体多由黏土和砂砾石组成，采用具有防渗彻底、稳定可靠、适应性强的混凝土防渗墙方案。

3.2 主副坝防渗体系设计

3.2.1 上游坝坡混凝土面板防渗设计

a.主坝上游坝坡混凝土防渗设计。主坝坝顶总长度1040m，上游坝坡现状为浆砌石护坡结构，坡比1∶2.75，由于多年运行，冻融破坏、水位变化和波浪淘刷导致坝坡破损滑脱，已严重影响大坝安全和美观。1327.00m高程以上设计为拆除浆砌石，采用厚度20cm C25F250现浇混凝土板护砌。

b.副坝上游坝坡混凝土防渗设计。1号副坝坝顶总长度662m，上游坝坡现状为双层护坡结构，表层为15cm厚C15混凝土面板，下层为30cm厚浆砌石，坡比1∶2.5，1327.00m高程以上设计为拆除混凝土面板和浆砌石，采用厚度25cm C25F250现浇混凝土板护砌。

2号副坝坝顶总长度825m，上游坝坡现状为双层护坡结构，表层为15cm厚C15混凝土面板，下层为30cm厚浆砌石，坡比1∶2.0，1327.00m高程以上设计为拆除混凝土面板和浆砌石，采用厚度25cm C25F250现浇混凝土板护砌。

3.2.2 坝体防渗墙防渗设计

a.防渗墙总体布置。主坝0+000～0+568和0+895～1+040两段在坝轴线下游设置混凝土防渗墙，0+568～0+895段原防渗墙加高至1330.00m高程；1号、2号副坝在坝轴线上沿坝体全长设置混凝土防渗墙，距上游防浪墙1.50m。

b.防渗墙轴线选择。现状主坝0+568～0+895段混凝土防渗墙在坝轴线上游2m处，位于上游坝坡上，主坝0+000～0+568和0+895～1+040两段新建防渗墙布置在坝轴线下游0.65m处，与旧防渗墙折线连接。1号副坝和2号副坝防渗墙轴线均选择与坝轴线重合设计。

c.防渗墙墙顶和墙底线确定。水库校核洪水位是1331.80m，防渗墙墙顶高程确定为1332.00m；依据规范要求，防渗墙基础深入坝基基岩以下0.50～1.00m，主坝新建防渗墙最低底部高程为1300.90m，最大墙高32m；1号副坝最大墙高20.80m；2号副坝防渗墙基础按穿透表层1～2m极强透水层深入岩体透水率1Lu

d.防渗墙厚度确定。防渗墙厚度按允许渗透比降法确定，同时考虑埋设坝基帷幕灌浆管(φ110)，选定主坝防渗墙厚度80cm，1号副坝和2号副坝防渗墙厚度60cm。经渗透计算，大坝在最不利工况校核洪水位形成稳定渗流时，即上游水位1331.80m、下游水位1307.50m、墙厚80cm时，最大水力坡降为30.40，小于允许水力坡降80，满足渗流稳定要求。

e.防渗墙使用年限分析。土石坝混凝土防渗墙能适应较大渗透比降，耐久性主要受渗流溶蚀作用控制。根据B.M.莫斯克文试验资料，氧化钙溶出量达到总量的25%以上时，混凝土强度将急剧下降50%以上，当墙厚为0.80m(L=0.60m)时，经计算混凝土因氢氧化钙被渗透淋湿而丧失强度的使用年限主坝为267年、副坝为150年，均满足于100年设计基准期的要求。

f.防渗墙技术参数确定。一般混凝土防渗墙墙体材料根据其抗压强度及弹性模量分为刚性材料和柔性材料，柔性材料墙体的弹性模量和周围土体的变形模量相近，适应地基及周围土体的变形性好，墙体的应力减小了，且造价低廉，在国内许多工程中都取得了成功，因此，优先选用柔性材料进行防渗。混凝土防渗墙设计技术参数选为：弹性模量小于1000MPa，抗压强度小于5MPa，抗渗等级为W8，渗透系数不大于1.0×10-7cm/s，允许渗透比降小于80。

g.防渗墙混凝土原材料要求。水泥采用普通硅酸盐32.5级水泥；黏土黏粒含量不小于50%，含砂量小于3%；膨润土采用国标一级以上标准；细骨料细度模数为2.4～2.8，砂率为35%～45%，粗骨料最大粒径不超过40mm。

h.防渗墙混凝土物理性能要求。混凝土扩散度为34～40cm，坍落度为18～22cm，和易性较好，2h内泌水率小于4%，并能保持1h左右，初凝时间大于6h，终凝时间小于24h，密度大于2.10g/cm3，水灰比为0.50～0.55，施工混凝土强度比设计混凝土强度高30%～40%，水泥用量大于200kg/m3。

3.2.3 坝基帷幕灌浆防渗设计

根据水库地质勘察资料和以前建设与加固资料，按照《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)规定，确定帷幕灌浆防渗标准为透水率小于5Lu，帷幕灌浆均布置在混凝土防渗墙轴线上，采用墙下灌浆，设置一排灌浆孔，孔距1.50m，按分序加密要求分三序施工。在防渗墙内埋设内径为110mm的钢管，钻孔孔径为76mm，深度按深入相对不透水层、基岩透水率5Lu层以下5m控制，每20m设置一个先导孔，深入帷幕底线5m。主坝灌浆材料选用普通硅酸盐水泥浆液，水泥强度等级为42.5级，1号副坝和2号副坝灌浆材料选用抗硫酸盐水泥浆液，水泥强度等级为32.5级，水灰比分五个比级：3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1，由稀至浓逐级变换，采用自上而下分段阻塞法灌浆，灌浆压力为坝前水头的1.50倍。

3.2.4 背水坝坡培厚及混凝土预制板防渗设计

a.主坝背水坝坡培厚及混凝土预制板防渗设计。原主坝坝体填筑质量较差，实际填筑相对密度不满足现行规范要求，下游坝坡抗滑稳定达不到规范要求，现状坝顶宽8m，加宽至10m，对下游坝体以夯填砂砾石培厚，坡面用混凝土预制板护砌，坡比1∶2.5，坝脚设置贴坝式排水棱体及浆砌石排水沟。

b.副坝背水坝坡培厚及混凝土预制板防渗设计。1号副坝原坝顶宽度5m，通过坝体培厚加宽至8m，坡面用混凝土预制板护砌，坡比1∶2.2，坝脚采用与主坝相同的方式进行处理。

2号副坝原坝顶宽度3m，通过坝体培厚加宽至5m，坡面用混凝土预制板护砌，坡比1∶2.2，沿下游坝坡坡脚设一道浆砌石排水沟，排水到下游低洼处。

3.3 新旧防渗墙连接设计及防渗墙与建筑物连接设计

主坝桩号0+574～0+887为1984年浇筑的防渗墙，与新建防渗墙之间容易形成夹缝，产生渗水通道，各建筑物与新建防渗墙之间也会形成夹缝，产生渗水通道。设计新旧混凝土防渗墙结合部位处理方式为“平接”处理，在接头处两侧各布置3个高喷孔，孔距0.40m，孔中心距防渗墙边线0.20m，进行高压旋喷灌浆，在接缝中心处布置一外接缝灌浆孔进行接缝灌浆。施工完成后，下游无渗点出现，防渗效果非常好，证明已成功将新旧防渗墙连接在一起。随后将这种方法用于各建筑物与新建防渗墙之间的连接，效果很好。

3.4 建筑物防渗设计

1号溢洪道在2002年除险加固时，以堰顶轴线上游0.50m处为轴线，向溢洪道两侧各延伸15m进行了帷幕灌浆；2号溢洪道是新建溢洪道,地基为花岗岩,无规模较大的构造破碎带通过,表层强风化层厚5m，弱风化层厚5～7m，采用打锚杆与固结灌浆结合方式进行补强加固，锚杆长度5m，间排距3m，灌浆孔间排距2.50m，入岩深度3m。

4 结 语

水库除险加固后，水库大坝形成了非常完整的纵横立体防渗体系，有效解决了水库渗漏和安全问题。通过工程建设期和试运行期的观测，渗流量由原来的2.39L/s减少到0.22L/s，随库水位变化不明显，无突变现象，水库大坝浸润线低于设计浸润线，水位达到正常蓄水位1330.30m，库容增加1342万m3，调蓄能力增加，供水状况得到明显改善。水库立体防渗体系建设，为今后同类工程提供了重要借鉴。