浙江省土石坝防渗处理措施应用情况统计分析

2019-06-18陈文亮高海峰

浙江水利科技 2019年3期

陈文亮，王良，高海峰

（1.浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020；2.浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江杭州 310020）

1 问题的提出

土石坝渗流破坏是土石坝失事或出险的主要原因之一，据记载不管是大型水库，还是中小型水库，土石坝的渗流破坏，占水库出险和垮坝总数的30%左右[1]。处理好渗漏问题是土石坝除险加固的最重要内容之一。

针对土石坝防渗处理，我国研制和引进了不少于十几种防渗加固技术，不少防渗措施在工程中得到普遍应用，常用措施有帷幕灌浆、套井黏土回填、混凝土防渗墙、劈裂灌浆、高压喷射灌浆、土工膜防渗、黏土斜墙等[2-6]。由于防渗处理措施多，因地制宜地选择防渗处理措施以满足除险加固工程的功能性、经济性、可实施性的要求，是建设各方必须重视的问题。本文结合浙江省土石坝除险加固实际情况，对各种防渗处理措施在实际工程中的应用情况进行统计，着重对混凝土防渗墙和套井黏土回填2种措施进行统计分析和技术经济比较，对其适用性进行讨论。

2 浙江省土石坝防渗处理措施应用情况统计

2.1 总体情况统计

根据对浙江省700座病险水库土石坝防渗处理措施的统计，浙江省土石坝防渗处理采用过帷幕灌浆、套井黏土回填、混凝土防渗墙、劈裂灌浆、土工膜防渗、黏土斜墙等技术措施，而高压喷射灌浆措施未见应用，各种防渗处理措施应用情况见图1。从图1可以看出，在各种防渗处理措施中，采用帷幕灌浆处理的土石坝最多，其次分别为黏土斜墙和套井回填，采用劈裂灌浆和土工膜的较少。其中，采用帷幕灌浆的土石坝有283座，占土石坝总数的40.4%；采用黏土斜墙的有275座，占土石坝总数的39.3%；采用套井回填的有212座，占土石坝总数的30.3%；采用混凝土防渗墙的有61座，占土石坝总数的8.7%。

图1 浙江省土石坝各种防渗处理措施柱形图

61座大中型水库中，各种防渗处理措施应用情况见图2。从图2可以看出，在大中型水库中，病险土石坝防渗处理主要采用帷幕灌浆、混凝土防渗墙和套井回填这3种措施。其中，采用帷幕灌浆有46座，占土石坝总数的75.4%；采用混凝土防渗墙的有30座，占土石坝总数的49.0%；采用套井回填的有22座，占土石坝总数的36.1%；其他措施（主要指黏土斜墙）占土石坝总数的14.8%。

图2 浙江省大中型水库土石坝各种防渗处理措施柱形图

无论在是统计的所有土石坝中还是大中型水库土石坝中，帷幕灌浆占的比例均最高，这是因为帷幕灌浆主要用于坝基的防渗处理，即使采用其他的防渗措施，也需要采用帷幕灌浆对坝基进行防渗处理。在统计的所有土石坝中黏土斜墙防渗措施所占的比例居于第二位，但在大中型水库土石坝中占的比例则居于末位，因此黏土斜墙主要应用于小型水库的防渗处理。在所有土石坝中，采用套井回填的比例位列第三，混凝土防渗墙位列第四，两者相差21.6%；但在大中型水库土石坝中混凝土防渗墙的比例位列第二，套井回填位列第三，前者比后者多13.1%。

2.2 按水库规模统计

按水库规模（库容）对套井回填和混凝土防渗墙应用情况的统计成果见图3。由图3可以看出，大型水库渗漏处理中，采用混凝土防渗墙的比例远高于套井回填比例（南山水库为采用套井防渗加固的唯一大型水库，套井最大深度29.27 m），中型水库中混凝土防渗墙比套井回填的比例高16.0%，而在小型水库中采用混凝土防渗墙的比例远低于套井回填的比例。因此，混凝土防渗墙主要为大中型水库防渗处理措施，小型水库防渗处理采用混凝土防渗墙的极少。由于浙江省大中型水库总量不多，因此在所有水库中采用混凝土防渗墙处理的总体比例也不高。套井回填除在大型水库中占的比例较低外（仅1座大型水库采用套井回填），在中型水库和小型水库中均占有一定的比例，且在小型水库中相对混凝土防渗墙比例优势明显。小（1）型水库中套井回填占的比例是混凝土防渗墙的4倍，小（2）型水库套井回填占的比例是混凝土防渗墙的9倍。小型水库占浙江省土石坝的95.0%以上，所以总体上套井回填占的比例远高于混凝土防渗墙的比例（30.3%对8.7%）。

图3 不同水库规模下套井回填和混凝土防渗墙应用情况比较图

2.3 按水库坝高统计

按坝高对套井回填和混凝土防渗墙应用情况的统计成果见图4。从图4可以看出，在坝高大于等于30.00 m的情况下，采用混凝土防渗墙的比例远高于套井回填的比例（采用防渗墙防渗加固的水库中，金坑岭水库防渗墙墙深最深，最大墙深61.55 m；采用套井防渗加固的水库中，辽湾水库套井最深，最大深度为30.00 m）；在坝高小于30.00 m的情况下，采用套井回填的比例远高于混凝土防渗墙的比例。同时，随着坝高的增加，采用混凝土防渗墙的比例有增加的趋势，坝高大于30.00 m时采用混凝土防渗墙的比例急剧增加；随着坝高的增加采用套井回填的比例出现减少的趋势，坝高大于等于30.00 m时基本不采用套井回填措施。

图4 不同坝高下套井回填和混凝土防渗墙应用情况比较图

3 混凝土防渗墙和黏土套井回填技术经济比较

混凝土防渗墙和套井黏土回填2种坝体防渗措施技术经济比较见表1。从表1可以看出，混凝土防渗墙比套井回填的适用性更广，混凝土防渗墙适用于各种土石坝坝型及地质条件的渗漏处理，套井回填主要适用于均质或类均质土坝、心墙土石坝的散渗或集中渗漏处理；且混凝土防渗墙处理坝体深度比套井回填更深，套井回填一般要求深度不超过25.00 m，混凝土防渗墙处理深度可达100.00 m左右。从防渗功能来看，混凝土防渗墙成墙防渗效果好，安全可靠，坝体、坝基的渗漏缺陷处理彻底，而套井回填对接触带处理效果较差，因此总体来说防渗效果混凝土防渗墙优于套井回填。从施工条件要求来看，混凝土防渗墙施工工艺较套井复杂，且需要的工作面较大，但是套井回填施工需要放空水库而混凝土防渗墙施工一般不需要放空水库。从造价和工程投资上看，浙江省普遍采用的0.80 m厚低弹模混凝土防渗墙造价约1 000元/m2，黏土套井回填造价约200元/m，因此套井回填较混凝土防渗墙更经济。

由混凝土防渗墙和套井回填的统计分析及技术经济比较可以看出，在大中型水库或坝高大于30.00 m的土石坝防渗加固措施选择上，除坝型和地质条件适合套井回填且经分析论证防渗效果能满足要求可以选择套井回填处理措施外，一般情况宜选择混凝土防渗墙处理措施。在小型水库或坝高小于30.00 m的土石坝防渗加固措施选择上，宜优先考虑采用套井回填措施，如果套井回填不能满足要求则考虑采用混凝土防渗墙措施。