某水库大坝防渗加固设计方案研究

彭慧荣

（新疆维吾尔自治区乌鲁瓦提水利枢纽管理局，新疆 和田 848000）

0 引言

随着水库使用时间的增加，一级水库建筑自然老化以及人类工程对水源需求加剧，对水库的改造和加固需求逐渐提升。目前，对于大坝除险加固的主要措施包括帷幕灌浆[1～3]、防渗墙[4～7]、土工膜[8～10]等，不同的加固措施适用于不同特征的水库大坝加固，合理地选用防渗措施，才能取得较好的防渗加固效果。

新疆某水库大坝是一座年调节水库。分一期和二期工程建设。该水库的主要任务是:解决下游缺水的需要，满足农业灌溉及生态用水，同时兼顾下游防洪的需要。水库一期工程总库容500多万m3，最大坝高38.00 m，坝长386 m，拦河坝为浇筑式沥青混凝土心墙坝，一期工程总投资6000多万元。经过长期的使用坝顶损毁严重，凹凸不平，最大高差可达0.5 m，难以满足蓄水防浪要求，因此需要对坝体进行加高，由于坝体长期遭受水流侵蚀，主坝破坏及渗流现象较为严重，坝体稳定性较差，因此，急需对大坝进行防渗加固、加高处理。

1 主坝风险隐患分析

1.1 心墙坝段风险隐患分析

坝体心墙压实度合格率较低，渗透系数偏大，心墙出逸点比降大于允许比降；部分坝段齿墙底部坝基砂未清除，存在渗漏问题；部分坝段齿墙底部与灰岩直接接触，存在接触冲刷的可能。且0+195、0+300、0+400断面均存在发生渗透破坏的可能。

1.2 均质坝段风险隐患分析

坝体粘粒含量、塑性指数偏高，渗透系数偏大；阶地段坝基含泥粗砂未清除，存在坝基渗漏问题；阶地后台地坝基存在接触冲刷的可能性；下游坝脚存在渗漏变形的可能。且0+780、1+100、1+450断面均存在发生渗透破坏的可能。

由于主坝存在心墙压实度低、均质坝体渗透系数偏大，存在渗透破坏的可能等问题，因此，主坝坝体进行防渗加固处理是非常必要的。

2 主坝防渗加固方案设计

2.1 主坝坝体加高方案比选

由于大坝的长期使用，坝体顶部目前平整程度较差，局部高程低于蓄水设计高程，因此，需要对主坝进行加高处理。根据安全设计要求，坝体加高至高程181.3 m可以满足防洪防浪要求。针对工程特点，提出三种方案进行对比:

（1）方案一:高程180 m以上挖除回填方案。心墙坝段180.0 m高程（原二次填筑部分）以上至坝顶全部挖除，重新填筑。心墙填筑至181.30 m高程，采用沥青混凝土浇筑，心墙上游填筑边坡1∶1.5，下游填筑边坡1∶0.6，心墙顶宽不小于3 m。

（2）方案二:高程180 m以上开槽宽3 m。在主坝上游距坝轴线4.0 m处开槽，开槽宽度3.0 m，槽底高程180.0 m，与现状心墙对接，槽中重新采用沥青混凝土浇筑，填筑顶高程181.3 m，与上部防浪墙对接。

（3）方案三:连接防渗墙与防浪墙方案。结合主坝防渗体加固设计，将主坝（0+000～1+665）塑混凝土防渗墙顶高程与上游防浪墙底连接，塑混凝土防渗墙顶采用壤土包头，防止冲刷形成漏水通道，防渗墙厚度仍采用0.4 m。该方案维持坝顶现状，只对坝顶进行补亏整平，重修防浪墙，翻修坝顶路面。

表1 主坝防渗加高方案比选

三种方案优缺点对比情况见表1。通过比选，选择方案三（连接防渗墙与防浪墙方案）作为坝体防渗加高处理方案。

2.2 防渗轴线选取

由于对大坝进行加高，高度约为1.3 m，根据下游坝体坡比为1∶3可知，新坝体轴线与原坝体相比向下游移动约3.9 m。因此，为了减小坝体下游渗透压力，充分发挥防渗墙作用，轴线可设计于心墙底部，即坝体偏上游的位置。针对该水库大坝的特征，防渗轴线选取两个方案进行比较。

（1）方案一:防渗轴线设置于主坝轴线上游4.0 m处。依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求，垂直防渗措施应设在坝的防渗体底部。现状主坝心墙偏主坝上游侧，主要形成原因:1978年水库完成了大坝加高，大坝平均加高约1.3 m，下游背水坡培厚至坡比1∶3，原坝轴线向下游移动3.9 m。因此，为了充分发挥防渗墙的作用，减轻下游渗透稳定压力，防渗轴线选定在心墙底部位置，位于坝体偏上游。

（2）方案二:防渗轴线设置于原主坝轴线的位置。防渗墙布置于主坝轴向位置上，墙体局部游离出原心墙外侧，在截渗功能上也是可行的。

通过经济技术比较，防渗轴线位于上游坝肩具有便于施工、可充分发挥防渗作用、费用低、坝体整体稳定性好等优点，本阶段防渗墙轴线选用方案一，两个方案比选见表2。

表2 防渗轴线选取比选

2.3 主坝防渗加固方案比选

提出两种方案进行防渗加固效果对比，使用数值模拟对加固效果进行分析，对比不同方案下大坝的渗流稳定性，选择较优的方案作为防渗加固方案。两种方案对比如下。

（1）方案一:坝体、坝基砂砾层采用混凝土防渗墙。沿坝轴线上游4.0 m布置混凝土防渗墙轴线，根据渗透稳定计算情况，结合现状坝体坝基存在的问题，防渗墙长度范围设计桩号0+000～1+665（包括心墙坝和均质坝）。防渗墙的底部需要穿过砾石层，嵌入强风化岩层的深度不应小于1.0 m，根据防洪设计，防渗墙顶部高程设计为180.8 m，设计厚度为0.4 m。使用C10混凝土进行浇筑，沿防渗轴线对基岩裂隙进行灌浆，灌浆高程为基岩顶面，深度在14 m～26 m范围内。使用数值模拟进行防渗计算，计算结果见表3、表4。工况一为正常蓄水位172.46 m，工况二为洪水位174.71 m，工况三为校核洪水位176.67 m。

表3 心墙部位渗流稳定性计算

（2）方案二:坝基砂砾层采用高压喷射灌浆防渗墙。坝基砾石层岩石破碎带防渗采用高压喷射灌浆，灌浆轴线沿主坝坝顶轴线向上游4.0 m布置，灌浆采用旋喷桩，钻孔孔距0.6 m，钻孔深入强风化基岩1.0 m，上部至心墙高程180.8 m。高喷灌浆成墙最小厚度不小于0.4 m，高喷材料为水泥浆。沿高喷灌浆轴线位置，使用C10混凝土进行浇筑，沿防渗轴线对基岩裂隙进行灌浆，灌浆高程为基岩顶面，深度在14 m～26 m范围内。该方案主坝渗流稳定计算成果见表5、表6。

表4 均质坝段渗流稳定性计算

表5 心墙部位渗流稳定性计算

表6 均质坝段渗流稳定性计算

由于高喷灌浆防渗墙成墙，土体岩性对防渗效果影响大，投资相对较大。混凝土防渗墙方案防渗效果好，应用广泛，设备及工艺比较成熟，相比高喷灌浆防渗墙方案更经济，同时采用方案一进行防渗处理时，各种工况下坝体和坝基渗流量均较方案二小，因此，主坝防渗加固采用方案一混凝土防渗墙方案。

3 结论

从防渗轴线、主坝防渗加固方案、主坝坝体加高方案三方面对该水库大坝防渗加固优化设计方案进行设计。得出防渗轴线设置于上游坝肩部位可以满足经济和防渗要求；混凝土防渗墙沿坝轴线上游4.0 m布置混凝土防渗墙可以较好的满足大坝主体防渗加固要求；防渗墙与防浪墙连接方案作为防渗加高工程设计方案有较好的使用效果。工程设计方案可为类似水库大坝防渗加固提供参考。