某小(二)型水库大坝渗漏问题及处理措施研究

丛双芝

（辽宁水利土木工程咨询有限公司,辽宁 沈阳 110003）

1 大坝工程及病害情况

水库于1965 年由县水工队设计，并于1967 年完成小（二）型水库规模，坝高17 m，库容38 万m3。后经1974年扩建坝高至21 m。1979 年再次扩建，于1983 年竣工，坝高28.4 m，坝顶长129 m，坝顶宽4m，总库容154 万m3。

经现有资料和现场地质勘察可知，大坝存在的主要问题如下：

坝体：坝土经钻孔注水试验及室内渗透试验，发现局部坝体渗透系数稍大。坝体存在上坝土料不均、夯压不密实的情况。大坝有潮湿浸水，潮湿浸水面积112.6 m2。

坝基：坝基分布白垩系高丰寺组浅灰色厚层状细粒长石石英砂岩和泥岩，强风化～弱风化状态，石质坚硬。岩体呈单斜展布，倾向225°～243°、倾角82°～87°，坝基部位无断裂构造及倾向下游的缓倾角裂隙，坝基稳定。原筑坝时对坝基采用截水槽防渗形式，截水槽宽10 m，槽深3.0m，已达基岩，截水槽部位的第四系堆积物已经被清除。经压水试验，坝基岩石透水率：最大36.6 Lu～48.7 Lu、一般23.5 Lu～38.1 Lu、最小16.9 Lu～17.4 Lu，岩体透水性不均，存在坝基渗漏。

左坝肩：出露灰白色、紫红色长石石英砂岩夹泥岩，强风化岩石破碎，岩体完整性差，岩体呈弱风化时岩体完整性稍好，节理裂隙发育，岩体质量指标RQD值0～5%，岩层走向与轴线呈小角度斜交，微倾向库内。左岸倾角较陡83°～87°，为一层状结构岩质边坡，左坝肩岩体节理裂隙发育，稳定性差，常有碎块状坍塌物，原筑坝时由于坝肩结合槽开挖较浅，结合部松散坍塌物的存在，坝肩有绕坝渗漏。岩体透水率38.1 Lu～76.8 Lu,左坝肩岩体存在绕坝渗漏。

右坝肩：出露灰白色、紫红色砂岩、泥岩，岩体呈弱风化，坝肩岩石破碎，完整性差，岩体质量指标RQD值5%～11%，岩层倾角81°～87°，岩层呈中厚层层状结构，坝肩稳定，透水率16.9 Lu～48.7 Lu，山体雄厚，由于坝肩结合槽开挖浅，结合部松散坍塌物的存在，右坝肩有绕坝渗漏。

2 坝体加固方案

2.1 防渗方案比较

目前在处理坝体防渗时，可进行混凝土防渗墙和坝体充填灌浆结合坝基帷幕灌浆两种方案比较，选择适合该坝体的防渗加固方案。

①砼防渗墙

砼防渗墙是在松散透水地基中连续造孔，以泥浆固壁，往孔内灌注混凝土而建成的墙形防渗建筑物。它是对坝在松散透水地基中进行垂直防渗处理的主要措施之一，防渗墙按分段建造，一个圆孔或槽孔浇筑混凝土后构成一个墙段，许多墙段连成一整道墙。墙的底部嵌入基岩或相对不透水地层中一定深度，即可截断或减少地基中的渗透水流，对保证地基的渗透稳定和坝安全，充分发挥水库效益有重要作用。它也可作为土石坝中的防渗心墙，还可用以加固渗漏严重的土石坝。

砼防渗墙使用性较广，适用于各种地质条件；施工条件要求较宽，地下连续墙施工时噪音低，震动小，可在复杂条件下施工，比较安全、可靠。但也存在问题，如有些造孔成墙技术对槽孔之间的接头和墙体下部开叉问题难以彻底解决；相对来讲，施工速度较慢、成本较高。

②坝体充填灌浆结合坝基帷幕灌浆

用灌浆的方法处理堤坝坝体的裂缝和渗漏，已有几十年的历史，迄今为止，全国已有近千座土石坝通过灌浆脱险，技术成熟可靠。本方案采用单排孔直线布置，孔距2.0 m，分三序沿老坝轴线均匀布置，中部孔深至坝基砂层顶面、两坝肩、坝基采用帷幕灌浆接长，组成一道完整的防渗体系，工程投资106.07 万元。

两种方案均能达到控制渗流的目的，其中砼防渗墙防渗效果较为可靠，但施工难度大，技术要求高，防渗墙方案投资达153.17 万元 ；充填灌浆防渗效果虽稍差于砼防渗墙方案，但运用较为广泛，技术上较为成熟，总进尺2543.6 m，投资106.07 万元，比砼防渗墙方案的少47.1 万元。该水库因建设年代较早，受施工条件限制，大坝填筑材料不均匀，密度不均匀，渗透性不均匀，加之渗径过短，坝体强度低，大坝进行防渗处理后，仍需大坝下游坝坡进行排水处理。因而采用充填灌浆方案接合坝体排水处理等措施已能达到除险加固的目的，而不必采用砼防渗墙，且总投资相对较低，符合经济合理性原则。因此大坝防渗处理采用坝体充填灌浆结合坝基帷幕灌浆方案。

2.2 大坝防渗处理措施

大坝防渗处理采用坝体充填灌浆与坝基帷幕灌浆相结合的处理方案，灌浆方案处理措施见图1，方案简述如下：

1）坝体用充填灌浆，坝基用帷幕灌浆，灌浆孔按单排孔直线布置，灌浆长度168 m，孔距2.0 m。总进尺2543.6 m，其中，坝土段1324.5 m，基岩1219.1 m。

2）坝基帷幕深度深入基岩13 m～15 m，坝土充填灌浆深度为坝顶至基底，与坝基接触带段长5 m，其它段长5 m～7 m，总段长大于7 m的分两段，小于7 m的做一段灌注。

3）灌浆施工分Ⅲ序进行，施工顺序为：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→检查孔，坝基帷幕灌浆由上而下分段灌浆，坝体充填灌浆由下而上分段灌浆。

4）浆液浓度变换遵循由稀到浓逐级变换的原则，按《土坝坝体灌浆技术规范》（SD 266-88）[2]，《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL 62-94）[3]执行。

5）坝体充填灌浆配合比采用粘土水泥浆容重控制，容重为1.2g/cm3，1.3g/cm3，1.4g/cm3，1.5g/cm3四级，水泥用量为粘土用量20%，与坝基接触段为粘土与水泥比为3∶1。坝基帷幕灌浆为纯水泥浆，水灰比为8∶1，5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1。

6）灌浆压力：坝土充填灌浆孔口压力0.05 MPa，坝基帷幕灌浆孔口压力0.05 MPa，全压力按下式计算：

式中：D为灌段以上孔深，M为灌段每增加1m允许增加压力 0.01 MPa～0.015 MPa。

7）单位材料耗量：粘土：250 kg/m，水泥：100 kg/m。

8）灌浆检查孔按灌浆孔数的10%布置，灌浆结束后14 天进行灌浆孔的检查，检查段长应比实际灌浆段短1m，在被检查段注入容重1∶2粘土浆，初始10 min内注入量不超过10 L认为合格。

图1 灌浆方案处理措施图

3 大坝渗流稳定计算

3.1 基本参数的确定

该水库除险加固前大坝处于稳定状除险加固后特征水位发生变化，现复核特征水位改变后大坝的稳定性。根据施工竣工图及地质钻孔资料揭露，将坝体分为坝体区、坝基岩、排水棱体、坝前淤积共4个分区。坝体土料内摩擦角、凝聚力采用小值均值，天然容重、干容重、比重采用平均值。基础部分根据地质建议参数取中值。坝料物理力学取值指标计算值见表1。

表1 坝料物理力学指标计算值

该水库为均质土坝，水库现状坝体钻孔注水试验渗透系数在3.88×10-4～5.6×10-3cm/s之间，大于规范要求的均质土坝坝体渗透系数小于1×10-4cm/s的要求。在大坝的防渗措施中推荐对坝体进行充填灌浆处理，坝基钻孔压水试验透水率分别为23.5 Lu～5.05 Lu，不满足规范要求的小于10 Lu防渗标准的要求，坝基防渗设计中推荐对坝基进行帷幕灌浆处理。根据防渗设计方案，对灌浆影响范围单独分区进行浸润线计算，灌浆影响范围区渗透系数取k=1×10-4cm/s，其它区域渗透系数取安全鉴定拟合值，安全鉴定渗流计算中坝体各区的渗透系数的取值是在现场注水试验值的基础上对实测浸润线进行了拟合得出，取值合理，见表2。采用的方法是通过北京理正渗流分析软件有限元法进行浸润线计算。

表2 浸润线计算坝体各区渗透系数取值表 单位：cm/s

计算浸润线坐标见表3。通过计算表明，坝体浸润线在排水棱体出逸，坝体渗透形态正常，因此大坝除险加固后，坝体浸润线正常，渗透稳定。

表3 计算浸润线坐标表

3.2 渗透稳定

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50287-99）[4]，流土的临界水力比降按下式计算：

式中：Jcr为土的临界水力比降；Gs为土的颗粒密度与水的密度之比；n为土的孔隙率，%。

以大坝正常蓄水位时坝土渗透变形判别得到：Jcr=（2.73-1）×（1-0.37）=1.088。

坝基分布白垩系高丰寺组浅灰色厚层状细粒长石石英砂岩和泥岩，取Jcr为1.50。根据本工程特点及重要性，确定相应的安全系数为2.0，求出允许坝体和坝基的水力坡降分别为坝体：[i]＝1.088/2＝0.544，坝基：[i]=1.50/2＝0.75。

除险加固后坝体比降≤0.35，小于坝体允许逸出比降，坝基比降≤0.41，小于坝基允许比降。大坝不会产生渗透变形破坏。除险加固后正常蓄水为工况下大坝计算单宽渗漏量为2.01 m3/（d·m），年渗漏量为4.67万m3，渗漏量较小，因此大坝除险加固后，大坝渗透稳定。

4 结论

小（二）型病害水库除险加固中大坝渗漏直接影响大坝的渗漏稳定和蓄水，通过采取合理的渗漏处理措施，既可以保证大坝稳定和正常蓄水，还可以节约工程投资，在大坝防渗中应结合坝体自身情况选择处理措施，本文所选措施合理，在大坝除险加固后得到了很好的效果。水库除险加固工程于2018年完工，完工后蓄水良好，防渗效果较好。