水库坝基防渗加固方案的选择

赵德亮

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

该水库是新疆境内的一座中型平原水库，主要以灌溉为主，兼顾渔业、旅游业。扩建后的水库其设计库容5800万m3，死库容175万m3；正常蓄水位1024.30 m，死水位1019.70 m，控制灌溉面积2.67万hm2，可改善灌溉面积4.67万hm2。水库主要建筑物由进水闸、引水渠、大坝、泄水闸、泄水渠等部分组成。大坝坝线总长12.4 km，坝顶宽6.0 m，最大坝高8.7 m，大坝上游坝坡坡比为1∶3，下游坝坡坡比为1∶2.5；泄水闸为3孔涵洞钢筋混凝土闸，位于大坝6+355 m处，闸室总宽9.3 m，总长28.2 m，闸孔过水宽度2.0 m×3.0 m，孔口净高1.9 m，最大过水流量25 m3/s；进水闸、分水闸位于大坝0+000 m总干渠上，由总干渠分水至水库，设计流量均为15 m3/s，进水闸与分水闸夹角44°，各1孔，均为钢筋混凝土结构。

水库运行至今已多年，现状水库大坝3+338～4+988 m段在水库蓄水时渗漏严重，坝后管涌、渗积水严重，使水库未能达到设计库容，仅保持4000万m3的安全蓄水量，建筑物不能正常运行，整个灌区的调蓄水任务不能满足，且下游灌区及人民群众的生命财产受到威胁。为解决以上问题并使水库恢复原设计库容5800万m3，对大坝3+338～4+988 m段进行防渗加固，以保证大坝的安全运行，改善灌区条件，发展农业生产，保证“棉花基地”建设项目的实施。

2 渗漏的类型及原因分析

2.1 渗漏类型

土坝渗漏的类型有：坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏[1]，本水库根据现场查勘及运行管理人员介绍，主要为坝基渗漏，根据勘探资料显示(桩号3+338～4+988 m)坝基地层岩性以粉土质砂为主，粉细砂次之、局部夹低液限黏土透镜体，表层细砂厚度1.5～2.5 m，粉土质砂厚约5.5～6.5 m，土黄色，饱和，松散-稍密。根据渗透变形判定，坝基粉土质砂的破坏形式为管涌型，粉细砂为流土型，经计算，确定得出坝体土允许坡降为0.44；坝基土允许坡降为0.18。

2.2 从该坝段防渗措施角度分析

根据水库大坝历次加固后，各坝段在坝后不加盖重的情况下，下游均存在局部渗水的现象，在大坝坝后加盖重后，坝后渗水现象消失，但坝段3+338～4+988 m段，坝基未做防渗处理，坝后未进行加盖重处理，因此，下游渗漏的问题依然存在。

2.3 渗漏量计算

根据坝基渗漏计算，按水库高水位年运行180 d 考虑，该段坝基年渗漏量16.03万m3/a，渗漏较为严重，建议对该段坝基进行防渗处理，减少渗漏的同时消除坝后渗透破坏现象。

2.4 理论计算分析

(1)计算方法。对坝体3+338～4+988 m段进行渗透稳定分析，计算采用河海大学编制的渗流稳定分析软件(AutoBANK6.1)进行计算。计算见图1。

图1 现状实际坝体稳定渗流期流网图

(2)计算断面。此段坝顶高程1027.20 m，上游坝坡为混凝土板+复合土工膜。

(3)计算工况。计算工况：上游正常蓄水位1024.30 m相应下游水位稳定渗流期。

(4)计算参数。坝体主要材料各分区渗透系数取值根据《水库初步设计报告》、水库施工资料并参考类似工程确定，大坝渗流计算主要参数见表1。

表1 渗流计算主要参数 cm·s-1

(5)计算结果。渗流稳定计算成果见表2。

表2 渗流稳定计算成果

经渗流计算分析见表2，该坝段下游坝坡出逸比降0.232，小于允许的破坏比降0.440，下游坝基出逸比降0.199，大于允许的破坏比降0.180，因此坝体满足渗透稳定要求，坝基现状不满足渗透稳定要求。经理论分析，坝体防渗设施不完备，导致坝基出逸比降大于规范允许值，渗漏量偏大。

3 防渗加固方案的选择

水库大坝除险加固工程中常用防渗技术主要有：高压喷射灌浆处理技术、混凝土防渗墙技术、复合土工膜防渗处理技术[2]、水平铺盖土工膜防渗方案、坝后加盖重防渗方案。结合水库实际情况本次坝基防渗处理选用方案一水泥土搅拌桩防渗墙垂直防渗、方案二水平铺盖土工膜防渗方案及方案三坝后加盖重防渗方案，对这三种方案进行适用条件、防渗效果、施工条件、工程占地、工程量及工程投资等多方面的综合比较，选择最优的防渗加固处理措施。

本次在坝体桩号3+338～4+988 m段两侧各加宽100 m即3+288～5+080 m段进行防渗加固处理。

3.1 方案一：水泥土搅拌桩防渗墙垂直方案

(1)结构形式。本次水泥土搅拌桩防渗墙轴线位于3+288～5+080 m段混凝土阻滑墙上游侧6.0 m，防渗墙厚度采用0.3 m，深入坝基以下8.0 m。防渗墙顶设C25F200W6混凝土梁帽，C25混凝土梁帽宽1.0 m，厚0.8 m，防渗墙嵌入混凝土梁帽0.5 m，土工膜锚入梁帽中。

(2)施工技术。水泥土搅拌桩防渗墙是用水泥作为主固化剂，通过特质的深层搅拌桩机械设备在地层深处将固化剂与原软土层强制拌合以加固软弱地基，具有防渗加固效果好、工程造价低、适用地层广泛、施工速度快等优点。

3.2 方案二：上游坝坡脚设置土工膜水平铺盖方案

土工膜防渗设计也是当前中小型水库除险加固防渗处理常用方法[3]。

(1)结构形式。在大坝3+338～4+988 m段上游侧加宽100 m，即3+288～5+080 m段坝前设置土工膜水平铺盖，铺盖长度50 m，土工膜上利用开挖土料做为压重，压重厚度1.0 m。复合土工膜采用两布一膜(150 g/m2+0.5 mm+150 g/m2)。新土工膜采用铆接方式与阻滑墙连接。

(2)施工技术。施工要求的工作面最宽，要利用低水位(库水位小于1022.10 m)并在库内修建临时围堰进行导水，进行施工，且施工工艺简单，施工质量易控制。

3.3 方案三：下游坝坡脚设置盖重方案

(1)结构形式。在大坝3+338～4+988 m段坝后增设40 m宽的坝后压重(底层设有50 cm厚砂砾石透水料，其表层为1.6 m厚的风积砂料)。

(2)施工技术。坝后只进行透水料及现场的风积砂料进行填筑即可，施工工艺简单，施工质量易控制。

3.4 方案比选

在坝段3+338～4+988 m，对以上三种处理方法，从适用条件，防渗效果、施工条件、工程占地及工程投资等几个方面进行技术经济比较，见表3。

表3 基础防渗加固方案技术经济比较

方案一:水泥土搅拌桩防渗墙方案。悬挂式防渗，施工受库水位影响小，施工速度快，在新疆工程实例较多，防渗效果较好，施工时质量控制难度较大，投资较大。

方案二:坝前设置土工膜水平铺盖方案。施工受库水位影响稍大，施工时质量缺陷易检查，施工速度快，技术较简单，投资小。

方案三:下游坝坡脚设置盖重方案。经现场勘查下游40 m范围(水库管理范围内)已被耕地、林地占用，水库大坝管理范围内基本农田(约6 hm2)的置换工作较难实施，结合水库实际情况，在该坝段采用坝后盖重处理方案实施困难。其施工直接投资最小，但占地补偿费巨大。

综上，从施工条件及效果、占地补偿、工程投资等方面综合分析比较，本次选用方案二坝前设置土工膜水平铺盖作为推荐方案。

4 加固方案渗流稳定计算分析

(1)计算工况。上游正常蓄水位1024.30 m相应下游水位稳定渗流期，进行渗透稳定计算。计算简图见图2。

图2 上游坝坡脚设置土工膜水平铺盖稳定渗流期流网图

(2)计算方法。渗透稳定计算采用河海大学编制的渗流稳定分析软件(AutoBANK6.1)进行计算。选取典型断面进行渗流计算。

(3)计算参数。坝体主要材料各分区渗透系数取值根据《水库初步设计报告》、水库施工资料并参考类似工程确定，大坝渗流计算主要参数见表1。

根据地质资料，所选断面坝体土的渗透破坏类型为流土，坝基土的渗透破坏类型为管涌，经计算其允许渗透比降为：坝体0.44、坝基0.18。

(4)计算结果。见表4。

表4 方案二渗流稳定计算成果

(5)计算分析。通过渗流计算可以看出，设计方案下游坝坡坡脚最大破坏比降均小于允许的破坏比降0.44，坝基最大破坏比降均小于允许的破坏比降0.18，坝体、坝基满足渗透稳定要求，因此选择上游水平铺膜方案，渗流稳定方式均满足要求。

5 结 语

在水库的防渗加固设计时，要针对水库的具体情况，诸如渗透稳定及现场渗漏量等情况选择合适的防渗加固方案，本文经过方案比选最终选定土工膜水平铺盖方案，加固后坝基防渗效果显著，满足设计要求，最终使水库安全运行，发挥调蓄水的作用。