那板水库除险加固工程大坝防渗处理方案选择

2021-05-06唐思

广西水利水电 2021年2期

唐思

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

那板水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、城镇供水等综合利用的水利工程。现状水库枢纽工程包括大坝（1 座）、溢洪道（1 座）、1#灌溉发电输水设施、2#发电放空输水设施、电站等。

那板水库总库容为8.28亿m3，属大（2）型水库，采用设计洪水标准为500 年一遇洪水设计，5000 年一遇洪水校核；消能防冲按50年一遇洪水设计。相应的正常蓄水位为220.57 m，设计洪水位为227.98 m，校核洪水位为229.68 m，死水位为209.57 m。水库工程等别为Ⅱ等，主要建筑物的级别为2级。

2 大坝防渗加固的必要性

待加固大坝坝体填土压实度和心墙渗透系数未满足规范要求；大坝计算最大渗透比降大于相应土层的允许比降，存在渗透破坏或排水淤堵失效的可能；大坝渗漏量较大；大坝外坡脚排水棱体外拱开裂、风化，局部出现松动、沉陷架空；电站尾水长期淹没坝脚排水棱体，坝体排水不畅，对坝坡稳定不利。因此有必要对大坝进行防渗加固。

3 大坝防渗加固设计

3.1 大坝防渗方案比选

由于水平防渗方案需放空水库，并在围堰保护下进行施工，增加了围堰的工程量，施工较困难，经济上不合理，故本次除险加固的防渗加固设计采取垂直防渗方案。

防渗加固设计方案选择工程中常见的“塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”和“高压旋喷灌浆+帷幕灌浆”两种型式进行比较。

3.1.1 方案一：塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆

塑性混凝土防渗墙沿坝轴线布置，防渗墙穿过坝基覆盖层，并嵌入强风化岩层1.0 m。防渗墙长329.3 m，最大墙深57.7 m。塑性混凝土防渗墙厚0.8 m，抗渗等级W6，允许渗透坡降[J]=60～80。

考虑到坝基及坝肩岩层透水性较大，坝脚常年有渗漏现象，也存在集中冒水点，因此对坝肩和坝基全线进行帷幕灌浆。帷幕灌浆沿防渗墙轴线布置，灌浆线总长363.3 m，最大孔深70.7 m。其中右坝肩和坝体部分采用单排帷幕灌浆，灌浆线长305.6 m；左坝肩由于靠近溢洪道出口，基础为强风化砂岩，透水性较强，本次设计采用双排帷幕灌浆，灌浆线长57.7 m。根据本工程的大坝基础相对不透水层较深，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），并参考类似工程，初步选定帷幕灌浆孔距为1.5 m，采用悬挂式帷幕，深度采用0.7倍水头取值。

3.1.2 方案二：高压旋喷灌浆＋帷幕灌浆

坝体及全风化下线以上坝基范围进行高压旋喷灌浆，坝肩和坝基全风化线以下一定范围进行帷幕灌浆。高喷与帷幕灌浆孔沿坝轴线方向布置，旋喷灌浆孔在大坝坝高不小于30 m 范围采用双排布置，大坝坝高＜30 m 范围及坝肩采用单排布置；帷幕灌浆为单排布置。高压旋喷灌浆总长329.3 m（其中单排布置长116.5 m，双排布置长212.8 m），帷幕灌浆总长363.3 m。高压旋喷灌浆最大孔深57.7 m，高压喷射灌浆孔距需确保钻孔在规范允许孔斜范围内孔底灌浆能有效搭接，从而保证防渗效果，根据本工程实际情况并参考类似工程，初步选定高压旋喷灌浆孔孔距为0.7 m，帷幕灌浆孔距为2.1 m，根据本工程的大坝基础相对不透水层较深，并参考类似工程，初步选定帷幕灌浆采用悬挂式帷幕，深度采用0.7倍水头取值。

3.1.3 方案比较

方案一和方案二的工程投资分别为3615.2万元、3854.4万元，方案一工程投资比方案二少239.2万元。

大坝心墙填筑材料为含砾砂质粘土，坝壳填筑材料为碎石土，强风化坝基以砂岩为主。最大坝高59 m。两种方案均适用于本工程的防渗加固。经计算，两方案的大坝渗流及坝坡抗滑稳定均满足规范要求。

塑性混凝土防渗墙方案的优点是投资较少、技术安全可靠性高、防渗效果好，结合本工程大坝现状问题，塑性混凝土防渗墙方案可较为彻底解决大坝存在的上述问题，其缺点是施工速度较慢，施工周期较长。

高压旋喷灌浆方案的优点是施工速度较快，施工周期较短。缺点是投资较大，当防渗墙深度较大时，由于钻孔偏斜旋喷墙下部容易开岔，施工质量不容易控制，目前尚无较好的检查旋喷墙体下部是否连续的方法，因此无论防渗可靠性或使用年限均不如混凝土防渗墙。

根据广西大型水库土石坝除险加固设计的施工经验，塑性混凝土防渗墙已得到普遍应用，如已施工完成的大型水库：百色市澄碧河水库、贵港市六陈水库、贵港市达开水库等工程，均采用了塑性混凝土防渗墙技术，技术比较成熟，可靠性高，防渗效果较好。综合分析，推荐采用方案一，即“塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”方案。

3.2 防渗墙布置方案的比选

根据大坝防渗方案比选结果，本工程采用“塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”方案。本阶段需对防渗墙的布置方案做进一步比选。

根据本次收集到的原设计资料，黏土心墙设计顶高程为226.37 m，顶宽4.8 m，上、下游坡比分别为1∶0.2、1∶0.26，心墙上下游放坡至185.00 m高程后，两侧再向上、下游分别延伸12.0 m、13.0 m，最后以1∶0.57分别向上、下游放坡至心墙坝基。根据本次地质钻孔揭露，大坝坝顶及外坡虽进行过培厚加固，但钻孔均未揭露明显的分层界线，判断原填筑材料与培厚土料性状相同。因此，防渗墙的轴线布置可结合粘土心墙布置在原轴线位置和布置在现状坝顶轴线位置进行比较。

原心墙轴线布置方案的优点是在原粘土心墙内新建防渗墙，充分利用了原黏土心墙的防渗作用，增强大坝的整体防渗效果；缺点是由于原大坝培厚加高在下游坝坡进行，导致防渗中心线偏向上游，在上游坝坡填筑防渗墙施工平台的工程量较大。此外，根据本次地质钻孔，原黏土心墙上部的坝体填筑材料与培厚土料性状相同，渗透系数较大。因此，原黏土心墙上部土料的防渗效果较差，需重新填筑上部黏土防渗斜墙与坝顶防浪墙结合才能达到防渗需要高程。

现状大坝轴线布置方案的优点是可以在现状大坝顶部施工防渗墙，施工平台施工较简单、方便，不需要拆除重建坝顶上部黏土斜墙；缺点是上部新建防渗墙位于原心墙之外，新建心墙与与原心墙位置不能完全结合。