均质土坝防渗处理方案研究

2021-07-15石强

陕西水利 2021年6期

石强

(晋中市水文水资源勘测站，山西晋中 030600)

0 引言

土石坝坝型以就地取材、结构简单、施工方便、坝身变形适应性强和工程投资经济性好等特点，在大坝工程中占据非常重要的地位[1]。土坝由于自身筑坝材料的特点，普遍存在坝体和坝基坝肩渗漏，局部坍塌等问题，同时其对渗漏问题的敏感度较其他坝型大，一旦失事，极易造成溃坝。松塔水电站枢纽工程在设计过程中就均质土坝、混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝予以综合比选，从地形、地质条件、筑坝材料、工程总体布置、施工条件、工程量及投资等方面确定采用碾压均质土坝。本文基于坝基和库岸地质条件不佳存在渗漏问题，对采取的相应措施进行简要论述。

1 枢纽工程概况

松塔水电站水库的主要建设规模为兴建最大坝高为62.60 m、正常蓄水位1027.0 m、总库容9740万m3的水库工程一座。坝型采用碾压均质土坝，枢纽工程布置有坝体、导流泄洪洞、岸边溢洪道、发电引水隧洞等。上游坝坡为1∶2.75、1∶3.0、1∶3.5，下游坝坡为1∶2.75、1∶3.0、1∶3.0，上游坝面设400 mm厚干砌石护坡。大坝上下游均在高程1010.0 m和990.0 m各设一条2.0 m宽马道；坝顶设浆砌石防浪墙，墙顶高程1030.80 m，墙底与细反滤层底部齐平；下游坝坡设混凝土护坡，坝顶设路肩石，并设300 mm厚混凝土路面。

2 渗漏情况及防渗处理

2.1 坝基防渗处理

覆盖层是坝基渗漏的主要通道，其上部低液限粉土具有中等压缩性和湿陷性，存在不均匀沉降影响坝体安全，因此需处理坝基覆盖层。

由于坝基风化带和裂隙发育带透水率在3.8 Lu～66.7 Lu之间，拟在粘土截水槽齿墙底部设灌浆帷幕，其轴线按照截水槽轴线布置。灌浆孔要求深入基岩下5 m，即孔深50 m，除桩号0+241.90～0+301.90为双排孔外，其它部位均为1排，孔距、排距均为2 m。

2.2 大坝左岸防渗

左岸是一存在多个垭口的山梁，通过钻孔试验左岸坝顶线以外2 km内的山梁中的地下水位低于水库正常蓄水位，推测左岸存在向下游的基岩绕坝渗流。基岩渗透性存在明显的各项异性，无统一的相对隔水层。

经测算，坝址区左岸基岩临谷绕坝总渗漏量为1311 m3/d，渗漏宽度之和为199 m，占左岸单薄山梁临谷绕坝渗漏总宽度1953 m的10%，故左岸绕坝渗漏主要地段为左坝肩坝下段及近坝段。需进行帷幕灌浆处理。

左岸防渗处理方式为：帷幕灌浆和高压旋喷灌浆。帷幕灌浆要与大坝帷幕灌浆连接为整体，延伸长度范围为桩号帷0+000～0+126.50，帷幕轴线由坝轴线直线延伸至桩号帷0+105.50，向上游经过159°的转角继续延伸至桩号帷0+000，孔深50 m，其中坝顶高程以下基岩内为灌浆范围，基岩以上为封孔范围，孔距2 m。由于左岸岸坡在桩号帷0-013.0～0+109.0，1000 m～1035 m高程范围内为卵石混合土层，需采用高压旋喷灌浆处理边坡，孔深贯穿至基岩顶面，孔距1 m，灌浆压力30 MPa，气压0.7 MPa。

2.3 左坝肩迎水坡处理

左坝肩迎水坡高程1020.00 m以上的土质边坡存在坍岸问题，需进行处理。左坝肩基岩地层为T1l-7～T1l-13岩组，岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩，并夹有粉砂质泥岩、泥岩软层，在下游发育一条较大冲沟，形成单薄分水岭地形，库岸泥岩在库浪淘蚀和渗水作用下可能产生塌滑而失稳，需对库岸泥岩进行处理。

处理方式为：在左岸迎水坡长200 m，高50 m范围内除溢洪道、导流泄洪洞及供水发电洞等建筑物进口已处理外，其余部位将顶部土质边坡开挖到1∶1稳定边坡，岩质边坡表面松动岩体清理后进行护砌，岩质边坡采用喷锚支护，钢筋网直径为φ6，间距300 mm×300 mm，锚筋直径φ25，间距3 m，长2 m，喷C25混凝土厚15 cm。

2.4 大坝右岸防渗处理

右岸绕坝渗漏主要有三种途径：一是右岸古河道中松散沉积物渗漏，二是右岸基岩(包括强风化带和节理裂隙发育带)绕坝渗漏，三是右坝肩Ⅲ级阶地松散层渗漏。由于古河道范围较宽，而估算的古河道渗漏量并不大，可暂不对其做防渗处理，右坝肩覆盖层全部清除，仅对坝肩基岩进行帷幕灌浆处理。据右岸各钻孔压水试验成果，右坝肩段岩体透水率2.3 Lu～22 Lu，平均9.8 Lu，大值平均值14.9 Lu。经估算得右岸近坝段基岩绕坝渗漏量约104 m3/d。

右岸防渗处理方式为：进行帷幕灌浆，并与大坝帷幕灌浆连接为整体；帷幕灌浆向大坝右岸边延伸108.60 m，延伸桩号为帷0+701.4～0+810.0。灌浆轴线与坝轴线重合；此段帷幕灌浆根据地形坝顶高程以上为灌浆封孔范围，坝顶高程以下为灌浆范围，整孔深50 m，孔距2 m。

2.5 右坝间坍塌体处理

在右坝肩高程990 m～995 m处存在一坍滑体，估计方量约1800 m3，在开挖筑坝时将其全部清除。在坝轴线上游约300 m处一冲沟右侧基岩山坡也有一小型坍滑体，估计方量约5000 m3，需要全部清除，以避免坍滑所产生的涌浪对大坝的影响。

3 防渗方案验证计算

3.1 计算方法

渗流计算采用北京理正《渗流计算分析软件》，计算方法采用有限元法。

3.2 计算工况

渗流计算按照以下4种水位组合情况计算：①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位； ②上游设计洪水位与下游相应的水位；③游校核洪水位与下游相应的水位；④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。

计算边界条件为均质土坝在透水地基上，计算考虑坝基设截水墙及帷幕灌浆，河床底高程为970.00 m，透水地基底高程为920 m，厚度为50 m，坝体渗透系数kx=0.000388 m/d，ky=0.000324 m/d，透水坝基包括岩石强风化层5 m、弱风化层45 m，渗透系数分别为0.64 m/d、0.19 m/d，帷幕灌浆后坝基渗透系数k3=0.052 m/d。