白山凌水库大坝防渗加固方案比选

王国亮 马 瑞 张诵彦

白山凌水库总库容620 万m3，是一座以灌溉、养殖、滞洪等综合利用的重点小（1）型水库。土坝建成以来一直存在渗漏问题，尤其汛期高水位时，主要表象为地表潮湿，有明显水迹或小片的积水且有流动现象。根据水库工程特点及目前土石坝防渗加固技术，结合白山凌水库坝身、坝基等实际情况，提出以下加固方案进行比较。

一、防渗加固方案

1.冲抓套井回填粘土防渗墙（简称粘土井柱）

本方案是在坝身及坝基采用粘土井柱防渗，大坝两端与山体接触部位风化基岩采用帷幕灌浆。

（1）平面布置

自坝顶轴线方向布置防渗墙，顶高程为49.0m，底部深入坝基②层重粉质壤土2.0m，两端伸处伸入风化岩石1.0m。

（2）粘土井柱防渗墙

套井采用单排布置，在坝轴线上游侧按主、套井相间布置。

（3）粘土井柱防渗墙厚度

按式T=△H/I 计算。

式中：

T—防渗墙有效厚度（m）；

△H—防渗墙承担的最大水头差；

I—防渗墙允许的渗透坡降，粘土为5～8，取7。

上、下游最大水位差11.6m，经计算T=1.66m。采用单排套井，则选择的参数：最优套角α 为45.0，套井半径为1.2m，孔距1.7m，有效厚度为1.6m，满足厚度要求。井柱防渗墙共需布井106 根，总进尺1177m。

（4）防渗墙深度

防渗墙从49.0m 高程，经坝身填土（人工）重粉质壤土，伸层坝基土2.0m，两端伸处伸入岩石1.0m。

（5）粘土井柱施工

粘土井柱施工采用单排布置，井柱中心线在坝轴线位置，按一主一套相间布置连成井墙，先打主井①、③号井，回填后再打②号井，回填后再打⑤号井，回填后再打④号井，以此类推。

2.混凝土防渗墙方案

方案布置：沿坝轴线方向在坝中布置塑性混凝土防渗墙，防渗墙墙顶高程49.0m（平校核洪水位），经坝身填土（人工）重粉质壤土，底部伸入坝基土2.0m，靠近溢洪道端部伸入风化砂岩1.0m；形成一道完整的防渗体系，以控制坝体坝基渗流，降低坝体浸润线，防止坝体产生渗透破坏，最大成墙深度约14.0m。墙体厚度0.3m，大坝两端与山体接触部位风化基岩采用帷幕灌浆。混凝土防渗墙的设置，减小了坝下承压水头，大大降低了下游坝体浸润线，增强大坝下游坝坡抗滑稳定性。

3.多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙方案

多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层的水泥浆液与原土充分拌和在一起，形成抗压强度高，渗透系数较小，并具有整体性、水稳定性的桩柱体。将桩柱体互相搭接成一列形成连续墙体，可有效起到截渗作用。

二、方案技术经济比较

1.粘土井柱（方案一）

粘土井柱防渗方案优点是上部采用粘土井柱墙，防渗效果可靠，施工速度快。缺点是施工易受库水位影响，防渗墙上、下两部分不能同时施工，延长了施工周期；形成的墙体防渗性能上、下存在差异，施工质量不容易控制，不利于防渗效果的分析。

2.混凝土防渗墙方案（方案二）

混凝土防渗墙是水工建设中采用较普遍的一种地下连续墙，是透水体防渗处理的一种有效措施。混凝土防渗墙是利用专用的造槽机械设备营造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。施工中可科学调整混凝土配合比，并采用新的防渗材料，根据不同的坝体应力应变要求建造低弹模、塑性、柔性连续墙，用于防渗加固。

（1）防渗墙厚度

混凝土防渗墙厚度计算公式：T ≥△H/J，式中：

△H—最大上下游水头差（m）；

J—混凝土防渗墙允许水力坡降，按有关资料取J ＝60；

则混凝土防渗墙厚T ≥△H/J=0.194m，结合施工机械等因素取0.3m。

（2）防渗墙材料

防渗墙采用普通混凝土，物理力学指标要求为：

抗压强度:R ≥15.0MPa；

弹性模量:E ＜24GPa；

坍落度:18～22cm；

扩散度:34～40cm；

渗透系数:K ＜i×10-7cm/s(1 ＜i ＜10）；

允许渗透比降:[J]>80。

混凝土抗渗标号要求为W6，配置普通混凝土材料要求水泥优先采用矿渣硅酸盐水泥，水泥强度等级不小于32.5 级，细骨料（砂）要求细度模数F·M ＝2.4～2.8，砂率35%～45%，粗骨料（石子）最大粒径不超过20～40mm，水泥水灰比为0.6～0.65，水泥用量不小于300kg/m3。

施工时根据设计标号提高30%～40%，再根据防渗强度保证率进行试配。

（3）造孔方法

锯槽法造孔浇注连续墙是一种新型混凝土连续墙施工技术。已经被广泛应用于黄河、长江大堤的防渗除险加固工程中。且该坝混凝土防渗墙厚度较薄，深度不大，故采用锯槽法造孔。

3.多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙（方案三）

防渗墙施工初步采用ZCJ-25 型深层搅拌机喷浆造墙，该机钻头间带有刚性连锁装置，可实现一次成墙，一机共有3～6 个钻头，本次设计采用5 个钻头，钻杆间中心距320mm。

防渗墙厚度按公式T=△H/[J]计算。

式中：

T—最小防渗墙厚度（m）；

△H—最大上、下游水头差（m）；

[J]—高喷防渗墙允许水力坡降，参考相关资料取60。

上、下游最大水位差11.6m经计算得T=0.194m，考虑到施工可能带来的垂直偏差，选用桩径为400mm，搭接处理论最小成墙厚度240mm，桩间最大搭接80mm，可满足防渗墙厚度的要求，大坝两端与山体接触部位风化基岩采用帷幕灌浆。

三、方案选用

对粘土井柱、混凝土防渗墙、多头小直径深层搅拌桩三个方案进行技术经济比较，通过各方案设计的要求，计算各方案的工程量及投资如表1。

表1 大坝防渗加固方案比较表

方案一：由于白山凌水库上、下游水位差较大，不利于采用此方案。本次加固设计不予选用。

方案二：施工难度不大，施工速度快，成墙可靠，且混凝土防渗墙适应性较广，适用于各类地层，强度高，防渗性能好，耐久性好，投资较适中，但施工工作平台要求较高，施工时要将大坝坝顶降低1.0m，施工平台宽度达到10.0m，且投资较大。由于现状白山凌水库大坝后较陡，需要大量的土方来满足施工要求，增加了投资，所以本次加固设计不予选用。

方案三：该技术成墙价低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高，成墙耐久性好，且不受库水位的影响。该技术在长江大堤和淮河大堤上得到广泛应用，有较成熟的经验；同时，白山凌水库防渗深度最大只有14.0m，且坝基为重粉质壤土，比较适合多头小直径的使用，所以本次加固设计选用此方案。

综合技术和经济比较结果，推荐全坝段采用方案三多头小直径深层搅拌桩进行防渗加固。大坝两端坝体与基部岩石接触部位采用帷幕灌浆处理