混凝土防渗墙在水库大坝防渗设计中的应用

曾小波

(鹰潭市河湖管理保护综合行政执法支队，江西 鹰潭 335000)

1 工程概况

塘湾水库位于江西省贵溪市塘湾镇赛前村，距市区约30 公里，距塘湾镇约5km，坐落于信江水系罗塘河支流塘湾水上。坝址以上控制流域面积22.6km2，水库总库容1345×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖、发电等综合利用的中型水库。枢纽工程主要建筑物包括：大坝、溢洪道、坝下涵管、电站及水库灌区渠系建筑物。

大坝为黏土心墙坝，坝顶高程124.7-124.8m，最大坝高38.8m，坝顶长度162m，坝顶宽度7.3-7.4m，心墙为黏土心墙，心墙顶高程124.3m，底高程88.1m，顶宽1.8m，心墙基槽深入坝基2.5m，底宽13.4m；2001 年水库除险加固，在原黏土心墙中增设了悬挂式冲抓黏土防渗墙，在大坝中部117m 布置双排孔，冲抓深度从坝顶124.3m 至106.92m 高程，左、右坝肩布置单排孔，冲抓孔伸入基岩强风化层内1.0m，冲抓孔孔径为1.1m，单排孔孔距0.78m，双排孔孔距0.86m。坝顶设有浆砌块石防浪墙，墙顶高程125.1-125.2 m，墙厚0.5m，坝上游坡坡比为1∶2.26-1∶2.89，采用块石护坡，坝下游坡设置二级马道，一级马道高程111.9-112.0m，宽1.4-1.8m；二级马道高程为101.7m，宽1.7-1.9m；坡比从上至下依次为1∶2.32-1∶2.35、1∶2.47-1∶2.51、1∶2.5m-1∶2.68，采用草皮护坡。坝脚排水棱体顶高程94.3-94.36m，顶宽1.9-2.4m，外边坡为1∶1.83-1∶2.56，内边坡为1∶1.0，坝脚设有排水沟。

2 大坝存在主要问题

2.1 安全鉴定结论

1)据大坝渗流流网理论分析,各工况下大坝稳定渗流期浸润线均从坝脚排水棱体出逸，渗透坡降也在允许值范围内，未见异常，因此坝体整体渗透无异常。

大坝左右坝肩均为全风化花岗岩，两坝肩存在渗漏及绕坝渗漏问题。坝基清基彻底，坝基坐落于全风化花岗岩上，坝基全风化花岗岩透水性较强，具中等透水性，坝基上部基岩存在渗漏问题。

2)大坝体上、下游坝坡均满足抗滑稳定要求。

2.2 地勘情况

据前期勘察资料及本次勘察资料，大坝上、下游两侧坝体填土(rQ1)为含砂低液限粉土，具中等压缩性，中等透水性，呈松散-稍密状，填土质量和填筑质量一般；黏土心墙土(rQ2)以含砂低液限粉土为主，部分为低液限黏土，现场注水试验渗透系数K 为2.56×10-4-6.85×10-4cm/s，该土体局部含水量高，干密度偏小，孔隙比偏大，具中等压缩性，局部具中等偏高压缩性，中等透水性，防渗性不满足现行规范强制性条文对黏土心墙坝土料的要求(≤1×10-5cm/s)，故坝身黏土心墙存在渗漏问题；冲抓黏土心墙土(rQ3)以含砂低液限粉土为主，部分为低液限黏土，该土体局部含水量偏高及孔隙比偏大，具中等压缩性，弱等透水性，防渗性不满足现行规范强制性条文对黏土心墙坝土料的要求(≤1×10-5cm/s)。

根据安全鉴定及地质勘探资料分析：坝址左、右两岸坝肩分布全风化花岗岩，具中等透水性，防渗性较差，存在坝基渗漏和渗透稳定问题；河谷处黏土心墙座落于弱风化花岗岩及变质岩上，具中等-弱透水性，防渗性较差，作为坝基持力层两岸岩体均存在坝基渗漏问题，但不存在渗透稳定问题。左坝头上部为全风化花岗岩，具中等透水性，防渗性较差，：右坝头上部为全风化花岗岩，具中等透水性，防渗性较差，右坝肩地下水位高程约116.5m，低于水库正常蓄水位120.75m。故左、右两岸坝肩均存在绕坝渗漏问题，建议进行防渗处理。

3 大坝防渗加固设计

3.1 防渗方案拟定

大坝防渗加固处理拟定以下2个方案进行比较：

方案一：混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是利用专用的造孔机械设备连续造孔，以泥浆固壁，用导管在注满泥浆的槽孔中灌注混凝土而筑成的防渗墙体。

坝顶沿坝轴线连续造孔，灌注混凝土防渗墙，防渗墙在大坝两岸坝肩及坝中部位须伸至不透水层与坝基防渗帷幕紧密衔接。现状坝顶宽度不足8m，不满足混凝土防渗墙最小施工场地宽度要求，可将坝顶开挖至122.60m，相应坝顶宽可达10m，满足施工要求。故混凝土防渗墙高度定为122.60m，防渗墙施工完毕后，坝顶采用黏土填筑至设计坝顶高程，并恢复上下游护坡和坝顶道路，防渗墙厚度60cm，最大深度37.7m。

方案二：高压喷射灌浆

高压喷射灌浆法为将装有特质合金喷嘴的注浆管沿钻孔下到预定位置，利用高压将喷射的浆液或水体与土体颗粒搅拌混合，浆液凝固后形成垂直的防渗体。

坝顶沿坝轴线方向布置高压喷射灌浆孔，共布置1排，孔距1.0m，分序施工。喷射浆液采用水泥黏土浆，要求墙体厚度≥60cm，渗透系数≤1×10-6cm/s，28d 抗压强度≥6MPa，抗折强度≥0.6MPa。

两方案比较见表1。

表1 大坝坝身防渗加固处理方案比较表

上述两种加固处理方案在技术上均可满足坝体防渗要求，投资混凝土防渗墙较大，但高压喷射灌浆对施工技术要求较高，施工质量不易控制，混凝土防渗墙目前应用广泛，施工质量较易把控，综合考虑，确定方案一为推荐方案(混凝土防渗墙)。工程拟定坝体及浅层坝基采用混凝土防渗墙、坝基基岩采用帷幕灌浆防渗方案。由于本工程大坝属于低坝，防渗相对不透水层以透水率q≤10Lu 控制，防渗帷幕伸入相对不透水层5m[1]。

3.2 大坝防渗设计

根据防渗方案拟定，坝体防渗选用混凝土防渗墙方案，按规范要求，防渗墙顶高程取122.60m，底高程伸入强风化基岩不少于0.5m，最大墙深约37.7m，结合坝身防渗处理，左坝肩及右坝肩选用帷幕灌浆防渗方案。

1)防渗范围

对大坝坝体、右岸坝肩23.75m范围及左岸坝肩28m 范围进行防渗处理。

2)墙体材料及防渗墙厚度

混凝土防渗墙体要求K≤1×10-6cm/s，允许渗透坡降>60，设计墙厚采用60cm。根据渗流计算结果，混凝土防渗墙最大渗透坡降Jmax =48.5<[J]=60，墙厚满足设计要求。

图1 大坝防渗纵剖面图

图2 大坝防渗横断面图

4 渗流设计

根据渗流计算成果及地勘资料并经方案比较，本工程防渗体系由混凝土防渗墙和帷幕灌浆组成。

4.1 混凝土防渗墙

液压抓斗混凝土防渗墙顶高程122.60m，成墙厚度为60cm，墙体允许渗透坡降[J]>60，墙底伸入强风化基岩≥0.5m。

4.2 帷幕灌浆

大坝河床坝基基岩为中等透水性，存在渗漏问题。大坝右坝肩岩体具中等透水性，存在渗漏问题，本工程大坝为3 级建筑物，最大坝高38.0m，根据规范，本工程以q<10Lu 作为基岩相对不透水层，帷幕灌浆深入相对不透水层5m，帷幕灌浆采用单排孔，孔距为2m，遇断层破碎带适当加强。

灌浆用水泥标号≥42.5，灌浆施工应满足《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-2014)的要求。

根据大坝加固处理设计，按设计断面进行大坝渗流及坝坡稳定计算[2]。

1)大坝渗流计算

混凝土防渗墙渗透系数取1×10-6cm/s，大坝渗流计算成果见表2。

表2 大坝渗流计算成果表

加固后的大坝0+100 设计断面坝体浸润线在下游排水体中出逸，位置较低。相比现状断面，设计断面各土层渗透坡降明显降低，最大渗透坡降值均小于其允许值。经防渗处理后设计断面计算渗流量Q=0.07m3/d·m，渗流量降低，同时浸润线降低，对坝坡稳定有利。

2)大坝坝坡稳定计算

塘湾水库大坝本次加固采取上、下游坡基本维持现状，计算工况、计算方法、土层力学参数同大坝现状坝坡稳定复核计算[3]。

计算成果见表3。

表3 大坝设计断面抗滑稳定计算成果表

从以上计算成果可知，大坝设计断面上、下游边坡均能满足抗滑稳定要求，设计坝坡满足稳定要求。

5 结 语

文章针对塘湾水库存在的坝肩及坝基渗漏问题，结合大坝坝肩及坝基的地质情况，经过方案比选最终确定了大坝防渗设计方案，大坝加固后的渗流稳定计算结果均满足规范要求，证明塘湾水库采用混凝土防渗墙结合防渗帷幕灌浆的防渗设计方案合理。