大洋河水库除险加固工程大坝防渗方案选择

黎 云

（广西桂禹工程咨询有限公司，南宁 530023）

1 项目概况

大洋河水库是一座以灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的中型水库。本次除险加固复核大洋河水库总库容为1103万m3，正常蓄水位为80.08 m，死水位为70.58 m。水库按100年一遇洪水设计，相应的设计洪水位为80.58 m；1000年一遇洪水校核，校核洪水位为80.77 m；消能防冲按30 年一遇洪水设计。大坝及放水设施等主要建筑物级别为3 级，水库进水渠、水库进水闸为4级建筑物，附属大莫支渠及其进水闸为5级建筑物。

2 大坝防渗存在的问题

大洋河水库总共有3 个主坝和15 个副坝共计18座均质土坝。各大坝主要存在的问题：坝体填土渗透系数及压实度均不满足规范要求；坝基清基不彻底，存在渗漏隐患，部分大坝坝脚有渗漏点。二副坝、三副坝以及六副坝、九副坝～十三副坝坝高较小，现场检查无明显渗漏，现状坝体渗流稳定计算成果满足规范要求或加设排水棱体后降低浸润线使坝体加固后渗流稳定计算成果满足规范要求，不考虑进行防渗加固处理。考虑到一主坝～三主坝、四副坝、五副坝、七副坝、八副坝、十四副坝以及十五副坝坝高较高，其中一主坝～三主坝、四副坝、十四副坝及十五副坝现场检查有明显渗漏，五副坝、七副坝以及八副坝现状坝体渗流浸润线在下游坝坡出逸点高，浸润大部分坝体，渗流不安全，本次除险加固对其进行防渗加固处理。

3 大坝防渗方案设计

本次设计根据各大坝的坝高、坝体的填筑质量、坝基地质条件以及运行过程中大坝防渗存在的问题，并结合地质勘察成果进行分析，考虑各大坝的防渗方案。结合本工程坝顶坝体宽度满足规范要求的特点，针对各大坝的防渗加固，考虑到水平防渗方案需大范围延长坝长，涉及两岸用地较大，施工实施较困难，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。

拟进行防渗加固的大坝坝高范围为3.8～18.5 m，坝顶宽度均满足满足规范要求。根据地质勘察成果，大坝地层从上到下分别为坝体填土、残坡积土、全风化土、强风化泥质粉砂岩和微风化泥质粉砂岩，各坝体填土主要来源于泥质粉砂岩全风化土和坡残积土层，坝基为泥质粉砂岩。由于一主坝坝高最高，大坝存在的渗流问题最明显，本次选取一主坝为代表进行防渗加固处理方案的拟定。

3.1 防渗方案比较

一主坝坝体填筑土主要来源于泥质粉砂岩全风化土和坡残积土层，坝体填土渗透系数为8.86×10-4cm/s（平均值），大于1×10-4cm/s，属中等透水性，不满足规范要求。建坝时清基不彻底，坝基和坝肩持力层仍残留有残坡积土，透水性较强。左侧坝基弱风化岩体透水率一般为1～7 Lu，为弱透水层，可满足设计要求坝基透水率q小于10 Lu的防渗要求。右侧坝基弱风化岩体的透水率一般为16～40 Lu，为中等透水层，厚度一般为6～9 m，不满足设计要求坝基透水率q小于10 Lu的防渗要求，坝后坡脚存在渗漏问题。

目前坝基防渗加固处理方案较单一，主要采用帷幕灌浆；土坝坝体防渗加固处理主要有塑性混凝土防渗墙、高压旋喷灌浆、上游黏土斜墙等方案。

上游黏土斜墙防渗方案存在如下缺点：①黏土斜墙工作面小，碾压机械碾压困难，规范要求的压实度难以保证；②黏土斜墙为新建坝体，与旧坝体黏土存在结合不佳的问题；③黏土斜墙设置于大坝上游，挤占水库部分库容；④黏土斜墙对填土料要求较高，需设置专用土料场，大规模开采土料，对环境、生态影响大。基于上游黏土斜墙防渗方案的上述缺点，本次不考虑采用上游黏土斜墙防渗方案。

本次一主坝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”两种型式进行方案比选。

3.1.1 方案一：塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆

坝体塑性混凝土防渗墙布置在坝轴线下游侧2.45 m 处，防渗墙穿过坝基覆盖层，并嵌入岩层1.0 m。防渗墙长348 m，最大墙深18.3 m。塑性混凝土防渗墙厚600 mm，抗渗等级W6，允许渗透坡降50～60。

考虑到坝基残坡积土层透水性较大，坝脚有渗漏现象，因此对坝基和坝肩全线进行帷幕灌浆。帷幕灌浆沿防渗墙轴线单排布置，灌浆总长1553 m，最大孔深15.4 m。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2020），并根据本工程的实际情况参考类似工程，初步选定帷幕灌浆孔距为2 m，单排布孔。帷幕灌浆上限为塑性混凝土防渗墙下限线，帷幕灌浆下限为单位透水率10 Lu的相对隔水层以下5 m。

3.1.2 高压旋喷灌浆＋帷幕灌浆

高压旋喷灌浆与帷幕灌浆轴线布置在坝轴线下游侧2.45 m处，单排布置，总长5117 m，帷幕灌浆总长2364 m。坝体及坝基至岩土分界线以下1 m范围进行高压旋喷灌浆，高压旋喷灌浆最大孔深19.0 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1 m，帷幕灌浆孔距为2 m。帷幕灌浆上限为高压旋喷灌浆下限线，帷幕灌浆下限为单位透水率10 Lu的相对隔水层以下5 m。

3.2 大坝防渗加固方案的确定

一主坝坝体填土以全风化泥质粉砂岩和残坡积土为主，坝基下伏基岩为泥质粉砂岩，最大坝高为18.5 m。两防渗加固方案均适用于本工程的防渗加固。

塑性混凝土防渗墙方案的优点是技术安全可靠性高、防渗效果好；其缺点是施工技术较复杂，施工速度较慢，施工周期较长，心墙刚度较大，心墙把大坝分为上、下游两部分，对坝体结构影响较大，且投资较大。

高压旋喷灌浆方案的优点是施工技术简单，施工速度较快，施工周期较短，心墙刚度较小，对坝体结构影响比较小，且同等条件下投资比塑性混凝土防渗墙方案节约135.72 万元。缺点是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。

大洋河水库现状坝顶宽度约5～6 m，采用塑性混凝土防渗墙方案时，原坝顶宽度不能满足防渗墙施工时至少8 m 宽的施工平台的要求，需开挖现状坝顶高程降低0.8 m，才能保证施工平台的宽度，破坏原坝体结构，施工完后需恢复坝顶，恢复坝顶填土层较薄，新旧填土结合处理难度大。且根据广西大中型水库土石坝除险加固工程的施工经验，高压旋喷灌浆防渗墙已得到普遍应用，技术已比较成熟，如：桂平市布新水库、钦北区京塘水库、贵港市平龙水库等。施工噪音低，可灌性强，可靠性高，防渗效果较好。选择具有良好资信、丰富的高喷灌浆施工经验、先进造孔机械设备和技术的施工承包商承担施工，可以确保灌浆效果。大洋河水库坝高不高，采用高压旋喷灌浆方案比较适于本工程实际。

综合分析，本阶段推荐采用“高压旋喷灌浆＋帷幕灌浆”方案。

3.3 主要设计参数

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距为1 m，灌浆顶高程根据各坝体实际浸润线确定，灌浆下限线穿过坝基覆盖层，并嵌入岩层1.0 m。初步选定帷幕灌浆孔距为2 m，单排布孔，灌浆上限为高压旋喷灌浆下限线，灌浆下限为单位吸水率10 Lu的相对隔水层以下5 m。

4 结语

本次大洋河水库经过灌浆处理后的水库大坝防渗性能满足规范的要求，有效消除大坝存在的安全隐患，确保枢纽工程安全平稳运行，使水库的综合效益得到正常发挥，保障下游灌溉用水需求，对灌区的恢复、改造以及提高灌溉保证率有重大意义，为地区经济发展提供坚实的安全保障。