防渗处理设计在水库除险加固工程中的应用

杨 奎

(浙江省水利水电勘测设计院惠州分院，浙江 惠州 516000)

1 工程概况

惠东县平山街道上屋仔水库位于惠东县平山街道东南部，距县城约5km，属于西枝江水系。上屋仔水库坝址以上集雨面积0.93km2，干流长度1.74km，河流坡降I=0.094。上屋仔水库枢纽工程由主坝、溢洪道、输水涵管各一座组成，水库总库容为83万m3，正常库容58万m3，有效库容为41万m3，死库容17万m3。设计洪水标准按20a一遇，校核洪水标准按200a一遇。

上屋仔水库始建于1958年，施工质量较差，又于1976年扩建水库，培厚主坝后坡，1979年特大洪水时，主坝被冲毁，1980年修复，上屋仔水库在2002年3月1日进行加固建设。上屋仔水库建库时，由于当时设计标准低，施工质量较差，筑坝前未进行过地质勘察工作，坝基工程地质条件未查明，坝身填筑质量差，工程可能存在着安全隐患。

2 水库渗漏现状分析

2.1 水文地质

根据现场地质测绘，坝址区的地表水体主要为河水，分布较广泛。地下水类型主要以基岩裂隙水为主。基岩裂隙水主要以块状岩类裂隙水为主，主要分布在强、弱风化岩带中，由地表水补给，水量较为丰富。坝体地下水埋深9.40(BZK1)，稳定水位相对应高程35.29m。勘探时库水位约40.00m，主坝体地下水位略低于库水位约3.0-4.0m，可见地下水主要受库水的补给，向下游排泄，有产生绕坝渗漏的可能性，但大坝运行至今未发现绕坝渗漏现象。

2.2 坝基、坝肩渗透

坝基由粉质黏土及全-强风化基岩带组成。根据现场注水试验成果，上段粉质黏土渗透系数K值为9.77×10-6cm/s，属微透水；下段粉质黏土渗透系数K值为6.70×10-5cm/s，属弱透水；凝灰岩全风化带渗透系数K值为7.71×10-5cm/s，属弱透水层；坝基渗漏问题不突出。两岸坝肩覆盖凝灰岩残坡积土及风化土，山体雄厚，坝首未发现低于水库正常蓄水位的垭口和邻谷，也没有发现通往邻谷的构造断裂带，故坝肩渗漏问题不突出[1]。

2.3 坝体渗漏

坝体由粉质黏土填筑而成，局部含少量碎块、砂，均匀性较差，渗透系数K值平均值为4.75×10-4cm/s，属中等透水性，坝体填筑土抗渗性能不满足渗透系数<1×10-4cm/s的要求，建议对坝体进行防渗处理及大坝在原有基础上加宽[2]。

2.4 坝基及坝肩渗漏

坝基由粉质黏土及全-强风化基岩带组成。填土与原土接触紧密，防渗效果比较好，无接触带渗漏。两岸坝肩覆盖凝灰岩残坡积土及全风化土，山体较雄厚，抗渗透的能力较强，未发现绕坝渗漏现象[4]。

2.5 坝基稳定性及渗透变形

坝基由粉质黏土全-强风化基岩带组成，属于良好地基土。根据运行五十余年情况及工程地质条件综合分析，不存在坝基深层滑动问题。坝基容易产生渗透变形的土层为质黏土及全风化带，其渗透变类型为流土型，建议设计上对坝基进行渗透稳定性复核[5]。

2.6 溢洪道

溢洪道位于大坝右岸，由山体开挖形成，两侧有挡土墙，底板为混凝土护面，目前没有崩塌、滑坡等不良物理地质现象。溢洪道地基持力层粉质黏土，底板为混凝土面，抗冲刷能力强。

3 防渗处理设计库除险加固工程中的应用

3.1 做好前期准备及勘察工作

在上屋仔水库除险加固工程的实施之前，防渗处理设计的应用需做好前期准备与勘察工作，为工程有序开展提供支持[6]。做好当地水文、水质等具体情况及资料的勘察与准备，加强对土壤含水率、渗透系数等相关数据的了解，获取灌溉地形图等相关图纸与信息。

3.2 灌浆技术施工设计

1)台阶布置。将施工平台搭设在进水口，选择0.5的混凝土盖板。灌浆技术在应用中，施工需与该部位混凝土浇筑同时结束，所以0.5m厚贴坡混凝土难以提前形成。通过设置台阶式灌浆平台，能确保混凝土浇筑的可靠性。台阶宽、高及最大混凝土盖分别为3.2m、15m、10m[7]。

2)水泥浆制浆站。为确保工期，避免对施工产生影响，采取集中制浆的方法。将制浆站设置在工程上游围堰右侧，确定制浆站的面积与水泥存储量分别为15m×10m、180t以上。

3)排污设计。在绿色发展理念下，本次除险加固工程遵循绿色施工理念，要做好污水排放设计工作。塔体混凝土预埋Φ219排污管，并将二次回填槽预留在管口。确定预留槽尺寸为60cm×60cm×60cm。利用排污管道，将处理后的污水排放到设计好的地方。

3.3 大坝防渗灌浆要点

3.3.1 坝体部分

塑性指数：规程要求塑性指数7-17，塑性指数在12.0-14.0范围内，平均值为13.0，满足规范7-17的要求。坝体由粉质黏土填筑而成，局部含少量碎块、砂，均匀性差。根据现场钻孔注水试验资料统计，坝体填筑土现场注水试验渗透系数K值为1.73×10-4×10-4cm/s，渗透系数K值平均值为4.75×10-4cm/s，属中等透水性。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》(SL189-2013)均质坝防渗土料渗透系数要求，坝体填筑土抗渗性能不满足渗透系数<1×10-4cm/s的要求，建议对坝体进行防渗处理。

3.3.2 坝基与坝肩部分

根据地勘资料，大坝的坝基由粉质黏土及全-强风化基岩带组成。坝基渗漏问题不突出。两岸坝肩覆盖凝灰岩残坡积土及风化土，山体雄厚，坝首未发现低于水库正常蓄水位的垭口和邻谷，也没有发现通往邻谷的构造断裂带，故坝肩渗漏问题不突出。防渗起点是B0+000，截止桩号为B0+258处，共计防渗长度258m[8]。

3.4 坝址区边坡开挖坡比建议

大坝坝体各部位透水性不均匀，总体呈中等透水状态。从标准贯入实验及天然孔隙比看，大坝填土不均匀，主要呈稍实状态，密实度欠佳。根据工程经验，考虑到地下水、主要软弱结构面及初始应力状态的影响，基于安全考虑提出边坡开挖坡比建议值见表1。

表1 坝址区边坡开挖坡比建议值表

3.5 设计方案

3.5.1 方案一：坝体劈裂灌浆

用一定的灌浆压力，将坝体平行坝轴线钻孔两排，同时灌注合适的泥浆，进行控制性劈裂灌浆，形成铅直连续的防渗帷幕。

3.5.2 方案二：高压摆喷灌浆

高压喷射水、气或浆切割地层，灌注水泥浆，切割和置换土层部分细粒土，形成墙体。高压摆喷采用三重管法施工，折角20°，摆角20°，摆喷折接，孔距1.5m[9]。

3.5.3 方案三：混凝土防渗墙

采用液压抓斗成槽或冲击钻成槽，浇筑塑性混凝土，形成的连续密实的墙体。首先需平整场地、铺设枕木、架钢轨、修导向槽；钻孔成槽并浇筑混凝土；相邻槽段连接，常用于大型工程。三种方案的比选见表2。

表2 大坝防渗处理方案比选

从表2中可以看出，采用劈裂灌浆优点是设备简单，施工速度快，造价较低，但其耐久性稍差，防渗墙厚度较小；采用塑性混凝土防渗墙加固施工质量容易保证，防渗效果好，耐久性好，但考虑到现状坝顶宽度不够，而塑性混凝土防渗墙施工要求作业面大(13m以上，需降低坝顶高度2.5m)，造价较高，速度较慢[10]。

综上所述，本次水库大坝的防渗处理采用设备简单，施工速度快，固结强度大、防渗可靠性高的高压摆喷灌浆方案对大坝进行防渗加固。

4 结 语

防渗处理设计在水库除险加固工程中发挥着重要作用，能有效提升水库安全性与可靠性。在具体设计运用中需做好前期准备工作，并做好坝体部分、坝基部分的处理，同时也要对三种灌浆方案进行对比，最终确定法可靠合理的灌浆方案，为水库除险加固提供帮助。未来，对于水库除险加固施工依然是重点，防渗处理设计是人们关注的重点，需不断做好细节控制，确保施工质量。