水利工程中坝体防渗技术处理

姜春艳

（黑龙江省隆业水利水电工程建设有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001）

1 某水库坝体状况简述

某水库工程由于建设周期长，施工管理问题多，施工质量不高，未达到设计要求。工程建成后，一直带病运行，特别是主坝坝体、右坝肩、溢洪道基础等部位均存在比较严重的渗漏，不仅危及工程安全，也限制水位的抬高，使大坝不能正常蓄水，灌溉面积一直受到限制，发挥不了应有的效益。根据建设、运行情况和实地查勘，该水库工程目前存在的问题主要有:粘土斜墙由于不均匀沉降出现过开裂，坝体渗漏；主坝基础漏水；大坝右坝肩绕坝渗漏严重；溢洪道底板和尾端水毁严重，排水失效。以上险情中，渗漏为重中之重，特别是主坝坝体、坝基、坝肩均有渗漏，水库枢纽加固除险的核心是防渗和抗渗。

2 坝体防渗技术方案确立

2.1 通过室内外土工试验，系统研究压实粘土的抗拉特性。

2.2 结合有限元计算分析，研究不同细粒含量心墙土料可能的破坏型式，发生破坏的条件及其影响因素等，对防渗土料发生水力劈裂或渗透破坏的内在机制进行研究和分析。

2.3 采用大型土工离心机模型试验等物理模拟手段，模拟高土石坝的施工和蓄水条件，研究心墙水力劈裂及坝体裂缝产生、发展的机理，探索高土石坝抗裂防渗的工程措施。

2.4 对心墙堆石坝的计算分析方法和程序进行完善，发展三维有限元仿真算法，提高心墙水力劈裂可能性和裂缝发生预测分析的可靠性。

2.5 在以上研究分析的基础上，配合现场勘探资料和观测结果，提供系统的加固处理设计方案，并指导实施。

3 坝体防渗设计实施

随着坝工建设的发展，新的土石坝防渗加固技术不断出现。坝体防渗处理技术主要包括:机械造槽法混凝土防渗墙技术、高压喷射灌浆防渗技术、劈裂帷幕灌浆技术、振动沉模防渗板墙技术、土工膜防渗技术、套孔冲抓法防渗墙技术和倒挂井法防渗墙技术等等。而振动沉模防渗板墙技术造墙深度目前只能达到20m左右；土工膜防渗技术采用的土工膜容易破裂、脆裂和老化，可靠程度较低；套孔冲抓法防渗墙技术主要适用水上施工，对水下或浸润线以下施工比较困难，对填筑比较松散的坝体容易塌孔，下孔检查安全性差；倒挂井法安全性差，工期长，且需库水位降低。因此，对于土坝防渗处理技术，目前国内采用较多且技术比较成熟的主要有:机械造槽法混凝土防渗墙技术、高压喷射灌浆防渗技术和劈裂帷幕灌浆技术。但劈裂帷幕灌浆技术适用于坝高较低，土坝坝体疏松或存在裂缝、涸湿、漏水及渗透变形等问题，由于本坝坝高较高，劈裂灌浆处理不适合。

3.1 混凝土防渗墙技术和高压喷射灌浆防渗技术可在坝体内形成一道渗透系数可达10-6～10-7cm/s的防渗体，本工程主要对此两种方案进行比较两方案均具可操作性，施工技术均较为成熟、安全、可靠，工程经验较丰富。从投资方面看，方两方案投资相差较小。但就本工程而言，根据大坝钻孔资料，175-185m高程区段粗粒径含量明显大于上、下相临区段，坝体中粒径8～20cm含量为10-30%。采用高喷技术施工要求较高，施工质量较难控制，防渗效果较难达到预期效果。参考目前国内外土坝防渗处理经验，采用混凝土防渗墙防渗的土坝，多数工程运行效果较为理想。因此，坝体采用混凝土防渗墙防渗，对于坝基采用帷幕灌浆相结合的方案。

3.2 复合土工膜设计。复合土工膜的铺设范围是主坝死水位以上的全部上游面及周边3m范围内。具体为主坝轴线180m外的左右各3m，共186m；起始高程270.00m，顶部达到坝顶310.00m高程。

某水库校核洪水位308.70m，铺膜最低水位270.00m，土工膜工作水头较高，达38.70m。根据规范SL210－98要求，本工程选用PE材料的二布一膜型复合土工膜。参照类似工程，依据厂家试验资料和数据选用对应厚度的材料。设计选用的复合土工膜特性为:PE膜厚度为0.5mm（可大于0.5mm），总厚度不小于1.5mm。参数为:450g/0.5PE/450g。复合土工膜的渗透系数至少为1×10-11～1×10-12cm/s。完全满足要求。根据规范要求，进行抗滑计算。

复合土工膜与坝坡整平层的抗滑稳定经计算，施工期抗滑系数:K＝1.6>1.4，水位降落期K＝1.26>1，均满足要求。蓄水后水压力通过土工膜对下垫层产生很大压力，抗滑安全系数必定很大，能够满足要求，不做计算。复合土工膜与保护层的抗滑稳定保护层的底层为沙壤土，根据相关资料，采用无纺布与碎石土的摩擦系数:干-摩擦角30.4°，湿-28.9°。施工期:K＝2.04；蓄水期:K=2.45；水位降落期:K＝1.8>1.4，满足要求。

3.3 土坝劈裂灌浆技术是提高坝体防渗能力和改善土坝应力状况的一种加固坝体的技术措施。其技术要点为:

3.3.1 运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿轴线方向劈裂，同时，灌注合适的泥浆，形成垂直的防渗泥墙，并堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力。劈裂灌浆的布孔，应按槽段等不同部位分别布孔设计。在河槽段，一般沿坝轴线单排布孔，如果坝体普遍碾压质量不好时，可双排或3排布孔。在岸坡段和弯曲段，应适当缩小孔距，并应进行布孔设计，确定灌浆方法。

3.3.2 造孔深度应较隐患部位增加2～3米，泥墙的设计厚度一般可采用5～20厘米，应根据土坝土质、坝高情况等合理确定。泥墙的设计容量，可根据不同的土坝，不同的灌浆方法和浆液中粘粒含量多少提出要求，灌浆一年后应为1.4～1.6吨/立方米。为加速浆液凝固和提高后期强度，可掺入适量水泥，水泥掺量可为15%左右，必要时通过试验确定。

3.3.3 灌浆允许压力应经计算和现场试验确定。灌浆应采用孔底注浆全孔灌注和分序灌注。该技术适用于坝高50米以内的均质坝和宽心墙坝。对于坝高50米以上的均质坝和宽心墙坝以及窄心墙坝要经过充分论证后确定。

结语

水库根据水库实际工程地质条件，通过方案比较，坝体采取塑性砼防渗墙防渗处理措施，取得较好的防渗效果，可为其他工程建设提供经验和设计参考。在该水库防渗加固任务中，除了引用复合土工膜设计和混凝土防渗墙技术和高压喷射灌浆防渗技术外，在细节上通过引进水泥土搅拌桩防渗墙技术工艺和设备，用水泥浆做固化剂，用VC折行截渗桩机将水泥浆喷入土层，使水泥、土体和水硬结成为具有良好的整体性、稳定性、不透水性，并具有一定强度的水泥土防渗墙，从而起到土基库坝体的防渗作用，采用3-5组的水泥土搅拌桩机实施防渗墙技术较为适合该水库的防渗处理。

[1]杨志波，姜彩霞，孟佳宁.截渗墙在干渠堤段除险加固中的作用[J].水利科技与经济，2007（04）.

[2]李国齐，赵厥瑞.劈裂灌浆法在处理土坝裂缝中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2003（03）.