小型水库防渗加固处理技术措施

喻维彪

摘要：目前，我国六、七十年代兴建的小型水库，大多经过多年运行，都成为病险水库。这些水库以土石坝居多。而由于种种原因形成的渗漏问题，严重影响到小型土石坝水库的正常运行，危及大坝安全，应引起足够重视。文章结合小水库土石坝防渗加固处理措施，总结分析了小型土石坝防渗加固处理技术及施工方法，以期能为类似工程提供参考经验。

关键词：水库土石坝、防渗加固、处理措施

1 前言

建国初期，为克服水旱灾害，促进工农业生产，改善人民生活，国家鼓励兴修水利工程。各地政府群众结合当地地理条件，共修建5 万余座小型水库。这些水库大多在上世纪六、七十年代修建，在灌溉、防洪、人畜饮水等方面发挥了重大作用。但由于当时历史条件及经验、技术不足等原因，很多水库设计标准偏低，施工质量控制不严，经多年运行后，主要建筑老化，险情不断，工程隐患较多，成为病险水库。土石坝作为小型病险水库的主要坝型，常出现坝体、坝基渗漏、坝坡散浸等渗漏破坏。

2 小型水库土石坝主要渗漏原因

土石坝的渗漏现象一般表现为坝基、坝肩与坝体结合处渗漏，坝后坡散浸、管涌，坝后坡浸润线偏高等。主要原因：

2.1 兴建时施工机械落后，土料不均匀，碾压不密实，心斜墙渗透系数大。再经多年运营，大坝不均匀沉降，心斜墙产生裂缝，形成渗漏通道。

2.2 坝基、坝肩清基不彻底，基岩风化层厚度较大，透水率大，且坝基与坝体间接触破坏，渗漏严重。

2.3 经多年运营，上下游护坡破坏严重，反滤排水设施毁坏或未建。

3 水库土石坝防渗加固处理措施

该水库距县城28km。坝址以上流域面4.13km2，水库于1970年6月开工建设，至1971年12 月完工。水库坝顶高程519.20m，最大坝高19.7m，坝顶长93.4m，宽2.0m，溢洪道堰顶高程515.22m，堰顶宽5.0m。水库总库容153.8 万m3，有效库容84.00 万m3，防洪库容63.23 万m3，死库容3.0 万m3。根据现场观测与土工试验，坝体渗漏主要存在以下问题：① 心墙欠高3.13m，土料不均匀，碾压不密实，渗透系数大；② 坝基、坝肩清基不彻底，且存在岩基强风化层透水率较大的问题，渗漏严重；③ 上、下游无护坡，下游无排水反滤设施。

3.1 心墙欠高部位

该坝坝体上部心墙欠高3.13m，其土体主要残坡积风化壤土，粉质粘土和粘土夹有页岩碎片和粗砾石等，孔隙率大，密实性差，属强透水区，渗透系数达10-4cm/s 级，采取一般灌浆不易处理好此类渗漏问题。目前国内处理同类问题主要采用土体置换法或高喷防渗墙方法等。由于工程高喷防渗墙位于坝体上部，其防渗墙弹模与土体弹模差异较大，且高喷防渗墙属脆性结构，一但坝体发生新的不均匀沉陷，则防渗墙就会发生断裂，形成透水通道，因此，高喷防渗墙方法不宜用于上部心墙。土体置换法即通过人工或机械开挖坝顶心墙欠高部位，重新回填粘土碾压，以达到防渗目的。该方法技术简单，对施工机械要求低，造价低，较适用于小型土石坝心墙欠高处理。

3.2 坝体心墙渗漏处理

心墙坝一般可对心墙采用静压充填灌浆处理，以降低心墙渗透系数。静压充填灌浆参数：根据心墙宽度，初拟孔距2.0m，梅花形布孔， 三序灌浆。灌浆管上端孔口压力小于4.9×104Pa ， 粘粒含量在20～45% 之间， 粉粒含量40～70%，砂粒含量小于10%，灌浆后渗透系数小于1×10-5cm/s。

3.3 心墙底部与基岩连接段防渗处理

由于坝基心墙底部没有建造砼盖板，心墙粘土与风化基岩直接接触，灌浆时难以升压，致使孔口处帷幕效果较差。此类问题解决方法主要有高压旋喷技术和固结托底技术。高壓旋喷灌浆，据其旋转喷射压力形成直径大小切割搅拌土体，灌浆后形成墙体。固结托底灌浆，属悬挂式固结灌浆。首先将灌浆深度的底部进行封闭，不能将大量的浆液扩散到有效深度以下，而要使浆液沿水平方向扩散，形成一个浅层水平固结灌浆层（即帷幕灌浆孔顶板）。帷幕灌浆孔顶托板的形成，高压旋喷和固结托底灌浆均可满足要求。相比之下，高压旋喷需专门的灌浆机械，而固结托底灌浆可与帷幕灌浆同孔同设备即可完成，投资也相对较低。一般选用固结托底灌浆形成帷幕灌浆孔顶板。托底固结灌浆的具体作法为：

（1）试探性灌浆。一般先制配两种浓度的浆淮，一种是标准浆，一种是稠浆。当基础孔隙孔径不大时，采用标准浆，当孔隙孔径较大时采用稠浆。当采用标准浆时，通过计算，随灌入浆量的增加，而浆面同步上升，则可采用一般标准浆灌浆，当不能同步上升，说明孔隙直径偏大，应采用稠浆灌入。

（2）间歇式灌浆。当孔隙直径过大，采用稠浆还不同步上升时，此时可采用间歇式灌浆，在灌入一定的浆量后，间歇一段时间待初凝后，再灌入一定浆量，直到将最大孔洞灌满为止。

（3）交替式灌浆。间歇式用时较长时，也可改用交替式灌浆，交替式是先灌浆液，再灌砂砾，然后再灌浆液，如此反复，直到托底为止。再进行稠浆灌浆，最后用标准浆淮加压灌浆，使其浆液扩底固结灌浆目的。

3.4 坝基、坝肩防渗处理

该水库坝基为砂岩，表层存在厚度为0～2.5m 的强风化层。坝基岩体呈强至弱风化状，心墙粘土与风化基岩直接接触，存在渗漏通道。为阻断坝基处渗流，根据地质剖面图，采用坝基进行帷幕灌浆，灌浆范围为沿坝轴线对坝体基岩进行全断面灌浆。水库库岸靠近大坝左坝肩处有一小型断裂，走向近北东向，其岩性为白云质灰岩，恰沿断层发育，从大坝上游侧直接贯穿至背水坡溢洪道附近，在大坝上下两侧形成良好的水力通道，导致大量库水从此渗漏。且大坝左坝肩处岩层微倾向左岸下游，顺层裂隙发育，从左坝肩钻孔揭示：上部岩体透水率大于100Lu，透水性强。需对坝肩进行帷幕灌浆处理。帷幕灌浆参数：帷幕深度以Lu≥10 为控制，据地质钻探剖面，初拟河床段灌浆深度8～12m，左坝肩灌浆深度10～15m，右坝肩灌浆深度12～13m，随透水率Lu 值改变而改变。孔距2.0m，单排，二序灌浆。

3.5 下游坝坡及反滤排水

坝后坡采用草皮护坡。坝后坡排水增建纵横排水沟。纵向排水设在马道内侧，断面0.3×0.4m，浆砌块石结构，水泥砂浆抹面。根据山区特点，在坝山结合部设立横向排水沟，横向排水沟断面0.3×0.4m。根据水库坝体的特点，选用贴坡式排水体，排水体由粗砂0.2m，卵石0.2m，块石0.4m 组成，水平段长1.5m，贴坡体边坡与大坝边坡同坡，斜坡体高2.0m。

4 结束语

小型水库土石坝防渗加固处理关系到坝体稳定，居民社会生产生活安全，意义重大。在分析小型水库土石坝存在的共性渗漏问题基础上，结合防渗加固实例处理技术及工程施工方法实践的经验，以供类似工程借鉴与应用。