龙门水库防渗处理方案比选及治理效果分析

郎 颖

（抚顺市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁 抚顺 113008）

0 引 言

龙门水库修建于建国初期，当地村民为解决农田灌溉问题，采用当时土方法修建的简易水库，水库自建成以后一直渗漏，根本存不住水，渗漏问题是这个水库的最大隐患。用抓斗挖掘机在坝前开槽作地下连续墙和帷幕灌浆来解决水库防渗问题，这种方法同时也是国内外比较常用的方法。防渗墙材料通常采用C5塑性混凝土（水泥中掺用膨润土），它的特性是有一定的塑性，能够适应微量变形，渗透系数能达到10-8cm/s，此种方法防渗效果良好。

1 工程概况

龙门水库位于绕阳河支流黑鱼沟河上，北镇市龙岗子村境内，以防洪、灌溉、水产养殖、兼顾未来城市供水为主的小(1)型水库。坝址以上流域面积13.4km2，河道长5.74km，河道比降91.6‰。水库总库容为147.78万m3，枢纽等别为IV等，永久性建筑物为4级。水库包括主坝、副坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。主坝坝长164.46m，副坝坝长637.21m，大坝上游坡比为1:3.5，下游坡比为1:2.5，上游坡采用0.3m厚的块石护坡，0.2m厚的碎石和0.1m厚砂垫层，下游坡采用0.2m厚的碎石垫层和0.1m厚的砂垫层，坡脚设贴坡排水体。

溢洪道开敞式正槽溢洪道，由进口段、堰体控制段、收缩段、陡槽段、消力池和下游海漫段组成。堰型为驼峰堰，溢流堰净宽40m，堰高0.5m。

输水洞洞中心线位于大坝桩号0+137.71处，为0.75m×0.75m方形有压洞，洞全长77m。

2 工程地质概况

2.1 坝体（主坝）与坝基评价

主坝坝体内部由人工夯实的粉土组成，坝壳由黏性土混合砂砾组成，勘测期坝体内外水位差4.1m，由水库内渗流出的水汇聚于坝体外侧输水洞出口，此处属严重漏水段之一，坝基中风化花岗岩渗透性等级为弱-中等透水，判定坝体出现的渗流现象主要为库水通过岩基裂隙向库外渗流及坝体与坝基之间也存在渗流。坝体物理力学指标统计表，见表1。

表1 坝体物理力学指标统计表

2.2 坝肩条件及评价

据坝肩位置钻孔揭露地层情况，坝肩与坝体基岩之间接触部位为第四系坡残积形成的含砾粉质黏土⑤层。坝肩的物理力学性质指标、渗透特性，统计结果详见岩土物理力学指标统计表（表2）[1]。

表2 岩土物理力学指标统计表

2.3 副坝工程地质条件及评价

副坝位于主坝左侧，为天然岸坡。据钻孔揭露地层情况，副坝属天然岸坡，上部主要由粉土层、砾砂层组成，下部为基岩。库水通过砾砂层大量向库外渗流。副坝物理力学性质指标等统计结果详见岩土物理力学指标统计表（表3）。

表3 岩土物理力学指标统计表

2.4 溢洪道工程地质条件及评价

据溢洪道位置钻孔揭露地层情况，溢洪道内地层由素填土层、粉土层、砾砂层组成。溢洪道出口外侧河床内，存在渗流现象，根据现场调查，水库内水面与溢洪道出口外侧水面高差约3.8m，雨季时随着水库内水位升高，溢洪道出口外侧渗流现象较强。判定溢洪道出现的渗流现象，主要为水库内水体通过砾砂层向库外渗流。溢洪道物理力学性质指标、渗透特性及防冲特性，统计结果详见岩土物理力学指标统计表（表4）。

表4 岩土物理力学指标统计表

2.5 输水洞工程地质条件及评价

输水洞结构型式为浆砌石方涵，洞径0.75m，洞长60m。输水洞围岩主要为强风化花岗岩，根据现场调查，输水洞出口段现已破坏，输水洞出口外侧存在渗流现象[2]。

3 水库渗漏分析

龙门水库于1956年兴建，1958年完工，至今枢纽工程已经运行57a，主要建筑物都存在安全隐患，水库一直存在渗漏问题，主要表现在：

主坝部分基槽处理不彻底，只开挖到全风化岩，全风化岩透水性为2.5×10-3cm/s，是大坝产生渗漏主要原因之一。

副坝基础为透水性很强最大厚度达17.9m的砂砾层组成，基岩埋深比主坝和溢洪道还低，属于古河道，通过此层大量库水向库外渗漏。由于施工时坝体碾压不密实， 填筑质量很差，在坝体沉陷过程中，岸坡接触部位很容易产生裂缝，从而产生漏水通道。

溢洪道布置不合理，原为古河道，基础为强透水的砂砾石层组成， 溢洪道出口外侧河床内，存在渗流现象，雨季时随着水库内水位升高，溢洪道出口外侧渗流现象较强。

输水洞下游有渗水坑，分析原因由于坝体与输水洞接触部位碾压不密实造成的渗漏。

4 大坝防渗加固方案比较

4.1 地下防渗线路比选

水库库区主坝部位及大坝右岸山体岩脉延伸，其余部位均为第四系冲积台地，副坝上游与交通道路相接的部位岩基埋深最低，砂砾石层最厚，是古河道，故副坝防渗墙继续往上游延伸沿公路往山坡封闭较为经济，本次设计采用沿公路封闭方案[3]。

经钻探资料显示，在河流左岸副坝基础，副坝坝坡外侧比内侧基础砂砾石层厚度加深现象，因此，防渗处理还是在位于副坝内侧进行是最合适最经济的封闭方案。

4.2 防渗方案比选

4.2.1 拟比选防渗方案

方案一：防渗墙和帷幕灌浆方案。

在副坝上游坡脚用液压抓斗机开0.4m宽的槽，挖至全风化岩层，在槽内放入间距为1m的钢管，浇注C5塑性混凝土，待混凝土强度达到80%后，对岩基进行钻孔至中风化岩层，进行帷幕灌浆防渗[4]。防渗处理范围为大坝桩号0+000~0+901.67，包括主坝、副坝、溢洪道堰体和公路基础。

方案二：高压摆喷灌浆方案。

在大坝上游坡脚用150型地质钻机钻孔至全风化岩层，高压台车就位，安装管路，对孔内进行高压喷射灌浆。灌浆范围大坝桩号0+000~0+901.67，包括主坝、副坝、溢洪道堰体和公路基础。

方案三：库底土工膜防渗方案。

在整个库底基础土方开挖深度为0.4m，然后回填0.3m厚黏土层，进行土方压实平整，在黏土层上铺设土工膜，在土工膜上回填0.4m厚黏土层，土工膜上的黏土层铺设高程为与主坝、副坝，副坝对岸岸坡坡脚黏土坡相接，然后进行土方压实。

4.2.2 防渗方案的选择

本次除险加固比较的3种方案为：大坝上游坝脚做混凝土防渗墙和帷幕灌浆（方案一）、大坝上游坝脚做高压旋喷灌浆（方案二），库底土工膜防渗方案（方案三），并根据其优、缺点和投资比较选择最佳方案。

方案一：混凝土防渗墙和帷幕灌浆方案。

优点：防渗效果好， 使用年限长，投资较低，彻底解决水库渗漏问题。

方案二：高压旋喷灌浆方案。

缺点：只能灌至全风化岩，全风化岩以下无法进行防渗处理， 水库运行后仍然会有少部分渗漏。投资造价较高。

方案三：库底土工膜防渗方案。

优点：防渗效果好。

缺点：施工面积较大，工程质量很难保证，库区无人管理，容易造成人为破坏，投资造价高。

大坝防渗方案投资比较表，见表5。

表5 大坝防渗方案投资比较表

经分析比较选投资最少，防渗效果较好的混凝土防渗墙和帷幕灌浆方案。

5 水库防渗墙及帷幕灌浆布置

桩号0+000~0+100坝顶为山上，现状高程满足要求，对此段进行帷幕灌浆处理。

桩号0+100~0+164.46之间基岩埋深很浅，在大坝上游侧的坝脚开挖到强风化岩底部，做2m宽，厚0.4m的混凝土盖板，盖板下钻孔，做帷幕灌浆防渗处理，盖板以上回填黏土防渗。主坝左右坝肩作开挖回填黏土防渗处理[5]。

桩号0+164.46~0+202.3之间坝基为较完整的强风化岩，在大坝上游坝脚只进行帷幕灌浆。

桩号0+202.3~0+237.2之间坝体与基岩之间存在较厚的砂砾石层，进行防渗墙和帷幕灌浆处理。

溢洪道基础为砂砾石层，在溢洪道左右岸导流墙基础和上游堰体下进行防渗墙和帷幕灌浆处理。

桩号0+237.2~0+901.67之间副坝坝基为较厚的砂砾石层，进行防渗墙和帷幕灌处理浆[6]。

6 结 语

因为渗漏会造成水库的水量损失，水库蓄不住水，无法实现水库效益，通过防渗处理能够使水库正常发挥效益。所以龙门水库拦河坝的防渗问题是水库除险加固的重要问题，龙门水库拦河坝采用400mm厚C5塑性混凝土防渗墙及防渗墙下帷幕灌浆方案，用抓斗挖掘机开挖过程中会遇到大卵石挖不到基岩的特殊情况，防渗墙下帷幕灌浆能够补救此种缺陷，抓斗开挖深度突变处很可能是遇到大卵石地段，此处灌浆量也突增，遇到此种情况应加密灌浆的方法处理。防渗墙下灌浆能够彻底解决了坝下渗漏问题，龙门水库大坝渗漏问题经采用混凝土地下连续墙和帷幕灌浆方法处理后，几年运行效果良好。