某小型土石坝坝体坝基防渗处理措施

某小型土石坝坝体坝基防渗处理措施

李长松

（合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥 230009）

摘要：某土石坝已运行40多年，由于坝基清基不彻底，坝体填筑质量较差，正常蓄水位运行时坝后出现渗漏，局部存在渗漏通道（管涌），经综合比较采用冲抓套井回填粘土防渗墙方案，防渗处理后坝后再没有出现渗漏点，渗流得到有效控制。

关键词：土石坝；渗漏；冲抓套井回填粘土防渗墙

1 工程概况

某水库位于淮河流域池河水系桑涧河上游，水库集水面积9.44km2，是一座以灌溉为主，结合防洪和水产养殖为一体的重点小（1）型水库。

该水库于1959年10月开工兴建，1963年4月完工并发挥效益，以后逐年加高延长，于1976年基本完成并投入使用，后经1977、1978及1999年加固扩建达到现状规模。水库枢纽工程由大坝、正常溢洪道和南、中、北三座放水涵洞等组成。经过40多年的运行，由于水库存在淤积严重、大坝上游坝坡损毁严重、局部形成较大浪坎，渗透不稳定，溢洪道老化破损，放水涵洞漏水等诸多问题，每年都要花费大量的人力、物力去维修及抢险。

由于该水库属于典型的“三边”工程，即边勘探、边设计、边施工，坝身为人工填筑，未经机械碾压或碾压不彻底，且局部夹杂较多砾石等杂物，水库大坝填筑质量差，抗渗能力较差，大坝在汛期和正常蓄水位季节，大坝背水坡平台附近存在较多渗漏出逸点，大坝南侧长期渗水，形成集中渗漏通道。大坝渗流计算成果显示，坝内浸润线位置及渗流出逸点较高，在校核水位时，下游坝坡出逸高程为88.77m，高出地面4.37m，下游坝坡出逸段渗流安全不满足规范要求[1，2]。

地质勘查揭示坝基由①层重粉质壤土局部夹杂中粉质壤土、②层局部夹杂粉质粘土或中粉质壤土和③层中生界白垩系上统响导铺组细砂岩组成，坝身填土以重粉质壤土为主，局部夹中粉质壤土～轻粉质壤土和少量砂砾石等杂物，坝基不存在特殊土引起的工程地质问题，工程地质条件较好。

2坝体坝基防渗措施

由于该水库属于60年代当地群众自发修建的工程，没有严格的施工质量控制措施，致使大坝未清基或清基不彻底，坝体碾压不彻底，难以满足规范要求，从而导致坝体存在多处渗漏，局部出现集中渗漏通道，水库运行存在很大的安全隐患。为了从根本上解决水库的渗漏问题，保证大坝的渗透稳

定减少渗流量，必须采取的措施就是：坝体坝基垂直防渗处理，截断坝基透水层，形成一道阻水墙，截断渗流。

2.1大坝防渗加固措施选择

根据目前的施工技术水平结合工程地质条件，选择混凝土防渗墙、冲抓套井回填粘土防渗墙、多头小直径深层搅拌造墙防渗等3种方案。

2.1.1 方案一：混凝土防渗墙

（1）方案布置：沿坝轴线方向在坝中布置塑性混凝土防渗墙，防渗墙墙顶高程92.8m，墙体穿过坝基，伸入原地面以下3.0m，形成一道完整的防渗体系，以控制坝体坝基渗流，降低坝体浸润线，防止坝体产生渗透破坏，最大成墙深度约12m，墙体厚度0.35m。

混凝土防渗墙的设置，减小了坝下承压水头，大大降低了下游坝体浸润线，增强大坝下游坝坡抗滑稳定性。其特点为：①适用性广：几乎可适应于各种地质条件，从松软的淤泥到密实的沙卵石，甚至漂石和岩层；②适用性强：深可达100m左右；③与其他防渗措施相比，混凝土防渗墙耐久性较好，防渗效率较高，安全、可靠；④施工条件要求低；⑤成本较高。

该水库大坝已经多年沉降固结，变形基本完成，故采用塑性混凝土防渗墙，可与原地层紧密结合，防渗效果好。

（2）防渗墙厚度

混凝土防渗墙厚度按公式：T≥△H/J计算，式中：

△H——最大上下游水头差(m)，上游最高洪水位92.63m，坝轴线下游尾水位83.8m，△H=8.83m；

J——混凝土防渗墙允许水力坡降，按有关资料取J＝80；

则混凝土防渗墙厚T≥△H/J=0.11m，结合施工机械等因素取0.35m。

（3）防渗墙材料

防渗墙采用普通混凝土，其物理力学指标要求如下：

抗压强度：R≥15.0Mpa；

弹性模量：E＜24Gpa；

坍落度：18～22cm；

扩散度：34～40cm；

渗透系数：K＜i×10-7cm/s (1＜i＜10）；

允许渗透比降：[J]>80。

混凝土抗渗标号要求为W6，配置普通混凝土材料要求水泥优先采用矿渣硅酸盐水泥，水泥强度等级不小于32.5级，细骨料（砂）要求细度模数F·M ＝2.4～2.8，砂率35％～45％，粗骨料（石子）最大粒径不超过20～40mm，

水泥水灰比为0.6～0.65，水泥用量不小于300Kg/m3。

施工时根据设计标号提高30％～40％，再根据防渗强度保证率进行试配[3,4]。

（4）造孔方法

锯槽法造孔浇注连续墙是90年代才发展起来的一种新的混凝土连续墙施工技术。已经被广泛应用于黄河、长江大堤的防渗除险加固工程中。其主要有如下几方面特点：①新一代开槽机作业机理明确，设备新颖，结构简单，操作方便。②成墙既满足设计要求，又达到节约投资的目的。可以做超薄连续墙，而不像挖掘法造孔那样受设备条件限制而将墙体做得很厚，使得成墙造价较高。③施工速度快，造价经济。造孔成墙厚度可以调节，因而经济实用。④锯槽法可以实现真正的连续开槽，成墙质量好。由于浇注混凝土时需隔离分段，因此，接头处理较为重要。⑤锯槽机由于链杆本身较长，加之行走牵引机构较远，机械转弯比较困难，造槽孔深度限在40.0m以内[5,6]

2.1.2 方案二：冲抓套井回填粘土防渗墙（简称粘土井柱）

本方案是在坝身及坝基采用粘土井柱防渗，粘土井柱是在坝轴线附近用冲抓锥造孔，把原坝身杂填土抓出，形成直井后，回填粘土，经夯实后形成一道连续的粘土心墙，夯实的同时对井壁周围的填土有一定的压实作用，使其密度增加，渗透系数减少，从而达到增加防渗能力的目的。套孔冲抓粘土井柱防渗墙设计主要包括钻孔的平面布置，孔距孔深，排距及防渗墙的厚度等。

（1）平面布置

自坝顶轴线方向布置防渗墙，顶高程为92.80m，底部深入原地面以下3.0m。套井采用单排布置，在坝轴线上游侧按主、套井相间布置。

（2）粘土井柱防渗墙厚度

按式T=ΔH/J计算

式中：T——防渗墙有效厚度（m）；

ΔH——防渗墙承担的最大水头差；

J——防渗墙允许的渗透坡降，粘土为5～8，取7。

经计算T =0.71m。采用单排套井，则选择的参数：最优套角α为45.0，套井半径为0.6m，孔距0.85m，有效厚度为0.85m，满足厚度要求。

（3）防渗墙深度

防渗墙从92.80m高程，经重粉质壤土层（人工）、深入原地面以下3.0m。墙底标高88.1～81.3m，最大深度11.5m。

（4）粘土井柱施工