病险水库坝体渗漏分析与防渗加固设计

病险水库坝体渗漏分析与防渗加固设计

摘要：本文结合水库工程实例，在详细分析了坝体渗漏现象的基础上，就病险水库坝体防渗加固设计进行了探讨，提出了具体的防渗加固设计方案和工程布置，防渗加固设计效果评价较为理想，为此类工程提供了参考。

关键词：病险水库；坝体；渗漏分析；防渗加固；设计；效果评价

中图分类号：s611文献标识码： a 文章编号：

随着水库的运行时间的增加，加上一些地方的水库缺少维修改善，水库工程设施不可避免地发生老化失修，以致水库不得不带病运行。病险水库不仅严重影响了工程的效益，更成为防洪安全的心腹之患。因此，病险水库防渗加固已经得到了各方面的重视。本文将结合某工程实例对病险水库坝体防渗加固工程进行详细的研究，为此类工程提供参考。

1 工程概况

某水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。水库设计灌溉面积3.0万亩，实际灌溉面积2.45万亩。水库按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，设计洪水位30.30m，校核洪水位31.08m，正常蓄水位28.58m。

水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、灌溉发电输水设施、电站及大坝管理所等建筑物组成。工程等别为ⅲ等，主要建筑物级别为3级。水库除险加固工程于2009年8月开始实施，2010年9月已经

通过主体工程投入使用验收。

2 大坝工程地质条件

2.1 坝体

依据该工程的地质钻探所显示，该工程建筑用土的物理特性已经得出结果，如下:

(1)大坝为均质土坝，填土材料来源于大坝附近的冲洪积层粘土及含砾粘土，夹碎石及粗砂，红色及黄色，干燥-稍湿，硬塑状态。大坝填筑土砂粒及粘粒含量不均一，据土工试验成果，粘粒占

18.9%-23.1%，粉粒占20.7%-22.0%，砂粒占35.2%-40.5%，砾粒占18.6%-21.0%。砾石、碎石及粗砂主要成分为石英，棱角状为主，局部次圆状，粒径2-30mm；

(2)坝体土料渗透系数大值平均值为3.37×10-3cm/s，小值平均值为5.78×10-4cm/s，为中等透水性。下游坝脚排水棱体渗透系数为2×10-3cm/s，排水棱体含泥量大，排水效果差；

(3)坝体填土的压实度为86.6%-87.5%。

2.2 坝基

坝基岩土主要由上第三系含粘土质含砾中粗砂及第四系(q)冲洪积层等，分述如下:

(1)上第三系上含粘土质含砾中粗砂:灰-灰白色，粘土质胶结，半成岩状态，含砾20%左右，砾径3-8mm，主要成分为石英，密实性好，强风化基岩呈硬塑-坚硬状态，强度较低，锤击声音暗哑，中等程度胶结，抗风化能力差，岩质相对较软、易碎，岩芯失水后

手捻即成粉末状。该层承载力较高，透水率一般为0.19-0.40lu，属微透水层，分布于整个坝区，厚度5-530m，除左、右两坝肩外其他坝段均置于该层上；

(2)冲-洪积层(q2b):粘土质砂砾层及砂层，黄色及灰白色，砂砾成分以石英为主，局部含褐铁矿结核及褐铁矿层，只分布于大坝左、右坝肩，厚度为2-6m。

3 坝体渗漏分析

3.1 坝体渗漏现象及原因

该工程加固之前，坝体渗漏现象严重。1976年8月当水库水位在27.94m时，坝外坡在高程23.58-26.58m浸润面积达995m2；1978年坝外坡在24.58m高程以下出现250m2以上的浸润面积，右坝肩有明显的水流，坝面部分起浆；1995年汛期在水库水位达到27.58m 时，坝外坡出现150m2湿润面积，右侧坝体排水沟有明显水流出现，当库水位达到28.58m时，右坝肩平台以上约有10m长的坝坡有渗水流出，据当时的观测人员的描述，漏水量达10l/s，造成此处坝体填筑土方下陷，最大陷坑深度达到0.5m；2007年4月16日库水位为27.69m，检查发现左坝肩排水棱体以上3-4m约20m2坝面出现湿润现象。

造成坝体严重渗漏的主要原因是坝体填筑施工质量较差，另外填筑土料夹碎石及粗砂较多，渗透系数偏大，导致浸润线在下游坝坡面上逸出，逸出点位置较高。

3.2 坝基渗漏现象及原因

2007年4月16日现场检查发现右坝肩与山坡结合处在

24.58-26.58m高程处有湿润现象，排水棱体及其外坡脚集水沟有渗漏积水。究其原因主要是坝基接触面处理存在缺陷，如不设置齿槽，不抹浆处理，造成坝基面接触渗漏。

4 大坝防渗加固设计

4.1 大坝防渗加固方案比选

4.1.1 高压摆喷灌浆方案

高压摆喷灌浆技术已较为成熟，已广泛应用于水利工程除险加固，其基本原理是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。摆喷适应于粉土、砂土和卵(碎)砾石地层。该方案工程直接投资570万元。

高喷防渗墙优点是施工速度较快，投资省；缺点是施工质量难以控制，粘土中旋喷灌浆防渗效果、耐久性和可靠性均不如混凝土防渗墙。

4.1.2 塑性混凝土防渗墙方案

塑性混凝土防渗墙是一种地下连续墙，它是利用专门的造槽机械钻造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，防止槽壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑水下混凝土，将泥浆置换出来，筑成墙体。适用于各种地质条件，如砂土、砂壤土、粉土以及直径小于10mm的卵砾石土层。该方案工程直接投资636万元。

塑性混凝土防渗墙优点是防渗加固耐久性好，防渗可靠性高；缺

点是施工速度较慢，且投资多66万元。

鉴于大坝含砾较高(18.6%-21.0%)，采用高压灌浆水泥浆与坝体砾料胶结易达到理想效果，且高压摆喷灌浆比塑性混凝土防渗墙节省投资66万元，施工速度快，综合考虑推荐采用高压摆喷灌浆方案。

4.2 高压摆喷灌浆布置

根据大坝地质条件和坝高(最大坝高20.5m)，本大坝高压摆喷灌浆孔设1排，孔距0.9m，灌浆孔轴线位于坝轴线下游侧1.5m，灌浆范围为坝0+023-0+428m，共设451个灌浆孔，钻孔深入到坝基面以下3m。灌浆分两序进行，采用三管法摆喷型式形成高喷墙，对接摆角不小于60°，灌浆材料为水泥浆液，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。灌浆孔分序如图1所示。

图1 大坝灌浆孔分序图

根据《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》(dl/t5200-2004)，坝体高压喷射灌浆浆液的压力为0.2-1.0mpa，流量为60-80l/min，密度为1.5-1.7g/cm，具体采用灌浆参数由现场试验后确定。

坝体高压喷射灌浆防渗墙渗透系数要求不大于3×10-6cm/s，抗压强度要求达到3mpa。

4.3 渗流分析

大坝渗流分析采用大坝二维渗流有限元进行计算，选取最大坝高断面为典型断面。计算断面各区土层的渗透系数如表1。