五华县东风水库防渗加固设计探讨

钟巧文

(五华县水利水电勘测设计室，广东五华514400)

洪涝是现代社会最常见的灾害之一，也是危害性最大的的灾害之一，严重影响人们的正常生活，威胁人们的生命安全及财产安全，因此受到广泛地关注。在洪涝灾害的预防中，水库处于关键的地位，是防洪灾害体系中最重要的防洪工程之一，对洪涝灾害的预防与控制有着非常重要的意义。近年来，我国政府不断地加强水库工程的修建，这些水库工程在防御洪涝灾害方面发挥着不可缺少的作用，但由于各种原因，出现较多的病险水库，大多存在渗漏现象。水库渗漏不仅使水库无法发挥其社会效益，而且威胁江河下游百姓的生命安全及财产安全，因此相关部门必须采取强有力的加固措施预防水库出现渗漏现象。在水库加固过程中，如何进行防渗处理设计是施工部门工作中的当务之急。

1 东风水库工程概况

东风水库是一座小型水库，1971年建成，地处五华县华城镇的华新村，其主要功能是灌溉，同时具备一定的防洪功能。东风水库的总库容为182万m3，是我县华城镇华新村主要的灌溉工程，其建筑物主要包括溢洪道、放水洞以及拦河坝。其中溢洪道为开敞式，无需使用闸门进行控制;放水洞的形状为圆形，且存在压洞，其可以储存3 m3/s以下的水流量;拦河坝坝高可达20.7 m，坝顶长可达75 m，属于黏土心墙土石混合坝。

2 东风水库主要存在的问题

东风水库修建年代较早，受历史条件影响，缺乏专业的施工人员，因此其施工质量得不到保证。水库在修建完毕后，其拦河坝左坝肩、坝基以及坝体等皆出现程度不同的渗漏现象，致使水库不能正常蓄水，无法发挥应有的效益。2011年，大坝安全鉴定中心在一系列的鉴定工作后正式将东风水库列入Ⅲ类坝。

通过对东风水库进行实地勘查，发现其主要存在以下5个问题:1)黏土心墙土质存在不连续及不均匀的现象，在心墙的中间部位出现含壤土碎石层，坝体出现较严重的渗漏现象。

2)拦河坝坝基位于含壤土碎石层的上方，在原设计中虽然添加了混凝土齿墙，使其成为防渗体，但在实地勘查中，防渗体已经无法找寻，因此可以断定水库的坝基出现渗漏的现象。

3)位于大坝左坝的肩岩体出现节理裂隙发育的现象，其节理面大坝的坝轴线想垂直，出现连接上游及下游的渗漏通道，渗漏现象严重。

4)因为大坝的坝体心墙无法发挥其防渗的功能，在拦河坝下游坝坡处，其浸润线的出逸点相对比较高，出逸段无法满足渗透稳定所需的的条件，因此出现渗漏现象。

5)溢洪道中的挡墙部分局部出现损坏的现象，左挡墙由于长度比较短，因此在泄洪时容易造成放水洞在出口段处的堵塞，致使出口段处堆积较多的石渣，阻碍水库进行正常的泄洪。

3 拦河坝渗漏的原因分析

3.1 坝体心墙的渗漏

东风水库属于黏土心墙坝，其心墙岩性是壤土，壤土的干密度在1.48～1.66 g/cm3，黏粒含量在19.0% ～22.9%。在心墙壤土层中，其渗透系数建议值通常处于1.6×10-7～4.1×10-4cm/s，平均值一般为8.0×10-5cm/s，大部分心墙壤土层为弱透水层。在实地勘查中，观察到心墙土质存在不均匀的现象，心墙土质的中间出现含壤土碎石层，或者在壤土中出现碎石的现象，其碎石成分主要为斑岩，斑岩的岩石强度通常会比较低。在对心墙实施钻孔过程中，若遇到含壤土碎石，则钻孔可能会出现严重的渗漏现象。

3.2 坝基的渗漏

坝基位于含壤土碎石层的上方，在心墙之下的范围内，含壤土碎石层的厚度为7.3 m，渗透系数实验值通常是7×10-2cm/s，其透水性比较强。坝基混凝土中的防渗齿槽在原水库设计中存在过，但在实地勘查时并未出现过，所以可以断定坝基出现渗漏现象。

3.3 左坝肩绕坝的渗漏

在左坝部位中，其肩山体岩性主要是安山岩，安山岩岩体出现强一弱风化状，强风化处的厚度为1.5 m，由含壤土碎石覆盖在上面，含壤土碎石的厚度约为0.5 m。在左坝头周围，存在露岩体节理裂隙发育的现象，其节理面与坝轴线形成一个垂直的角度，因此出现连接上游及下游的渗漏通道，渗漏现象严重。

4 拦河坝防渗方案的选择

在选择拦河坝坝体防渗方案使，必须参照江河的下游情况、坝高及坝型选择铺设土工膜、高压灌浆、搅拌桩、重力或劈裂灌浆以及加设下游反滤排水棱体等一些重要的措施;坝肩与坝基的渗漏可以参照坝基覆盖层、工程造价、坝型、透水层厚度以及坝型等选择高压灌浆或混凝土防渗墙、冲抓套井黏土回填以及帷幕灌浆等重要的措施。

在东风水库拦河坝防渗处理设计中，我们主要选择“上游坝脚布设混凝土防渗墙加上游坝坡铺设复合土工膜再加左岸基岩帷幕灌浆”的方案，具体方案如下:

坝体防渗主要采取在拦河坝上游坝脚布处建立相关的混凝土防渗墙、在拦河坝上游坝坡处铺设相关的复合土工膜的措施。参照上游坝坡对上游干砌石护坡及垫层进行相关的加固拆除措施，同时运用坝脚处库区的淤积面作为防渗墙具体施工的平台，并浇筑相关的防渗墙。因为上游坝坡所含碎石的粒径比较大，所以在选择防渗墙时，通常选择其厚度为50 cm的渗墙墙，墙底可以深入到强风化基岩中1.0 m处，其墙顶的高度可达111.6 m。

在防渗墙顶部应该对混凝土座实施必要的浇筑措施，在浇筑过程中可以对土工膜下部实施必要的固定措施，混凝土座的底深通常为1.0 m、宽通常为1.0 m，两侧边坡的比例为1∶0.75，

左右部位及上部分别锚固在左右岸所开挖的锚固槽及坝顶路面底部中，锚固槽宽通常为1.0 m，深通常为1.0 m，选择C20F250混凝土实施浇筑，这样可以较好地保持防渗墙顶部及坝坡复合土工膜的可靠连接［1］。

由于原坝体材料通常为含壤土碎石，而碎石主要为棱角状，因此可以在坝面的上层铺设一层细砂作为保护层，细砂的厚度在30 cm左右比较适宜，在细砂铺设完毕后，需进行复合土工膜的铺设。通常情况下，土工膜的上部需铺设一层砂砾料作为防冻层，砂砾料的厚度大约为50 cm，砂砾料铺设完毕后，需进行反滤料及干砌石护坡的铺设，反滤料的厚度宜40～60 cm，干砌石护坡厚度约为40 cm。

在混凝土防渗墙的左侧及左侧坝肩处实施帷幕灌浆，帷幕灌浆孔的布置主要为单排，其孔距一般是1.5 m。参照帷幕灌浆相关的标准及实地勘查的实验成果，在确定灌浆孔底高程时必须充分考虑深入相对不透水层2 m［2］。

5 拦河坝防渗方案的设计

在沿上游坝坡处，混凝土防渗墙主要布置在原坝的体心墙内，在设计过程中，可以将其长度设计为106 m，墙体中心线与坝轴线相距5.7 m。参照东风水库所处的地质资料，原坝体的心墙顶部高程在114.7～117.5 m范围内为壤土，其渗透系数在1.6×10-7～4.1×10-4cm/s，平均渗透系数为8×10-5cm/s，由于坝前作用水头比较小，因此该层土体符合相关的防渗要求。在选择防渗墙顶高程时，可以依据伸入该层壤土或者高于正常蓄水位1.0 m，选择118.0 m，墙底必须深入坝基强风化基岩，且至少要深入1.0 m，其中墙深可达到29.0 m。混凝土防渗墙墙体可以参照我国混凝土防渗墙相关的施工经验，其墙体厚度可以选择水力梯度进行初步地估算，计算公式为:

示中:d表示墙厚，m;ΔH max表示作用在墙上的最大水头差，m;［J］表示防渗墙所允许的渗透破坏坡降，参照我国相关的数据资料，混凝土防渗墙允许渗透破坏坡降通常在80～100，设计取允许破坏渗透坡降通常是80［3］。

在东风水库工程中，ΔH max=20.54 m，可计算出最小的墙厚，即最小墙厚d=0.25 m，在对地质条件、施工工艺以及防渗墙深度等进行充分地考虑后，可以将最小的厚度设计为0.3 m。

左岸基岩的帷幕灌浆，其范围总长大约为52 m，帷幕灌浆孔可以布置成单排，其孔距通常选择1.5 m，帷幕灌浆顶高程可以选择118.0 m。参照帷幕灌浆相关的标准及实地勘查的实验成果，桩号为0+073—0+098的灌浆孔底高程可以选择94.5 m，同时在确定灌浆孔底高程时必须充分考虑深入相对不透水层2 m，其钻孔深度可达到28.4 m;桩号为0+098—0+125的灌浆孔底高程可以选择89.8 m，同时，在确定灌浆孔底高程时必须充分考虑深入相对不透水层2 m，其钻孔深度可达到35.2 m［4］。

6 结语

水库除险加固防渗是一项复杂的工作，它对水库的安全运行起着至关重要的作用，因此，我们必须给予高度的重视。在方案设计中，必须遵循“安全、适用、经济”的原则，确实地做好水库工程除险加固防渗工作，使水库工程不仅能够进行正常的蓄水工作，而且在防御洪涝方面能够发挥重要的作用。只有保证水库工程的质量，使其安全地度过汛期，水库工程才能真正地发挥其应有的社会效益，才能真正地促进百姓的生活与生产的发展。

［1］王为民.木瓜河三水库除险加固坝基防渗处理方案设计［J］山西水利，2009(04):56-57.

［2］张天明，苏红兵.务坪水库坝基防渗处理设计［J］.人民长江，2005(09):45-47.

［3］杨浩.浅谈小型水库土坝渗漏成因及防渗措施［J］.安徽农学通报，2008(17):101-102.

［4］严赣英，杨仁定.木溪水库主坝坝体防渗除险加固方案比选［J］.江西水利科技，2008(03):18-19.