水库坝基(肩)防渗及库区渗漏处理设计与施工

刘登凯

(贵州省六枝特区水务局，贵州六枝553400)

1 工程概况

乐群水库位于六枝特区西北部梭戛乡境内，距六枝特区中心50 km，距梭戛乡政府5 km，有乡村公路直通坝脚，交通条件较为便利。工程始建于1958年，经过2006年加固完善。

水库枢纽主要包括大坝、放水涵管、右岸溢洪道等建筑物。

大坝为均质土坝，上游面采用土工膜防渗，坝面采用干砌石护坡，坝顶高程1430.0 m，最大坝高12.5 m，坝顶宽度2.5 m，坝顶长度55 m。

大坝上游坝坡坡比为1∶3.1，下游在1 424.0 m高程设有宽0.5 m的马道，马道以上坝坡坡比为1∶2.0、马道以下坝坡坡比为1∶2.4。

大坝设有1个无压放水钢管，钢管底板高程1 422.2 m，位于坝体左坝段下部，直径为300 mm，长55 m。

水库虽经过2006年加固处理，但仍无法正常蓄水，还存在较严重的渗漏问题。

2 坝基(肩)水文工程地质评价

2.1 基本地质条件

基本地质条件包括:地形条件、地层岩性、地质构造和岩溶水文地质。

2.1.1 地形条件

乐群水库坝址断面呈较对称的“U”型，两岸植被不甚发育，坝顶高程为1 430.0 m，正常蓄水位为1 429.0 m，坝轴线长68 m，最大坝高12.5 m。左右两岸处于一山脊中部，地形边坡26°左右，河床较为平缓，地表无纵向深槽及陡坎存在[1]。

2.1.2 地层岩性

坝址出露地层由新到老依次为:第四系的残坡积层;关岭组第一段第六层(T2g1－6);关岭组第一段第五层(T2g1－5);关岭组第一段第四层(T2g1－4)。

2.1.3 地质构造

坝址区无大的断裂构造通过，但受附近区域构造的影响，岩体节理裂隙发育，主要有3组。

2.1.4 岩溶水文地质

坝址岩体强风深度5～8 m，强风化带内岩体透水率较大，多在20 Lu以上，局部地段甚至无法压水，弱风化以下岩体透水率虽在逐渐减小，但大部分受岩溶的影响仍＞10 Lu。

2.2 坝址渗漏分析评价及建议

经现场勘察并结合坝基(肩)基本地质条件可知，大坝两岸边坡稳定，无大的断层通过坝址，下游无天然临空面存在，大坝为均质土坝，不存在抗滑稳定及边坡稳定问题。主要的病险类型为渗漏问题，应进行防渗处理[2]。

针对以上坝基(肩)渗漏问题并结合水工布置，建议对坝基及两岸采用帷幕灌浆进行防渗处理，建议帷幕灌浆应预留30%的补强灌浆或加密灌浆工程量。

3 坝基(肩)防渗及库区渗漏处理设计

3.1 渗漏性质、范围及渗漏量

据前述可知，水库存在沿关岭组第一段第三层(T2g1－3)向右岸沙子河产生邻谷渗漏，由于本阶段的勘察时间有限加之勘察期库内无水，其渗漏量难以观测，根据库区地质结构，很明显最易的渗漏途径顺T2g1－3走向沿层面向沙子河产生渗漏，其范围为T2g1－3出露范围。

坝基(肩)存在严重的绕坝渗漏及坝基渗漏，其渗漏途径两岸主要通过中至强透水岩体以分散性或局部溶隙形向大坝下游产生绕坝渗漏，河床主要通过岩溶管道型或溶蚀裂隙型以集中形式向大坝下游产生坝基渗漏，由于两者渗漏形式都产生于地下，也排泄于地下，渗漏量难以观测[3]。

3.2 防渗处理设计

针对大坝存在坝基(肩)及库区渗漏等问题，结合坝体具体情况拟对其渗漏问题采用帷幕灌浆进行防渗处理。

3.2.1 设计依据

设计中主要根据《碾压式土石坝设计规范》、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》等中的有关规定，结合本工程规模以及加固处理实施重点，确定帷幕的形式、厚度、深度、端点及施工工艺等。

3.2.2 帷幕结构

3.2.2.1 帷幕线布置

根据库区渗漏段基岩地质条件并结合施工条件，设计拟定帷幕线布置有2种。

1)帷幕线基本沿1 431 m高程线布置。

2)帷幕呈直线型布置。前者的缺点是帷幕线长，边坡地形较陡，优点是无效进尺少，后者的缺点无效进尺多，优点是帷幕线短，边坡地形相对较缓，有利于施工布置。

经比较推荐后部帷幕线布置，帷幕线总长132 m，具体详见库区帷幕灌浆设计图。坝址帷幕坝体段沿截流墙布置，左右两岸帷幕线基本垂直岩层走向向山体延伸。

3.2.2.2 帷幕边界条件

库坝区两岸边界条件均可接相对隔水层，帷幕下限也可接相对隔水层，其控制标原则上帷幕下限深入q≤5.0 Lu弱透水层5 m。

3.2.2.3 孔排距

库区采用单排，基本孔距3 m。坝址段除溢流堰一带采用双排外，其它地段均采用单排，基本间距3 m，双排排距为1.5 m，若遇裂隙发育、岩体破碎应加密。本工程设计钻孔为铅直孔。灌浆孔孔径≥46 mm。

3.2.2.4 灌浆压力

结合本工程的地质条件和渗漏特点，设计初拟幕体顶部灌浆压力为0.15 MPa～0.25 MPa，孔底部为0.4 MPa～0.5 MPa，但坝脚齿墙段灌浆时压力还可以适宜降低，具体灌浆压力应由试验确定。

3.2.2.5 灌浆段长

坝体与基岩接触段为2.0 m，一般灌浆段为5.0 m，溶洞裂隙段为2.0～3.0 m。

3.2.2.6 灌浆方式和方法

灌浆方式为循环式。灌浆方法为自下而上灌浆法和综合灌浆法。灌注纯水泥浆。

3.2.2.7 灌浆材料

结合本工程地质条件，灌浆材料采用P.O32.5水泥。

3.2.2.8 设计帷幕标准

利用钻孔压水试验成果q值，并结合灌浆成果资料综合评定，合格标准为幕体内q≤5.0 Lu。

3.2.2.9 先导孔

灌浆孔分三序施工，先进行Ⅰ序，再Ⅱ序，后Ⅲ序，分序逐渐加密，施工前应先进行先导孔施工并进行压水试验，检查设计的帷幕是否合理，以便优化设计方案。

另外根据库坝区渗漏情况并结合渗漏段的地质条件，设计拟定防渗分二期实施，坝址帷幕为一期，库区为二期，施工时先实施一期孔，二期根据实施后的效果再定。

3.2.3 帷幕灌浆工程量

库坝区帷幕灌浆钻孔147个孔，总进尺4792.8，有效进尺3 550.2 m，其中坝区帷幕灌浆孔102个，总进尺3 039.9，有效进尺2 334.7 m，库区帷幕灌浆孔45个，总进尺1 753.0，有效进尺1 315.6 m。

3.2.4 施工技术要求

施工技术要求详见帷幕灌浆施工工艺和质量标准一节，并参照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62—94)执行。

4 帷幕灌浆施工

帷幕灌浆孔的造孔和灌浆分三序进行，一序和二序孔的终孔间距为12 m，三序孔终孔间距6 m，采用自下而上分段灌注的灌浆方式。执行《水工建筑水泥灌浆施工技术规范》(SL62—94)。

4.1 灌浆工艺及段长

灌浆分三次序施工。施工时应选择部分一序孔作为先导孔超前施工，以便合理优化帷幕灌浆设计，取得更好的灌浆效果。

灌浆段长一般为5 m，遇强透水层或构造带时，可缩短到2～4 m，遇到洞穴时必须停止钻进，首先进行灌浆处理再扫孔钻进。

4.2 冲洗和压水试验

灌浆和压水之前，应进行钻孔冲洗，钻孔冲洗直至回水变清，孔内残留物厚度＜20 cm，延续冲洗10～20 min钟既可结束。要求对一序孔各段和二序孔最后1～2段作简易压水试验。

4.3 灌浆方式和方法

灌浆方式为循环式。灌浆方法为自下而上分段灌浆法。遇到空洞或裂隙特别发育段可采用先灌后钻施工。

4.4 灌浆压力

帷幕灌浆压力应由试验确定，参照《水工建筑水泥灌浆施工技术规范》(SL62—94)。

4.5 浆液浓度

灌浆浓度水灰比参照《水工建筑水泥灌浆施工技术规范》(SL62—94)。

4.6 灌浆结束与封孔

灌浆结束标准有2点:

1)采用自上而下灌浆时，在规定压力下，当注入量≤0.4 L/min时，持续灌60 min;或≤1.0 L/min时，持续灌90 min，可以结束灌浆。

2)采用自下而上灌浆时，在规定压力下，当注入量≤0.4L/min，持续灌30 min;或在规定压力下，当注入量≤1.0 L/min时，持续灌60 min，可以结束灌浆。

封孔方法采用机械压浆封孔，排除孔内稀浆，采用浓浆将全孔封填密实。

4.7 特殊情况的处理

特殊情况的处理包括以下3种情况:

1)灌浆工作必须连续进行，若因故中断，应采取有效措施处理。

2)对吸浆量大的孔段，视其情况，可采取限流降压，停停灌灌，掺速凝剂等措施处理。

3)遇到空洞可视具体情况，采取投碎石、砂或灌注水泥砂浆等措施处理。

4.8 质量检查及合格标准

4.8.1 质量检查

帷幕灌浆质量检查应以检查孔压水试验为主，结合对竣工资料和测试成果的分析，综合评定。

4.8.1.1 检查孔布置原则

1)帷幕中心线上。

2)岩石破碎，断裂带等地质条件复杂的部位。

3)吸浆量大的孔段附近。

4)施工情况异常以及经过分析资料认为对质量有影响的部位。

4.8.1.2 检查时间及工作量

检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14 d后进行，检查孔工作量为灌浆工作量的10%以上。一个单元至少应布置1个检查孔。

4.8.2 合格标准

参照其他工程和有关规范规定，帷幕灌浆的合格标准为幕体基岩透水率q≤5Lu。检查工作结束后，应按技术要求进行封孔。

5 结语

乐群水库所处地理位置较高且为该地区唯一的水源工程，除险加固后可由原设计灌面45 hm2增加至58 hm2，还可为两岸的烟地解决用水问题，水库管理所可对灌区统一管理，经防渗处理后，保障受益区农民的基本生存条件，同时可增加农业收入，对推动当地国民经济发展和新农村建设起到无可替代的作用，应快实施，使其尽早发挥应有的效益。

[1]赵瑞，许模.水库岩溶渗漏及防渗研究综述[J].地下水，2011，33(02):20 －22.

[2]黄静美.岩溶地区水库渗漏问题及坝基防渗措施研究[D].成都:四川大学，2006.

[3]王奎峰.石佛寺水库主坝坝基抗震液化分析与治理技术[J].大坝与安全，2008(05):56－60.