元桂水库除险加固工程垂直防渗体系连续性的实施和检验

张爱群

（常德市鼎城区枉水管理局沧山管理处 常德市 415128）

1 工程概况

元桂水库是沧山水库的灌溉结瓜库，坐落在鼎城区唐家铺乡八斗巷、古龙山、仙人塘三村交汇处，地理位置为东经 111°44’，北纬 28°46’，拦截沧水支流，属于长江水系沅水支流。距离常德市区约39 km。元桂水库是以灌溉、防洪、养殖等综合利用的小（Ⅰ）型水利工程。水库流域属沅水一级支流上游，该流域多年平均降雨量1480mm，坝址处控制集水面积0.8 km2，坝址上游干流长度1.0km，干流平均坡降21.84‰；水库正常蓄水位104.60m，相应库容104万m3；50年一遇设计洪水位105.44m，相应库容116.83万m3，下泄流量2.64m3/s；500年一遇校核洪水位105.72m，相应库容121.98万m3。最大下泄流量4.05m3/s。

枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵洞等建筑物组成。主要水工建筑物为3级，次要建筑物分4级。大坝坝型为均质土坝、最大堤高17.0m，堤顶高程107.1m，堤顶宽度5.0m，堤顶轴长190m；溢洪道为开敞式，断面尺寸为宽3m，全长260m（其中100m尾水段未开通），进口堰顶高程104.6m。

涵管：城门洞式拱涵，宽×高=0.8m×1.2m，混凝土结构，进口底板高程91.10m。最大放水流量0.8 m3/s，斜拉式闸门。

2 垂直防渗体系连续性的设计

本水库大坝防渗包括坝体、坝基和坝肩防渗。经过方案比选，本项目垂直防渗体系采用土工膜+高喷灌浆防渗。即坝顶（107.1m）至死水位（91.10m）铺设土工膜。死水位以上2m（93.10m）至砂卵石层以下1m采用高喷灌浆（摆喷）防渗。

2.1 土工膜设计

根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》的规定，防渗土工膜厚度不小于0.3mm，本工程大坝属3级建筑物，确定本工程防渗土工膜的厚度为0.3mm。为达到较好的防渗效果，方便施工，选用二布一膜，即由600 g/m2的聚酯长丝土工布和0.3 mm厚的聚乙烯防渗膜复合而成。

2.2 高压摆喷灌浆设计

大坝高程93.10m以下坝体、坝基原状土、砂卵石层设计采用高喷灌浆，其上端与土工膜衔接，下端深入基岩1m，形成连续的防渗体，以彻底解决大坝渗漏问题。

（1）灌浆工艺设计。灌浆工艺采用高压三重管摆喷水泥灌浆。

（2）灌浆孔的布置。高喷灌浆孔布置于大坝93.10m轴线上。设一排灌浆孔，灌浆孔距均为1.5 m。高喷灌浆孔深入基岩1m。

（3）防渗墙的连接形式。高压喷射防渗板墙采用人字形连接，偏角15°，有利于加长渗径，增加防渗效果。高压喷射时按三序进行，Ⅰ序孔间距6m、Ⅱ序孔间距6m、Ⅲ序孔间距3m。

2.3 大坝防渗墙的连续性设计

大坝防渗有两种防渗墙，分别高喷灌浆与土工膜防渗墙，其相互连续情况为：高喷灌浆深入土工膜防渗墙2m，深入基岩1m。

3 垂直防渗体系的施工

3.1 土工膜铺设施工

（1）土工膜铺设结构设计。土工膜上、下结构层柔性连接。在铺设之前，先将上游坝坡上的石块等硬性构件掀开，清除杂物进行坝坡整理后将土工膜铺设于坝体土料上，然后依次在其上面铺设10 cm厚粗砂垫层和10 cm厚混凝土预制块，在坝顶和平台位置将土工膜固定。

（2）土工膜的布置。土工膜沿高程91.10m铺至坝顶，为防止土工膜沿坡面滑动，在坡面内侧采用C20混凝土压枕。

3.2 高压摆喷灌浆施工

（1）高喷施工灌浆材料的选用。灌浆材料选用普通硅酸425号水泥，其性质满足规程规范规定的质量要求，同时为了加速浆液凝固，在水泥浆内加入硅酸钠（水玻璃），浓度在30玻美度范围内加入4%。

（2）高喷施工中工艺参数的选用。为确保高喷防渗板墙质量，在施工现场进行现场试灌试验，确定高喷灌浆工艺参数。水压：压力35MPa（1.80mm高喷嘴直径），压缩空气：压力7 kg/cm2，浆液比重控制在（1.65～1.70）g/cm3，提升速度控制在 8 cm/min。

（3）高喷施工终止喷灌标志。高压喷射时，严格控制孔口冒浆比重应在（1.25～1.30）g/cm3，之间，当孔口不冒浆时，停止提升，直至返浆正常才能提升，当喷杆提升至设计高度后，喷射即告结束。

4 垂直防渗体系的检验

4.1 土工膜性质检测和防渗效果检验

（1）土工膜性质检测。本次除险加固采用由湖南盛业土工材料制造有限公司生产的聚酯长丝复合土工膜（规格：二布一膜600 g/m2），该膜由聚0.3mm酯长丝土工布和0.3mm厚的聚乙烯防渗膜复合而成。经由相关检测机构检测试验，其各项指标见表1。

表1 聚酯长丝复合土工膜性能检测成果表

从表1可以看出，本次采用的复合土工膜满足相关标准要求和设计要求。

（2）土工膜防渗效果检验。经过本次加固处理，元桂水库大坝下游坝坡的散浸现象基本没有了，二级平台坝体、坝基和坝基及山体无渗水，坝脚灌溉渠道中仅有少量渗水，坝脚、坝坡原有多处积水已基本干涸。

4.2 高喷灌浆防渗效果检验

在本次加固处理后，业主单位委托有关检测单位对高喷防渗墙的施工质量进行检测，有关压水试验的检测部位、检测结果见表2。

表2 高压摆喷防渗墙检测成果表

从表2中可以看出，压水试验结果变化范围为（6.5～7.2）Lu，平均值为 6.8 Lu，均满足设计要求。

5 结 语

元桂水库的防渗加固非常成功，大坝渗漏问题得到明显改善。之所以取得这样的效果，首先得益于水库垂直防渗体系的建立，从原理和源头上抓住事物的关健；其次是施工单位认真组织施工，保证施工质量，从行为上实现了设计者的设计意图。虽然目前的防渗效果较为理想，但土工膜随时间延长，本身质量会老化变质，防渗效果会逐渐削弱，因此，应加强大坝的观测。