防渗墙在水库渗流破坏除险加固设计中应用

王朝进 孙玉玥 陆亚州

摘要：许多水库的土坝由于质量问题，造成坝体出现透水现象，水库在蓄水之后，坝体或坝基会出现渗流，渗流对坝体会造成极大的破坏，也存在安全隐患。因此通常会应用防渗墙来出来处理坝体渗流问题，本文主要探讨防渗墙在水库渗流破坏除险加固设计中的应用。

关键词：防渗墙；水库渗流；除险加固

水库渗流破坏现象发生率较高，因此，在水库除险设计中要高度重视土石坝的渗透破坏，水库渗流防止措施之一就是混凝土防渗墙。下面将结合具体的水库工程对防渗墙在水库防渗除险加固设计中的应用进行研究。

一、工程概况

燕山水库地处淮河流域，位于澧河上游的甘江河上。该水库被选为南水北调中线引汉工程的反调节水库之一，并被认定为淮河流域的防洪大型水库。水库工程的一期坝高和总库容分别为1170.7m、9.6×108 m3，二期工程坝高和总库容分别为129.0m、23.8×108 m3，是以土石坝为坝型。

该水库坝址区存在的主要地质问题为河槽段坝基渗透变形与坝基渗漏。坝基顶部是以厚度为8～13m的Q4和Q3卵石混合土层覆盖。据资料显示，该覆盖层的类型为管涌土，其管涌临界比降为0.10～0.12卵石层之下存在大规模顺河断层的安全隐患，断层宽带为140～150m，破碎带构造岩具有较为复杂的岩性，主要为灰岩角砾，胶结轻微以岩粉、泥质为其主要的胶结物。局部宽达500m处皆受断层影响。因此，破碎带和其周边受影响区域均存在严重渗流及渗透变形。该水库主要采用防渗墙对渗流破坏除险加固。

二、防渗墙在水库渗流破坏除险加固设计中的应用

（一）除险加固方案设计

根据相关安全鉴定结论，将防水墙的厚度确定为0.4～0.8m。然后根据模型及参数等计算出防渗墙合适的厚度，从而以此确定最小的打入深度。

采用二维有限单元对坝基的稳定渗流情况加以模拟，根据模拟对机构进行优化设计。以两个垂直与坝轴线的面为计算剖面，各剖面均在河槽内部。评价坝基是否渗透变形是根据模拟结构而定的，并通过模拟结果对安山岩地带单块流量进行计算，最后确定坝基的主渗流量。具体剖面渗流计算如图1、图2所示。通过剖面射流场模拟结果，计算出刨面所代表区段的坝基单宽渗流量。以坝址区的地层分布情况，用两个区段来划分河槽，并对两区段类的单宽流量进行计算，估算坝基主要渗流量。在打入防渗墙后，防渗墙底部会产生集中水力比降的现象，防渗墙底部水力比降随防渗墙深度的加大呈现先大后小的趋势。在防渗墙打入Q3卵石混合土层底部时出现峰值。结合渗流量变化以及水力比降变化可知，4m厚的防渗墙防渗效果为最佳厚度，远比0.8m厚的防渗墙防渗效果好。但由于考虑到经济性，最终确定防渗墙的厚度为0.8m，破碎带的打入深度为5m。

防渗墙底部水力必将随防渗体深度变化曲线

（二）复核计算防水墙的稳定性

该坝基渗透破坏类型为管涌破坏，现场做管涌试验，最大、最小及平均管涌比降分别为0.341、0.048、0.1428，安全系数采取2倍，允许的渗透比降最大、最小、平均分别为0.157、0.024、0.07，最后取平均小值为0.087。最后结合地层结构，将0.08确定为允许的渗透比降。

采用渗流稳定分析软件对坝体、坝基的防渗墙渗透稳定性进行计算，确定混泥土防渗墙可延伸位置。本次设计中防渗墙翻身范围为桩号0+806～0+954.8m，共长为158m，大坝上游距坝轴线11m处为防渗墙中心线。防渗墙顶高为1086m，底部深入基岩5m，墙厚为0.8m。每槽孔长8.6m，槽孔数量为16。防渗墙浇注采用C10黏土混凝土。为了使混凝土质量合格，其必须具备以下条件：防渗墙设计墙厚0.8m，導向槽高为1.6m，导向槽开口宽度为1.2m，槽内以黏土回填，导向槽高程与施工平台相同，确保导向槽的平整顺直，孔位可允许一定的偏差，主副孔的孔斜率应控制在0.4%以内。混凝土的技术指标应到达规范要求：混凝土的强度、抗渗标号、弹性模量、混凝土入孔时的坍落度、扩散度分别为8.0MPa、W6、1.25×104～1.85×104、18～22cm、34～38cm。混凝土的最大骨料粒径应控制在4cm以内。混凝土的泥浆采用的是西山黏土，造孔泥浆的粘度及比重分别为18～25s、1.1～1.2.含水量应控制在5%以内，稳定性应控制在0.03以内，胶体率应在96%以上。混凝土失水量为20～30mL/min，1分静切力与10分静切力分别为20～30gm/cm3/50～100mg/cm3，PH值为中性偏碱性。在凝土防渗性配比上，应以已实施防渗墙的资料为依据，本次防渗墙的材料中的水泥、水、砂、大石、小石、引器剂、黏土分别为268kg、197kg、856kg、418kg、418kg、3.89kg、89kg。在施工前应对这些材料做好配比，并通过实验对配比进行调整。

三、防渗墙质量控制措施

为了使水库渗流破坏除险加固中的防渗墙达到应用的效果，因此必须对防渗墙进行质量控制，首先对于建设单位而言，应建立完善的质量控制系统，各参建单位应严格按照有关技术规范及设计文件等进行规范操作。在施工过程中，实行责任制，对工程质量问题应引起足够重视。做好施工前的准备工作，在施工过程中应加强监督管理，在竣工后，应对每一项目进行严格的检测，确保工程质量合格。防水墙质量控制的关键点为：在造槽孔时应采用冲击钻机，槽孔底部钻入基岩的深度必须达到设计的要求，在造孔完成后，对造孔的空位、孔宽、孔斜、孔深等进行全面检查，确保均合格后才能进行清孔换浆，并检查清理后的孔，最后注意做导管试验。

结束语

水库会因许多地质及工程质量的原因造成渗流，因此，需要对水库进行渗流除险加固，在实际工程中，防渗墙在水库渗流破坏除险加固中的应用较为广泛，在对其进行设计时应根据不同地形、地质条件及水库工程不同采用合理的设计方案。对防渗进行仔细分析，并做好模型试验，使设计具有合理性、可靠性、经济性和可操作性。另外在防渗墙施工过程中，应做好质量控制，确保防渗墙的质量合格，从而达到除险加固的目的。

参考文献：

[1]秦文保.防渗墙在乌拉泊水库渗流破坏除险加固设计中应用[J].甘肃水利水电技术，2010，46（7）

[2]姬志军.彰武水库除险加固工程设计[J].黑龙江水利科技，2012，40（9）

[3]翟彩鲜.卡尔巴斯曼水库除险加固措施[J].陕西水利，2013，（3）