基于套井回填防渗技术的水库除险加固设计

沈霞 胡涛

【摘要】珠山寺水库由于建造年代久远，存在较多病险问题，主要表现为设计标准偏低以及坝体和坝肩渗漏严重等。所以，我们要加强对病险水库的除险加固设计，积极应用新技术、新材料、新工艺，严格按照设计规范要求，以保障水库大坝的安全可靠。本文结合工程实例分析了珠山寺水库大坝的渗流原因与防渗加固处理技术，对其防渗设计进行详细探讨，从而有效改善了珠山寺水库大坝的渗漏及不稳定性。

【关键词】水库大坝；除险加固；防渗设计；病险水库

一、工程基本情况

珠山寺水库位于宁波市鄞州区瞻岐镇西城村。上游集水面积3.97km2，主流长度4.298km，总库容68.76万m3，正常蓄水位▼11.09m，属大嵩江流域，是一座以灌溉为主结合防洪、供水的小（二）型水库。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道和输水隧洞等组成。

二、工程存在的主要隐患

珠山寺水库于1956年动工兴建，工程建成至今已有50多年，在灌溉、防洪和供水等方面发挥了较大的效益，但在工程建设及运行过程中发现了一些问题，主要包括以下几个方面：

2.1 大坝的防洪能力达不到国家要求的洪水标准

根据分析：200年一遇校核洪水位高于坝顶最低点高程；实际防渗体顶高程低于校核洪水位28cm。

2.2 坝体施工质量尚未满足现行规范要求

防渗土的现场注水试验测得的渗透系数K=1.36×10-4～1.40×10-3cm/s，平均值为5.18×10-4cm/s，属中等透水性，其平均压实度为0.91；在目前状态下，防渗土的渗透系数不能满足碾压式土石坝设计规范应小于1.0×10-4cm/s，压实度应为0.95～0.97的要求。

2.3 坝肩存在接触渗漏和绕坝渗漏隐患

大坝左右坝肩建基面均为弱风化基岩，左坝肩接触段渗透系数为k=9.98（10-4cm/s，为中等透水性；右坝肩接触段渗透系数为k=1.42（10-3cm/s，也为中等透水性，两坝肩均存在接触渗漏隐患。坝址区未见断层通过，但基岩中节理较发育，浅部岩体较破碎，为中等透水性，深部逐渐闭合，存在绕坝渗漏隐患，弱风化基岩深部透水率一般为q=5.1～6.7Lu，属弱透水性。

三、大坝防渗加固设计的技术分析

3.1 防渗加固主导思想

针对本工程的特点，大坝防渗土体存在的质量问题，大坝防渗的主导思想就是截断坝体和坝肩的渗漏通道。大坝防渗加固处理的主要方法是垂直防渗，垂直防渗方案中又有套井回填（结合帷幕灌浆）方案和高压定喷灌浆方案。

目前这二种方案均具有施工可行性，处理效果明显的特点，在土石坝防渗处理方面都有成功的运用。结合本工程的实际情况，特提出二个方案进行比较：第一个方案是套井回填（结合帷幕灌浆）方案；第二方案是高压定喷灌浆方案。上述二个方案各有其优缺点，现从技术、经济及施工角度对这二个防渗处理方案进行比较。

3.2 套井回填（结合帷幕灌浆）方案

冲抓套井回填粘土防渗墙的设计，主要包括冲抓套井平面布置、孔距、排距、孔深和套井防渗墙厚度等。

①套井平面布置

套井防渗墙在平面上按主、套井相间布置，一主一套相交连成井墙，如图1。套井为整圆，主井被套井切割，呈对称蚀圆。根据本工程的实际情况，套井回填轴线与坝轴线重合。

②套井的排数与孔距

根据经验，一般在高度25m以下的土坝防渗，可采用一排套井，套井直径为1.1m，按单排套井最优布置形式确定孔距为0.778m，套井防渗墙有效厚度为0.778m。

套井的排数，即套井回填粘土防渗墙的厚度，根据渗透计算确定。计算内容侧重于渗透坡降的验算。确定防渗墙的有效厚度如下：

经计算：套井防渗墙的有效厚度须满足T≥0.767m，满足要求。

③套井深度

根据本工程的实际情况，套井防渗墙底部打入坝体底部渗透系数较小的部位，即3.80m高程。套井施工前先对坝顶进行开挖、整平至12.30m，即套井回填顶高程为12.30m。

④回填土料

回填土料的质量是套井回填成功的关键，要求为非分散性土料，粘粒含量在25%～40%，渗透系数小于10-5cm/s，干密度要大于1.50g/cm3。

⑤帷幕灌浆

帷幕灌浆布置于两坝肩，以解决坝体土与弱风化基岩接触段的渗漏隐患。拟采用一排灌浆孔，孔距2.0m，孔底深入相对不透水层（10lu）5m。

3.3 高压定喷灌浆方案

高压定喷灌浆是利用钻机造孔，然后把带有喷头的灌浆管下至土层的预定位置，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击土层，土粒从土体中剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面，其余部分与灌入的浆液混合掺搅，在土体中形成凝结体。其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形成凝结体，借以达到加固地基及防渗的目的。

高压定喷灌浆材料：采用水泥浆，水泥为42.5普通硅酸盐水泥。采用三管法施工，先是高压气、水喷射，而后是压力灌浆，灌浆易被先喷入的水稀释，所以使用的水灰比不应大于1：1的浓浆。

孔距和孔序：根据本工程的特点，经计算，设计定喷布置成单排，孔距为1.6m，喷射方向与轴线的夹角为20度，连接角度为140度，孔深27.4m，布置在坝轴线处。分两序施工，先喷Ⅰ序孔，再喷Ⅱ序孔。

3.4 坝体防渗方案比较和结论

方案一：坝体套井回填+坝肩帷幕灌浆方案：

工程造价约57.8万元。

优点：①工程投资省；②施工工艺成熟；③机械设备简单、施工方便；④工效高、防渗效果好；⑤直观性强，通过下井检查，发现问题，及时处理，确保安全。

缺点：①回填土料要求高；②施工时必须放空水库，套井回填时必须无水；③施工受天气影响较大。

方案二：高压定喷灌浆方案

工程造价约73.4万元。

优点：①可灌性好；②连接可靠；③施工场地要求不高。

缺点：①工程投资较大；②浆液在高压作用下，扩散很远，难于控制，用浆量大；③形成的幕一般只有0.1～0.3m，相对较薄；④施工技术要求较高；⑤耐久性相对较差。

经比较，方案一优于方案二，且与本工程类似的鄞州区很多小（二）型水库均采用坝体套井回填+坝肩帷幕灌浆方案处理，取得了良好的效果，也为坝体套井回填+坝基帷幕灌浆方案的成功提供了保证。

故设计最终采用坝体套井回填+坝肩帷幕灌浆方案作为推荐方案。

3.5 防渗设计

3.5.1 坝体防渗设计

坝体采用一排套井，套井直径为1.1m，按单排套井最优布置形式确定孔距为0.778m，套井防渗墙有效厚度为0.778m，套井防渗墙底高程为3.80m，顶高程为12.30m。套井回填分二序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

新建防浪墙顶高程为13.50m，高度为0.80m，坝顶高程为12.70m。防浪墙采用砼结构，防浪墙底板采用鋼筋砼结构，并设齿槽与防渗土体相连，形成整体防渗系统。

3.5.2 坝肩帷幕灌浆设计

坝肩帷幕灌浆孔布置1排，灌浆孔孔距2m。灌浆底部深入相对不透水层5m（相对不透水层以10lu控制）。

采用孔口封闭灌浆方式，灌浆压力采用0.1到0.2MPa。

四、结语

通过以上分析，在国民经济建设中，水库大坝工程占据着重要地位，关乎着人们的生命财产安全，所以，为了保证大坝安全运行，彻底消除洪涝灾害，必须加强管理水库大坝施工质量，提高施工技术，并不断健全水库鉴定制度，从而使水库工程造福于人民。

参考文献：

[1]宁波市水利水电规划设计研究院.宁波市鄞州区珠山寺水库除险加固工程初步设计报告[R]2010.12

[2]张艳玲.南柳水库除险加固工程设计综述[J].山西水利.2013（04）