崀峨水库除险加固大坝防渗设计浅析

陈小洪，胡开富，马华安

（云南省水利水电科学研究院，650228，昆明）

崀峨水库除险加固大坝防渗设计浅析

陈小洪，胡开富，马华安

（云南省水利水电科学研究院，650228，昆明）

防渗墙；帷幕灌浆；除险加固；大坝

一、工程概况

崀峨水库位于云南省丽江市永胜县城南32 km的程海镇崀峨村连湾河中段，是一座以灌溉为主、兼顾供水及防洪的中型综合水利枢纽工程。水库最大坝高14.5 m，设计总库容1 256万m3，主要枢纽建筑物由大坝及坝下泄洪输水涵洞组成。大坝为均质土坝，坝顶高程2 134.5 m，坝顶长370 m，坝顶平均宽15.7 m；泄洪输水涵洞位于右坝段，为石砌拱涵，进口底板高程2 120.393 m，洞长80 m，洞宽1.4 m，直墙高1.4 m，拱高0.6 m，进口设有两道0.8 m×0.8 m平面斜拉钢闸门，采用手动螺杆式启闭机启闭，设计输水流量2.6 m3/s。

二、水库存在的主要渗漏问题及原因

崀峨水库大坝自1958年开工建设，1962年坝高达到6 m，1965年扩建，1968年坝高达到11 m，蓄水后大坝发生渗漏，在夯实补漏的同时将大坝加高至现状规模14.5 m。因大坝渗漏严重，1994年在前坝坡死水位 （高程2 121.4 m）以上至坝顶铺设土工膜进行了防渗处理，坝体上部渗漏有所减弱，但下部渗漏依然严重。2003年4月大坝巡视检查时，库水位2 131.2 m，多处常年漏水点已干枯，但仍发现7处较大漏水点，主要分布在以下部位：①坝基及其与坝体接触部位，因清基不彻底和碾压不密实，且未对基础进行防渗处理，使坝基及接合部渗漏严重，除整个坝脚均以散浸形式渗漏外，大坝下游农田中有4处较大漏水点，单点渗流量约0.005～0.01 m3/s，总渗流量约0.02～0.03 m3/s；②坝体中碾压不密实和填土质量低劣的部位有3处较大漏水点，其中两处在坝体中下部，一处位于涵洞出口顶部，总渗漏潮湿面积达1 320 m2。

根据钻孔和坑探揭露，坝土主要由粉质黏土及黏土组成，局部含少量粉土、碎石、砾砂和腐殖质土，填土的成分和质量差异较大，坝体中部及近右坝肩填土质量相对较好，而左坝肩和涵洞周围的填土质量较差。从当时的施工碾压机具及铺土层厚度分析，坝体碾压极不均匀，加上铺土层过厚和含水量偏高，使坝体土密实度不够，根据原状和扰动样试验结果计算，坝体压实度仅达到88%～90%。从勘察钻孔钻进难易程度、原位测试及注水试验结果来看，坝体为弱～强透水等级。经计算，坝体下游坡浸润线逸出点存在渗透变形，大坝渗流性态不安全。

由于坝体、坝体与坝基接触部位及坝基渗漏严重，不但影响了水库蓄水功能，同时还使坝基、坝体产生渗透破坏，并导致坝土软化范围不断加大，直接影响到坝体的稳定性，因此对大坝进行防渗加固处理迫在眉睫。

三、防渗除险设计

按照《防洪标准》（GB 50201—94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2000）确定，崀峨水库工程等级为Ⅲ等，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，水库设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1 000年一遇，消能防冲建筑物设计洪水标准为30年一遇。

1.防渗方案比选

根据崀峨水库的病害情况、地质条件和水库处于程海断裂高震区附近的特点，其防渗方案的选择应基于抗震能力强、耐久性好、运行安全可靠的原则，经认真分析各种防渗技术的优缺点并结合崀峨水库的具体情况，对坝体、坝基、基岩防渗筛选出3种方案。①坝体、冲洪积层及残坡积层坝基采用混凝土防渗墙防渗，基岩采用帷幕灌浆防渗；②坝体、冲洪积层及残坡积层坝基采用高压旋喷防渗墙防渗，基岩采用帷幕灌浆防渗；③坝体、冲洪积层及残坡积层坝基采用振动沉模防渗板墙防渗，基岩采用帷幕灌浆防渗。

经对上述3种防渗方案的优缺点比较后，选择方案①，即坝体、冲洪积层及残坡积层坝基采用混凝土防渗墙防渗，基岩采用帷幕灌浆防渗。

2.混凝土防渗墙设计

（1）墙体轴线拟定

防渗墙轴线靠近坝轴线上游有利于应力分布，但应考虑施工平台的宽度要求，经分析，防渗墙轴线定于原坝轴线上游2.57 m处。

（2）墙顶、墙底高程的确定

坝顶0+000～0+240段宽度为18 m，0+240～0+380段宽度为13.5 m，满足施工平台宽度要求，可直接在坝顶进行施工，无须降低坝顶。防渗墙的顶部高程与正常蓄水位相同，为2 133.4 m。由于坝基中等透水层不深，若采用帷幕灌浆对坝基进行防渗处理，灌浆段长度不大，而非灌浆段较长，不经济，因此对大部分坝体及坝基采用混凝土防渗墙处理，即防渗墙底界进入强风化基岩5 m，底部最低高程为2 103.77 m，最大墙高29.63 m。防渗墙以下基岩虽然不全是弱透水层，但因大坝不高，可不进行处理。

（3）墙体槽段布置

根据坝体渗漏情况，沿防渗墙轴线对坝体0+066～0+320段及坝基土进行防渗处理，防渗墙全长253.4 m，共分42个槽段进行施工，除＃42槽段长7.4 m外，其他槽段长6 m，为便于施工，同一槽段墙底高程相同。0+066至右岸坝体及坝基、0+320至左岸坝体及坝基采用帷幕灌浆防渗处理。

（4）混凝土防渗墙结构设计

①确定墙体混凝土强度指标

课堂教学中，“放”与“收”是密切联系，不可分割的。而联系“放”与“收”的纽带就是“扶”。“扶”是辅助，是教师在班级管理中发挥引导作用的一种方式；“扶”是友爱，是教师与学生相互支持、携手合作的一种和谐状态；“扶”是效率，是教师在保证学生体验过程的同时，提倡学生自主发现问题，并及时加以引导和帮助，让学生少走弯路，提高学习效率；“扶”还是尊重学生主体和倡导教师主导的具体形式，是“放”到“收”的自然过渡，是“放”的压轴戏，也是“收”的开场锣鼓，实现知行合一。

混凝土防渗墙结构设计需考虑墙体允许水力坡降、强度指标、耐久性要求等问题，以满足防渗设计要求。考虑到该地区地震设防烈度为8°，坝身内防渗墙应有较小的模强比（弹性模量与抗压强度的比值）、较大的极限应变值，故采用黏土混凝土防渗墙。根据国内现有混凝土防渗墙设计施工经验，采用强度指标为：设计抗压强度R28=7～12 MPa，弹性模量E≤24 GPa，混凝土强度等级为C10。

②确定抗渗指标

防渗墙抗渗性由允许水力坡降和渗透系数确定，黏土混凝土允许水力坡降为80～150，渗透系数K≤7.8× 10－11m/s，抗渗等级为W6。

③确定墙体厚度

初拟混凝土防渗墙厚0.4 m、0.6 m两种方案。按大坝设置混凝土防渗墙后对大坝进行渗透计算，大坝在最不利工况校核洪水位形成稳定渗流时，即上游水位2 133.69 m，下游水位2 120 m，墙厚0.4 m时，最大水力坡降J=（2 133.69－2 120）/0.4=34(墙厚0.6 m时，J=23)，小于允许水力坡降80，因此墙厚0.4 m和0.6 m均可满足渗流稳定要求。

在崀峨水库初步设计时，国内薄墙的施工方法主要采用抓斗式成槽，其费用较高，且无法进入基岩。考虑到该工程防渗墙底部需进入强风化基岩5 m，因此必须采用冲击式造孔成槽。

从防渗墙结构强度和防渗要求看，0.4 m厚墙体即满足条件，但造孔时不可避免会发生垮孔现象，中下部墙体厚度不易保证，且一旦孔斜偏大，槽段间的接头发生错位也会使墙体产生渗漏。

经对两种墙厚的施工机械设备情况、防渗可靠性和安全性及投资比较，确定混凝土防渗墙厚度为0.6 m，该墙体厚度、槽段接头容易保证，且运行更为安全可靠。

3.帷幕灌浆设计

帷幕灌浆布置在混凝土防渗墙轴线上游0.5 m，与坝轴线和防渗墙轴线平行。帷幕灌浆布置为单排孔，经灌浆试验后，最终孔距确定为：左岸除试验孔外，孔距为1.6 m；右岸帷幕线转弯前 （里程0＋000.838～0＋066）孔距1.2 m，帷幕线转弯后考虑到渗径较长，除试验孔外，确定孔距为1.6 m。

根据 《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）规定：对三级以下的中低坝，相对不透水层的标准可按基岩透水率q≤5～10 Lu确定。根据崀峨水库钻探岩芯和压水试验可看出，坝基强风化上部岩体比较破碎，透水率大于20 Lu，而强风化下部岩体裂隙较少，且多呈闭合状，透水率突然减小到小于5 Lu，未能找到透水率20 Lu与10 Lu的分界，考虑到坝高不大，防渗帷幕底界确定为2 110 m高程。两岸边界因找不到正常蓄水位与水库蓄水前两岸地下水水位的交点，也找不到正常蓄水位与两岸相对不透水层的交点，因此，根据防渗要求，以不产生渗流破坏为原则确定帷幕线的延伸长度，左岸从0+337.2处向上游偏转27.38°后延伸51.28 m；右岸从ZK7向上游折转49.8°后延伸25.6 m。帷幕线总长159.24 m，其中左岸坝体及坝肩长68.48 m，右岸坝体及坝肩长90.76 m，总进尺3 825.29 m，灌浆段总长3 717.94m。帷幕与防渗墙的搭接长度为5 m。

灌浆材料为坝体和残坡积层采用水泥∶黏土=1∶3混合浆，坝体与坝基或残坡积层与基岩接合部位采用水泥∶黏土=1∶1混合浆，基岩采用纯水泥浆。

四、结 语

监测成果显示,崀峨水库除险加固后，坝体浸润线较之前显著降低，大坝渗漏问题明显改善，说明大坝防渗体系发挥有效作用。坝体、冲洪积层及残坡积层坝基采用混凝土防渗墙防渗，基岩采用帷幕灌浆防渗，这种“墙—幕”组合防渗方式结合了防渗墙与帷幕灌浆防渗的优点，在水库除险加固中应用前景广阔。

[1]水利部.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].1994.

[2]水利部.水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S].1996.

[3]水利部.土坝坝体灌浆技术规范[S]. 1988.

[4]张景秀.坝基防渗墙与灌浆技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

责任编辑 郑 爽

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：1000-1123（2017）10-0022-02

2017-01-19

陈小洪，工程师。