老树寨水库枢纽工程大坝防渗加固设计分析

【摘要】老树寨水库始建于1974年，于1975年投入使用。限于当时的技术经济条件和施工条件，工程质量和设计先天不足。经过近几十年的运行，现在工程老化失修严重，出现诸多问题。随着现在科技的发展，需要对这些问题加以解决，通过灌浆技术等对工程大坝进行防渗加固。本文就工程实际情况以及工程建设成本进行考虑，分析老树寨水库枢纽工程大坝防渗加固设计方案。

【关键词】老树寨水库工程；大坝防渗；大坝加固

1.引言

老树寨水库工程实修严重，需要对该工程进行翻修。因施工过程中对坝体防渗项目未有及时实施，错过最佳施工时间，经实地调查发现目前坝体漏水严重，汛期将至，严重危害坝体安全，经四方及相关专家现场勘查，确定对坝体防渗工程项目设计做出变更。以下做出具体分析。

2.工程概述

2.1工程简介

老树寨水库枢纽工程由主副坝、溢洪道，主副坝放水卧管和主副坝输水涵及隧洞等建筑物组成。

该水库总库容62.20万m3，位于山区，根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，工程属Ⅴ等工程，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级，水库设计和校核洪水重现期分别为20年和200年，消能防冲设计洪水标准为10年一遇。

水库整个灌区设计灌溉面积为3600亩。该水库防洪效益显著，水库下游保护人口1200人，保护耕地500亩，如果水库大坝一旦失事，将给下游造成严重危害，直接经济损失将达1200万元。

2.2工程建设成本简介

表一是建设工程一些项目的单价明细：

表1.建筑工程单价表

编号 名称及规格 单位 数量 单价 合计

钻岩石层帷幕灌浆孔

1 直接工程费 元/m 15341

1.1 直接费 元 14010

1.1.1 人工费 元 2921

工长 工时 21 9.87 207

高级工 工时 43 9.32 401

中级工 工时 152 7.22 1097

初级工 工时 217 5.60 1215

1.1.2 材料费 元 5066

金刚石钻头 个 3.3 620 2046

扩孔器 kg 2.3 450 1035

岩芯管 m 3.3 108 356

钻杆 m 2.9 110 319

钻杆接头 个 3.2 46 147

水 m3 660 0.76 502

其他材料费 15% 4405 661

1.1.3 机械使用费 元 6023

地质钻机 150型 台时 124 46.26 5736

其他机械费 5% 5736 287

1.2 其它直接费 元 14010 3.0% 420

1.3 现场经费 元 14010 6.5% 911

2 间接费 元 15341 6.5% 997

3 企业利润 元 16338 7.0% 1144

4 税金 元 17482 3.22% 563

5 定额合计 元 18044

2.3现存问题

（1）主坝为心墙坝，调查表明，坝体填土不均，质量较差，大坝上游陡峭，无防浪设施，坝顶宽度不足，沉陷较大，下游坝坡偏陡，排水棱体偏小且岩体风化严重，无交通踏步，外坝坡无排水沟。部分坝段坝身存在渗漏、在大坝中下部形成大面积散浸，导致下游坝坡变形；在下游坝坡中部高水位时有明流出漏点，渗流量约为0.1L/S。

（2）副坝为均质土壩，调查表明，坝体填土不均，质量较差，坝顶宽度不足，下游坝坡偏陡，无交通踏步，外坝坡无排水沟。坝身存在渗漏、散浸现象。

（3）由于施工清基不彻底，主副两岸坝肩仍残留有第四系松散堆积的残坡积层，加之表部岩体比较破碎，两坝存在绕坝渗漏问题。主副坝基地层主要为石炭系的砂岩，上部岩体比较破碎，多为强风化，透水率较大，加上前期没有进行防渗处理，两坝存在坝基渗漏问题。

（4）主坝放水涵位于大坝左端下，浆砌石结构老化裂缝渗漏严重，涵卧管总渗流量约为5L/S。副坝涵、卧管老化严重，影响大坝安全。

（5）溢洪道位于主坝右端山体内属于侧槽式。溢洪道控制段堰体老化裂缝，右边墙为浆砌石结构，存在微风化，局部有裂缝；底板为混凝土结构，水冲刷严重出现裂缝、剥蚀现象。溢洪道无消能设施。

（6）该水库无防汛公路上坝，需要改造公路1.0km。

（7）水库无管护用房，无大坝观测设施。

3.坝体固化灌浆设计

3.1浆液配置与操作规程

根椐大坝存在的渗漏问题及地质勘查情况及《粘土固化剂防渗灌浆技术应用手册》，设计采用粘土固化灌浆方案作为大坝坝体防渗加固设计方案，本工程坝体粘土固化灌浆轴线布置在坝顶，孔距1.2m，形成一排防渗墙体以达到坝体防渗目的。

在浆液的配置上，粘土80～90%，水泥20～15%，固化剂为水泥掺量的15～20%，粘土为就近采挖的自然土（要求做土工试验），水泥为32.5或4.25级普通硅酸盐水泥，粘土固化剂为专利产品。特殊情况依据技术人员要求可以对配比进行微调。

为了确保灌注质量，根据设计要求，在灌浆中制定了如下技术措施和操作规程：

（1）若采用自上而下灌浆法，土体下段的钻孔必须在前段灌注后2h以后进行；

（2）灌浆工作管下至距孔底≤50cm处；

（3） 灌浆压力通常依设计，在特殊情况下在未达到压力下停灌确定是否间隙灌注或终止灌注；

（4）采用循环式和纯压式相结合的综合灌浆方式，确保漿液能达到细小缝隙和有效扩散距离。灌浆开始前，应全部打开循环阀，以便灌浆开始后先排除灌浆孔内的水和空气，待排干净水和空气并开始有回浆后，即可以关闭回浆阀。

（5）孔口由专人查看压力表和回浆阀，确保回浆压力达到设计值；

（6）为确保浆液不从孔口套管周围冒出，应从孔口顺着套管开挖至土层以下30cm处，并用封口袋围着套管扎紧筑实，然后用粘土夯紧，制成孔口压浆板；

（7）对于孔壁不规则的孔，先初灌一次，达到浆液护壁，待24h后扫孔复灌；

（8） 同一段灌注中如出现无压力，无回浆，吃浆量大的孔采取分时间隙灌注，并改用1：1的浓浆，间隔时间首先是2h，如果仍然无压力，无回浆，吃浆量大，延长间隔时间到24h；

（9）各灌浆段灌注结束，在压力正常且坝面未出现裂缝的情况下一般不等浆液初凝后就可实施下一段的灌注；

（10）土体灌浆压力控制为0.1～0.2MPa。

3.2质量保证措施

3.2.1 建立工程质量管理制度

（1）严把材料关，不合格材料坚决不允许进场；

（2）严把技术关，严格按照技术方案和施工方案施工，

（3）加强监督检查，每道工序坚持先验收后施工，防止偷工减料和弄虚作假等危害工程质量的行为发生；

（4）强化“质量为本”意识，让人人重视质量，使人人成为质量监督员，对施工质量实行“一票否决”制度。

3.2.2 建立三级质量监管体制

建立班长→现场技术→技术监理的三级质量监管体制。班长是第一质量保证责任人，确保本班的钻孔质量、灌注质量；其次，现场技术负责随时处理出现的技术问题；最后，技术监理负责监督技术措施的落实。在此期间，需要工程监理单位全程监督检查。

3.2.3其他注意事项

工程质量通过压水试验和注水试验检测。一般地，土层注水试验需要工程完工后7天，压水试验需要工程完工后28天进行。

4.除险加固工程设计

根据《中方县老树寨水库大坝安全鉴定报告书》中鉴定结论，确定除险加固初步设计的主要内容如下：

（1）大坝

首先，对主坝进行坝顶加高，坝体培厚加固处理。主坝上游坡从366.0m高程至设计洪水位设预制砼六棱块护坡，设计洪水位以上和下游坡设草皮护坡，增设交通踏步，下游坝坡新修排水沟，拆除老排水棱体，新修排水棱体。

其次，对副坝进行坝顶加高，下游坝坡培厚加固处理。副坝上游坡从原砼面板以上和下游坡设草皮护坡，增设交通踏步，下游坝坡新修排水沟，新修排水棱体。

最后，对主副坝坝肩和坝基进行帷幕灌浆处理，对两坝坝体进行冲抓回填防渗处理。

（2）输水涵、卧管

为保证水库安全，主坝旧输水涵管彻底封堵，废除老卧管，新修主坝输水隧洞和副坝原涵管拆除，新修副坝输水涵洞，并新建配套卧管及消力井。

（3） 溢洪道

对溢洪道堰顶帷幕灌浆处理，底板边墙采用砼衬砌，并加做排水系统，尾部增修消能设施。

（4）观测设施

完善大坝安全监测和水文观测设施，完善通讯设施。

（5）防汛公路

改造1.0km长防汛公路，接通公路至大坝。

（6）新建管理用房

新建管理用房和防汛仓库。

5.安全评价

5.1大坝渗流安全评价

主副坝坝体填土不均，质量较差，均存在坝身存在渗漏、散浸现象。主坝部分坝段坝身存在渗漏、在大坝中下部形成大面积散浸，导致下游坝坡变形；在下游坝坡中部高水位时有明流出漏点，渗流量约为0.1L/S。

5.2大坝结构安全评价

由于副坝较矮，本次仅对主坝进行结构稳定计算。通过计算，主坝在非稳定渗流期上游坝坡在水位剧降情况下最小抗滑稳定安全系数不能满足规范要求。其余工况下大坝稳定安全系数均能满足规范要求。因此大坝内坝坡稳定，外坝坡不稳定。

6.结语

综上所述，相关部门应该取消原主副坝坝体冲抓回填防渗，改为对主副两坝体进行粘土固化灌浆进行防渗处理。通过固体灌浆以及除险加固，对老树寨水库工程进行翻修，具有较强的经济效益与社会效益，此方案的施行较为妥当。

参考文献：

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[2]李树林. 水库大坝除险加固防渗设计处理浅述[J]. 环球市场，2017，（3）：112.

[3] 严祖文，魏迎奇，张国栋. 病险水库除险加固现状分析及对策[J]. 水利水电技术，2010，（10）：76-79.

作者简介：郑学良（1985-），本科，工程师，主要从事水利设计工作。