马鞍山水库坝基昔格达地层防渗方案研究

(中水君信工程项目管理咨询有限公司，成都，610074)

1 工程概况

马鞍山水库工程位于四川省攀枝花市米易县，是一座以灌溉、乡镇及农村供水为主，兼顾生态环境用水等综合利用的中型水利工程，设计灌面0.38万hm2，总库容1136万m3。水库大坝采用碾压式沥青混凝土心墙石渣坝型，坝顶全长263m，最大坝高68.0m。

马鞍山水库大坝坝基自左到右分别为辉长岩(分布于左坝肩、河床段及右坝肩底部)和昔格达组的砂岩和粘土岩互层(分布于右坝肩中上部)，左岸为宽厚山体，右岸为单薄分水岭。为减少坝基渗漏，初设阶段对河床段及两坝肩均设置了帷幕灌浆，并通过混凝土基座与沥青混凝土心墙连接，形成封闭防渗体系，右坝肩以外通过灌浆向库岸延伸约300m。

施工阶段在右岸坝端针对昔格达岩进行了可灌性试验。试验检查孔中能发现大量的水泥结石充满层面和竖向裂隙，但通过压水试验表明，其吕荣值均未达到防渗要求。综合分析说明，该处昔格达岩防渗不宜采用帷幕灌浆的方式。同时，由于昔格达岩具有失水再吸水过程后易软化、坍塌的特性，在实际运行中近坝库岸的边坡安全也不容忽视。因此，需要通盘考虑右坝肩昔格达地基的防渗处理和近坝库岸的防护。

2 处理方案拟定

针对右岸单薄山体的地形、地质特性，设计初拟了垂直防渗方案(跟初设阶段理念一致)及右岸上游面板防渗方案。

2.1 垂直防渗方案

除帷幕灌浆外通常还有高压旋喷灌浆、混凝土防渗墙等方式，其技术特性分述如下。

(1)高压旋喷灌浆：该技术广泛应用于坝基防渗和地基加固，适用于软弱土层、砂类土和小粒径砂卵砾石层。根据现场取样，昔格达地层属半成岩，砂、泥岩饱和抗压强度为0.52MPa～1.47MPa，具有一定强度，在高压水、气切割岩土体时，不易完全切割推动岩土体、使浆液与破坏岩土体完全混合形成一定厚度的浆液凝结体，难以达到防渗目的。

(2)混凝土防渗墙：根据相关规程规范及施工手册，混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝(堰)中以泥浆固壁连续造孔成槽，在泥浆下浇筑混凝土或回填其它防渗材料筑成的、起防渗作用的地下连续墙。它几乎可适应于各种地质条件，包括松弱的淤泥至密实的砂卵石，甚至漂石和岩层中(基岩主要指强度较软弱的基岩，含风化岩体)。

若采用该方案，拟在坝0+223.10～坝0+373.700范围内，布置60cm厚C15素混凝土防渗墙，防渗墙穿昔格达岩并在底部切入下伏辉长岩一定深度，墙深0m～71m。经防渗墙处理之后，渗漏量可得到有效控制，但对近坝库岸的防护还需另外采取措施。

2.2 上游面板防渗方案

本方案的设计目的是，在昔格达边坡上布置防渗面板和粘土铺盖减少渗漏，同时起到保护岸坡的作用。处理范围和方案为：自心墙基座上游侧、坡面高程1270.00m以上、坝体填筑轮廓线范围内，布置钢筋混凝土防渗面板；钢筋混凝土面板以外、死水位以上、坡顶高程1307.00m以下、坝前约100m范围内采用粘土铺盖；在辉长岩与昔格达分界、高程1270.00m附近采取帷幕灌浆防渗，昔格达地层则采用水平铺盖+粘土截水槽方式防渗。

经过实际布置，心墙上游侧钢筋混凝土面板与心墙基座纵坡平行，均为1∶1.9，两开挖面之间设置1∶5的过渡坡段。钢筋混凝土面板厚50cm，长76.51m，下设10cm厚砂浆找平层，沿纵向分为5个面板，面板缝、周边缝设2道铜片止水。面板以上开挖边坡1∶3，填筑坡比1∶3.5，用昔格达土填筑，表面依次为50cm厚反滤层和10cm厚预制六棱块。

沿坝0+206.70设帷幕灌浆，轴线基本沿岸坡辉长岩与昔格达地层分界线布置，帷幕灌浆长100m，设1排灌浆孔，孔距1.5m，深度约50m，帷幕灌浆孔的两侧各布置1排固结灌浆孔和锚杆，孔距2m。帷幕灌浆在C25混凝土盖重上进行，盖重顶高程1270.00m，C25混凝土盖板底宽4.26m、厚1.2m。

上游粘土铺盖开挖和填筑坡比与面板段相同，平面布置上为圆弧形，表面采用反滤层和预制六棱块护坡。粘土铺盖的顶部垂直厚度1.83m，库底垂直厚度6.69m。水平铺盖宽15m，厚7m，铺盖外侧边坡1∶4。护坡顶部与坝顶齐平，布置20cm厚泥结石马道，高程为1307.00m。

图1 马鞍水库上游面板防渗方案平面布置

3 方案比选

两方案主要技术经济特点见表1。

表1方案优缺点比较

(1)从方案本身来看，不管是防渗墙，还是防渗面板+粘土铺盖，都在工程上广泛应用，都可以有效解决本工程的坝肩防渗问题。但本工程近坝库岸为昔格达，由于其固有特性，有岸坡防护需要，防渗墙方案不能解决该问题。从这方面看，面板+铺盖护坡方案较优。

(2)从工程布置上看，防渗墙与心墙基座连接简单、可靠，而面板+铺盖护坡方案分部工程较多，存在面板与心墙基座、面板与帷幕灌浆、面板与粘土铺盖、粘土铺盖与防渗墙的连接，以及粘土铺盖本身的碾压填筑，对工程质量要求高，易产生薄弱环节影响工程整体效果。从这方面看防渗墙方案较优。

(3)从施工方面看，在坝肩斜坡上进行防渗墙施工难度非常大，需要扩挖基槽至少达到15m宽，并设置牢固操作平台，由此导致的二次开挖、心墙基座和坝体填筑工程量增加较多。同时，由于防渗墙最大深度达到71m，如此深的幕墙施工和质量控制对建设、管理单位都是一个不小的挑战。相对而言，防渗面板+粘土铺盖施工更为简单，质量更容易保证。

综上所述，虽然防渗墙方案具有联接较少，施工可靠性强等优势，但是因工程量偏大，不易找到专业的施工队伍和机械，同时存在投资偏高、影响工期1年等不利因素，因此，本工程最终采用钢筋混凝土面板+铺盖护坡方案。该方案虽存在较多的不利因素，但通过合理的施工和严格的质量控制，可以使之发挥正常工程效益。

4 技术特点和实施效果

(1)一般坝基防渗采用竖向的帷幕灌浆或防渗墙方式，本工程结合坝基地层特点，采用竖向和斜坡防渗面板型式，形成有效整体来达到防渗的目的。

(2)在进行坝基防渗的同时，充分兼顾到对库岸的防护，使之达到双重工程效果，取得较好效益。

(3)本方案自2015年7月开始实施，历经7个月至2016年2月完成，施工质量良好。自2016年10月开始试蓄水至今，上下游最大水位差已达51m，并经数个汛期检验，未发现明显渗水迹象，库岸边坡各项监测数据表明运行正常，证明坝基防渗方案是合理的。