贺冲水库除险加固大坝防渗设计

吴 燕 吴 琼

（信阳市淮河管理处）

1 水库除险加固工程初步设计的主要内容

贺冲水库除险加固防洪标准按30 a 一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核；大坝：坝体、坝基渗透稳定分析及加固设计，上游坝坡整修及混凝土护坡工程，下游坝坡整修、增设坝面排水沟及坝脚棱体排水拆除重建为贴坡排水，坝顶工程，白蚁治理，增设观测设备；溢洪道：溢洪道整修加固工程；输水洞：输水洞进口、洞身及出口拆除重建工程；完善安全监测管理设施。

2 水库除险加固工程防渗加固处理

2.1 上游坝坡工程

上游坝坡按坡比1.00：2.04整修，为防止风浪冲刷，上游坝坡整修结束后进行护坡。护坡护砌范围为桩号0+000～0+078段，护砌高程由死水位122.30 m至坝顶128.30 m，采用C20混凝土，厚0.14 m，下铺0.10 m厚砂石垫层。护坡分块为3.00 m×3.00 m，块间缝宽0.10 m，缝内填塞无砂混凝土排水带，排水带下铺0.30 m宽土工布，护坡底部及周边采用脚槽及周边槽防护。

2.2 下游坝坡工程

下游坝坡按坡比1.00：2.30整修，整修结束后统一种植草皮护坡。

下游坝坡与两岸山体连接处增设排水沟，断面尺寸为0.30 m×0.30 m，边墙及底板厚均为0.15 m，总长66.00 m。

下游坝脚棱体排水块石松动、脱落，将其全部拆除，改建为贴坡排水。贴坡排水顶部高程为121.80 m，相应桩号范围为0+004～0+068段，材料由内至外依次为0.20 m厚粗砂垫层、0.20 m厚碎石垫层、0.25 m 厚干砌块石。为不占用大坝下游耕地，贴坡排水底部接M7.5浆砌石重力式挡土墙。为使坝体渗水能顺利排出，挡墙内设2排ϕ110UPVC排水管，排距0.50 m，孔距0.50 m，梅花型布设。

2.3 坝顶工程

坝顶路面采用0.15 m 厚C20 混凝土硬化，下铺0.20 m 厚10%水泥稳定石屑层。设计路面高程128.30 m，总宽4.00 m，净宽3.50 m。路面下游侧增设C20混凝土路缘石，顶部高出坝顶路面0.20 m，预留排水口正对坝坡排水沟。

根据除险加固调洪成果兼顾坝顶安全防护需要，坝顶路面上游侧增设防浪墙（兼防护墙），顶部高程为129.00 m。

3 防渗加固处理工程优选方案

3.1 方案比较

拟选三种方案进行比较：①劈裂粘土灌浆；②深层搅拌桩；③浇注塑性混凝土防渗墙。

方案①土坝劈裂灌浆。劈裂灌浆具有机理明确、工艺合理、防渗效果好、施工工期短、经济效益显著等优点（折算130.00 元/m2）。劈裂灌浆技术主要适合于处理存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝及结构性较强的粉细砂及土砂夹层透水地基。方案②深层搅拌水泥土防渗墙一般采用单轴、多轴深搅桩机施工。常用于淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等土层中。方案③浇筑塑性混凝土防渗墙。适宜于各种地质条件，且能在基岩上成墙。这种方案，处理坝体及坝基接触渗漏彻底，防渗效果好，但造价较高（约410.00元/m2）。

根据贺冲水库大坝存在问题，经以上综合比较分析，方案①粘土心墙顶部高程过低，心墙外坝体填土密实性差，孔隙发育，结构较疏松，采用劈裂灌浆处理无法形成连续劈裂，难以成墙，且防渗效果不如方案②及方案③；方案③防渗效果好，但投资大，施工速度慢；方案②可处理坝体渗漏及接高粘土心墙，且在本地区对土坝渗漏处理中应用较多，有成熟的理论做指导，又有熟练的施工经验，质量容易控制，施工工期短，处理效果好，且工程造价较低，能将工程险情处理彻底。经以上综合比较分析，故贺冲水库除险加固工程设计采用深层搅拌桩方案。

4 大坝工程设计

经方案比较，大坝坝体渗漏处理采用深层水泥土搅拌桩防渗墙。处理范围桩号0+000～0+078，全长78.00 m，沿坝轴线布置，搅拌桩防渗墙顶部高程为127.95 m，底部伸入到基岩表面。搅拌桩直径为50.00 cm，桩距40.00 cm，桩与桩搭接长度10.00 cm，参考水灰比1.50∶1.00，水泥土中水泥掺入比为15.00%。防渗墙技术参数：①成墙最小厚度0.30 m；②渗透系数k＜i×10-6cm/s(1＜i＜10);③90 d 龄期单轴无侧限抗压强度≥0.50 MPa。

参照已做工程经验，水泥土搅拌桩防渗墙底部与基岩面相接触，施工时搅拌桩搅拌下沉至基岩面时，停在该位置注浆1-2 min后，再搅拌上升，以加强坝体填土与坝基结合部的抗渗能力。

4.1 上游坝坡工程

除险加固上游坝坡按坡比1.00：2.40整修，为防止风浪冲刷上游坝坡，上游坝坡整修结束后进行护坡，护坡类型，拟选两种方案进行比较。

4.1.1 方案①混凝土护坡

混凝土护坡厚度计算：按照《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)，对具有明缝的混凝土或钢筋混凝土板护坡，当坝坡坡度系数m＝2.00～5.00 时，在浮力作用下稳定的面板厚度可按下式计算：

式中：η—系数，对整体式大块护面板取1.00；hp—累积频率为1%的波高，m，hp=0.38；b—沿坝坡向板长，m，b=3.00 m；ρc—板的密度，t/m3，取ρc=2.4 t/m3；ρw—水的密度，t/m3，取ρw=1.00 t/m3；m—边坡系数，取2.40；Lm—平均波长，m，Lm=4.85 m。经计算，t=0.08 m，取混凝土护坡厚度为0.14 m。

4.1.2 方案②干砌石护坡

块石护坡厚度计算：计算公式：

式（2）（3）中：D—石块的换算球形直径，m；kt—随坡率变化的系数，查表得kt=1.30；ρw—水的密度，t/m3，取ρc=1.00 t/m3；ρk—块石密度，t/m3，取ρc=2.40 t/m3；hp—累积频率为5%的波高，hp=0.31 m；m—边坡系数，取2.40。

经计算，t=0.20 m，取砌石护坡厚度为0.25 m。

混凝土护坡单价约为块石护坡单价的2.20倍，而干砌石护坡厚度为混凝土护坡的2.00倍，两种护坡费用投资基本相同。但根据以往工程施工经验，干砌石施工质量不易保证，施工中出现质量问题较多，易返工。综合以上比较，采用方案①，混凝土护坡。

护坡护砌范围为桩号0+000～0+078 段，护砌高程由死水位122.30 m 至坝顶128.30 m，采用C20 混凝土，厚0.14 m，下铺0.10 m厚砂石垫层。护坡分块为3.00 m×3.00 m，块间缝宽0.10 m，缝内填塞无砂混凝土排水带，排水带下铺0.30 m宽土工布，护坡底部及周边采用脚槽及周边槽防护。护坡前需对上游坝坡进行整修，设计坡比为1.00：2.40。

4.2 下游坝坡工程

现状大坝下游坡不规整，除险加固对下游坝坡按坡比1.00：2.30整修，整修结束后统一种植草皮护坡。

下游坝坡与两岸山体连接处增设排水沟，断面尺寸为0.30 m×0.30 m，边墙及底板厚均为0.15 m，总长66.00 m。

下游坝脚棱体排水块石松动、脱落，除险加固将其全部拆除，改建为贴坡排水。贴坡排水顶部高程为121.80 m，相应桩号范围为0+004～0+068 段，材料由内至外依次为0.20 m 厚粗砂垫层、0.20 m 厚碎石垫层、0.25 m 厚干砌块石。为不占用大坝下游耕地，贴坡排水底部接M7.5 浆砌石重力式挡土墙。为使坝体渗水能顺利排出，挡墙内设2 排ϕ110UPVC 排水管，排距0.50 m，孔距0.50 m，梅花型布设。

4.3 坝顶工程设计

现状坝顶路面为土路面，除险加固设计坝顶路面采用0.15 m 厚C20 混凝土硬化，下铺0.20 m 厚10%水泥稳定石屑层。设计路面高程128.30 m，总宽4.00 m，净宽3.50 m。路面下游侧增设C20 混凝土路缘石，顶部高出坝顶路面0.20 m，预留排水口正对坝坡排水沟。

根据除险加固调洪成果兼顾坝顶安全防护需要，坝顶路面上游侧增设防浪墙（兼防护墙），顶部高程为129.00 m。

5 白蚁治理工程处理措施

挖白蚁巢：挖出白蚁老巢，捕住蚁王蚁后、清除副巢、幼龄巢、对巢腔药物处理后，回填夯实。药物灌浆：在大坝下游坡梅花状布孔，人工操作压进。防蚁隔离带：在适当位置设置防蚁隔离带。地表施药：在大坝下游坡使用喷雾器进行药物喷洒，彻底消灭散白蚁。药饵诱杀：在大坝下游坡适当位置设置药饵诱杀。