红山湾水库大坝基础处理设计方案探讨

缪建新，庹世华

(1.临泽县水务局，甘肃 临泽 734200；2.甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000)

1 概述

临泽县红山湾水库工程项目是甘肃省列入国家“十二五”大中型水库规划的11座大中型水库之一，也是张掖市唯一列入规划的中型水库。该水库位于临泽县倪家营镇梨园河出山口河谷地带，东邻梨园新村，南依省道213线(张掖—肃南公路)，北靠闪佛寺山，西接梨园河河道，距临泽县城21km，是一座以生活供水和工业供水为主，兼顾生态用水和农业供水的中型水库。水库枢纽主要包括大坝、输水洞、溢洪道及泄洪排沙洞，为Ⅲ等中型工程，水库设计总库容为1700万m3，最大坝高为34.60m，工程静态总投资为5.52亿元。

红山湾水库大坝由垂直河道的主坝和右岸顺河岸向上游布置的副坝组成，坝顶总长2345m，平面上呈折线，有3处拐点。主坝长416.5m，垂直主河槽布置；副坝长1928.5m，坐落在右岸二级阶地上，基本沿阶地前缘布置，副坝右端在河床内向上游延伸防渗体1115m。主坝左坝肩紧靠闪佛寺山，坝基处河床砂砾石覆盖层厚5～12m，副坝坝基处砂砾石覆盖层厚8～20m，且主副坝坝基覆盖层下岩石上部10～15m透水性大，大坝坝基防渗处理工程量大，技术较为复杂，是本水库质量控制的关键问题之一。为此，本文通过分析红山湾水库坝址区工程地质条件及坝基渗漏与渗透破坏问题，结合类似已建工程经验，科学合理地提出了红山湾水库大坝基础处理设计方案。

2 坝址区工程地质条件及评价

坝址区位于梨园河山间盆地左侧，左岸分布基岩山体，现代河床偏向左岸发育，紧贴基岩山体一侧侵蚀通过；河床宽度为150～300m，地面高程为1680m左右，平均纵坡为10‰；现代河床右岸发育Ⅰ～Ⅲ级堆积阶地，谷底宽度200～800m不等。利用上述地形条件，选定红山湾村作为水库建设坝址。经在坝址区布置20个钻孔和24个探坑勘探，基本查清了坝址区的工程地质条件。

2.1 主坝段工程地质条件及评价

2.2 副坝段工程地质条件及评价

3 坝基渗漏与渗透破坏问题

由于红山湾水库坝基渗漏量大，存在渗透变形及渗透稳定问题。设计对主副坝桩号0+000～2+345段的基岩风化带按照渗透剖面提供的透水率采取帷幕灌浆的防渗处理措施；桩号2+345～3+460段以泥岩为主，局部夹泥质砾岩的基岩强—弱风化带，考虑到该段地面以上已无水头压力，防渗体上下游地下水位差较小，该段可不进行帷幕灌浆处理。

4 大坝基础处理

4.1 大坝基础处理方案选择

根据红山湾水库坝址区工程地质条件及坝基渗漏与渗透破坏分析，按照规范要求，坝基砂卵砾石覆盖层较厚时宜采用垂直防渗，常用的垂直防渗措施有混凝土防渗墙和高压喷射灌浆防渗墙两种。对这两种防渗措施进行技术经济比较，具体见表1。

由表1可看出，混凝土防渗墙和高喷防渗墙均为较成熟的防渗技术，在砂卵砾石地层中，高喷防渗墙投资1950.83元/m2，混凝土防渗墙投资2069.81元/m2，混凝土防渗墙投资比高喷防渗墙高6.1%，但混凝土防渗墙可靠性高于高喷防渗墙，且根据SL 274—2001《碾压式土石坝设计规范》第6.2.6条规定“砂砾石层深度在15m以内，宜采用明挖回填黏土截水槽；砂砾石层深度在80m以内，可采用混凝土防渗墙”。红山湾水库主坝0+276～0+416.5段、副坝、副坝右端在河床内向上游延伸防渗体段砂砾石覆盖层厚度均大于15m，因此采用混凝土防渗墙防渗。主坝0+091～0+276段砂砾石覆盖层厚度虽然小于15m，考虑该段长度只有185m，占基础防渗处理长度的5.6%，且位于主河道，采用明挖回填黏土截水槽施工时排水量大，从施工方面考虑，该段坝基也采用混凝土防渗墙防渗。因此，综合规范、施工、经济等因素，红山湾水库大坝基础处理采用混凝土防渗墙防渗。

表1 红山湾水库坝基砂卵砾石覆盖层防渗措施比较表

4.2 混凝土防渗墙设计

由于国内防渗墙设计无规范，本工程防渗墙参照已建工程经验、SL 174—2014《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》和相关论文设计。混凝土防渗墙底部嵌入基岩1.0m，顶部设计成楔形，插入壤土斜墙高度为坝高的1/10，坝高较小时插入高度不低于2m。防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性的要求，同时还应考虑到施工因素，根据防渗墙破坏时的水力坡降计算墙体厚度δ，计算公式如下：

(1)

式中， ΔHmax—作用在防渗墙上的最大水头差，m，取32.3m；K—抗渗坡降安全系数，取5；Jmax—防渗墙渗透破坏坡降，取300。

防渗墙计算厚度为0.54m。防渗墙最大深度为30m，墙内预埋基岩帷幕灌浆管，坝基砂砾石内有大量漂石，造孔最大孔斜率按0.6%控制，最大孔斜为0.18m，考虑施工因素，防渗墙设计厚度取0.8m。

参考国内外已建防渗墙的经验，设计采用塑性混凝土作为墙体材料，这种材料具有抗渗性能好、变形模量低、极限应变值大、适应变形能力强等特点。塑性混凝土防渗墙的设计指标为：28d弹性模量为800～1000MPa，抗压强度≥2.5MPa，渗透系数<(1～9)×10-8cm/s。

4.3 帷幕灌浆设计

根据坝址区地质资料，坝基基岩强—弱风化带的透水率不满足水库蓄水要求，需对透水性基岩采取防渗处理措施。SL 274—2001第6.3.4条规定：“土质防渗体坝，当其基岩透水性较大时，应做帷幕灌浆”，设计对防渗墙下透水性大的岩石进行帷幕灌浆是必要的。根据地质资料，基岩裂隙宽1～3mm，基岩内地下水流速为10～20m/d。SL274—2001第6.3.5条规定：“基岩裂隙宽度大于0.15～0.25mm，应采用水泥灌浆；受灌区的地下水流速不大于600m/d时，可采用水泥灌浆”。因此，采用水泥进行帷幕灌浆是可行的。

帷幕灌浆设计为单排，孔距为2m，深入相对不透水层(基岩透水率≤5Lu)为5m，灌后基岩的透水率≤5Lu。以水泥灌浆为主，为确保灌浆质量，要求使用42.5级普通硅酸盐水泥，细度要求通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。采用自上而下分段灌浆法，每段灌浆长度为5～6m。坝基设计控制最大灌浆压力不超过0.6MPa，最终在灌浆施工过程中调整确定。采用机械灌浆法封孔。

帷幕灌浆属地下隐蔽工程，按照SL 62—94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》要求施工。灌浆质量对防渗效果影响很大，需对灌浆质量进行检查，质量检查以检查孔压水试验成果为主，检查孔数量为灌浆孔总数的10%，每10个灌浆孔布设1检查孔，灌后基岩的透水率≤5Lu算作合格，不合格时应补灌到合格。

4.4 大坝右端上游河床防渗处理

大坝右端无坝肩，末端上游尽管地面高于坝顶，但基岩面及地下水水位均低于水库正常蓄水位，大坝右端上游河床存在库水渗漏通道。该段河床覆盖层厚14～23m，设计采用坝基混凝土防渗墙向上游河床延伸防止库水外渗，基础防渗处理范围应逆上游抵达地下水位变幅最低时的高程高于水库正常蓄水位为止，确定基础防渗处理范围终点桩号为3+460。混凝土防渗墙厚0.6m，穿过基岩强风化层，深入基岩中等风化层2.0m，墙顶高程为1710.2m。防渗墙设计同“坝基处理”，不再赘述。考虑到该段地面以上已无水头压力，防渗墙上下游地下水水位差较小的因素，不进行帷幕灌浆处理。

4.5 左坝肩处理

左坝肩山脊线高程为1732m，高出坝顶20m左右，岸坡平均地形坡度为20°，基本上顺着冲沟清基筑坝作为坝肩，沟宽10～20m，深3～5m，大部分沟底与沟两岸基岩出露，自然边坡稳定。在坝体轮廓线内，无断层存在，岩体完整性较好，基岩强—微风化带存在绕坝渗漏问题，需对坝肩采取帷幕灌浆的防渗处理措施。左坝肩下游侧边坡高陡，现状存在一处规模较大的滑塌体，该滑塌体影响后坝体施工与后坝脚运行安全，施工时对影响到的区域应进行彻底清除。

5 结语

红山湾水库工程于2014年12月开工，2016年6月主体工程建设任务全部完成。2016年9月委托长江勘测规划设计研究院有限责任公司对红山湾水库进行蓄水安全鉴定，大坝坝基混凝土防渗墙施工质量符合设计及相关规范的要求，大坝运行稳定安全。2017年7月，红山湾水库顺利通过甘肃省水利厅、省发展和改革委员会组织的下闸蓄水验收，投入试运行。红山湾水库大坝基础处理采用混凝土防渗墙防渗体的成功实施，彻底解决了红山湾水库大坝深覆盖层、长坝段坝基处理的难题，为河西内流河地区深覆盖层、长坝段水库工程防渗体设计方案的确定起到很好的借鉴和示范作用。