红旗水库除险加固防渗嵌固墙基础处理

陆定伟　刘春艳

摘 要：红旗水库位于贵州省织金县金龙乡，大坝为土石坝，最大坝高18.8 m，修建于20世纪70年代。由于受当时施工技术与经济条件的影响，大坝填筑时清基不彻底，未清除覆盖层。坝基局部地段为冲洪积淤泥，且坝基未做防渗处理，坝基松散覆盖层及强风化岩石透水性较大，在库水压力作用下坝体及坝基存在大面积渗漏现象。在除险加固施工时，大坝上游坝脚防渗嵌固墙基础为淤泥，深为6～13 m，淤泥承载力低，触变性大，不满足嵌固墙对基础的要求。结合现场实际情况，采取松木桩+块石夯填挤密+钢筋混凝土垫层相结合的综合处理方案。大坝防渗加固修复工程实施后，大坝运行良好，防渗效果良好，至今未发现渗水点，且历经高水位和汛期大流量蓄水等特殊运行工况的考验，防渗嵌固墙基础问题得到有效处理。

关键词：除险加固;地质条件;松木桩;防渗嵌固墙;渗漏

中图分类号：TV441文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）11-0053-03

Analysis on the Foundation Treatment of Hongqi Reservoir's

Anti Seepage Wall

LU Dingwei1 LIU Chunyan2

（1. Guizhou Zhongcheng Tianhe Water Conservancy Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550003;

2. Guizhou University of Engineering Science，Bijie Guizhou 551700）

Abstract： Hongqi reservoir is located in Jinlong township， Zhijin county， Guizhou province. The dam is an earth rock dam with a maximum height of 18.8 m. It was built in the 1970s. Due to the influence of construction technology and economic conditions at that time， the foundation of the dam was not cleaned thoroughly and the overburden layer was not removed. The local section of the dam foundation is alluvial proluvial silt， and the dam foundation was not treated for seepage prevention. The loose overburden layer and strongly weathered rock of the dam foundation have high permeability Under the action of reservoir water pressure， and there is a large area leakage phenomenon in the dam body and dam foundation. During the reinforcement construction， the foundation of the impervious embedded wall at the upstream dam toe is silt， with a depth of 6～13 m. The silt has low bearing capacity and large thixotropy， which does not meet the requirements of the embedded wall for the foundation. Combined with the actual situation of the site， the comprehensive treatment scheme of pine pile + rock compaction + reinforced concrete cushion are adopted. After the implementation of the dam anti-seepage reinforcement and repair project， the anti-seepage effect is good， and no seepage point has been found so far. After the test of special operation conditions such as high water level and large flow storage in flood season， the anti-seepage embedded wall runs well， and the reservoir leakage problem has been effectively treated.

Keywords： danger removal and reinforcement;geological conditions;pine pile;impervious embedded wall;leakage

紅旗水库位于贵州省织金县金龙乡东南面2 km处的细木村境内，水库距离织金县城43 km。有通村公路从距坝址东侧0.8 km处经过，但未到坝址，交通不便。红旗水库所处河流大田坝沟为长江流域乌江水系六冲河右岸一级支流。水库坝址以上集雨面积为3.58 km2。

红旗水库是一座以人畜饮水和灌溉为主的水库，解决了1 000人、600头牲畜的人畜饮水问题。水库设计灌溉面积2 km2，有效灌溉面积约0.319 km2。水库正常蓄水位1 406.20 m，水库总库容4.93×105 m3。工程等别为V等，属小（2）型水库。

水库大坝为折线形土石混合坝，坝顶总长141.3 m。左坝段长91.3 m，最大坝高18.8 m，坝顶宽4 m;右坝段长50 m，最大坝高13.8 m，坝顶宽4 m。

1 大坝坝体现状

大坝为土石混合坝，现坝顶高程1 408.30 m。上游坝坡为干砌片石护坡，局部片石存在松动、移位现象，杂草丛生，有零星灌木。据现场走访调查和坝体上下游面坑探揭露，坝体填筑材料为左岸山体爆破的块碎石及右岸山体的黏土夹碎石。据上游坝坡坑探揭露，上游坝坡填筑材料主要为黏土夹碎石，黏土呈可塑状，碎石含量约为20%，粒径为3～5 cm，个别较大的粒径可达20 cm。坝体填筑材料较差。另外，受当时经济条件限制，坝体均为人工碾压，无机械化设备操作，导致坝体碾压质量较差。在库水压力作用下，坝体及坝基存在渗漏现象。现场检查时发现，坝脚存在大面积的散浸现象，两坝肩山脚有明显的渗水点。其中，渗水点S1位于坝体中段右岸山脚，高程为1 397.36 m，渗水量为0.1 L/s。

2 防渗嵌固墙基础施工

红旗水库上游坝坡除险加固方案为清除坝面杂质，铺设PE复合土工膜进行防渗，采用C15混凝土预制块护坡。在上游侧坝趾处及上游周边，修建宽1.5 m、高2.0 m的C15混凝土防渗嵌固墙。嵌固墙基础应置于强风化基岩上，并兼作灌浆平台。

工程于2019年2月开工。在防渗嵌固墙施工开挖过程中，主坝防渗嵌固墙桩号0+015.00～0+063.50段基础开挖发现为冲洪积淤泥，且原坝基未做防渗处理，深为6～13 m，淤泥承载低，触变性大，施工开挖机械难以进入作业面，无法开挖至设计高程。鉴于汛期即将来临，为确保大坝安全，上游坝面施工须在枯水期内完成。

经参建各方讨论后，设计拟采用以下处理方案。

①基础开挖至原设计高程以下1 m（高程1 392.5 m）时，如仍未到达持力层，则采用机械打松木桩进行基础处理[1]。木桩采用松木桩，间排距初步拟定为0.5 m，梅花形布置。松木桩直径D为15 cm，长度根据现场实际情况确定。同时，木桩布设位置应与灌浆孔位置错开。

②木桩打完后继续块石夯填挤淤[2-4]，并在上层采用碎石夯实至高程1 393.1 m。

③在高程1 393.1～1 393.5 m范围内浇筑C20钢筋砼垫层，厚度为0.4 m，宽度为2.5 m。钢筋为双层双向布置，直径为14 mm，间排距为200 mm。待垫层混凝土施工完成后，检测合格后在垫层上面进行C15混凝土防渗嵌固墙的施工，后进行帷幕灌浆工程施工。

3 计算复核

对上述所选方案进行计算复核，主要对松木桩承载力进行计算复核。根据《建筑地基处理规范》（JGJ 79—2012）[5]，单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩荷载试验确定，计算公式如式（1）所示。

[Ra=ψa×σ×A]                           （1）

式中：[Ra]为单桩承载力标准值，kN;[ψ]为纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般取1;a为桩材料的应力折减系数，木材取0.5;[σ]为桩材料的容许应力，桩头直径为150 mm、桩尾直径为120 mm的松木桩的[σ]取值为2 700 kPa;[A]为桩端截面积，m2。因此，将[ψ]=1 、a=0.5 、[σ]=2 700 kPa、[A=π×0.1222] m2带入式（1），有[Ra]=15.26 kN。

经过嵌固墙稳定和应力应变计算，单位长度的挡墙所需的地基载力[R]为79.5 kPa。由[N=RRa=5.2]可知，每平方米需要至少5.2根桩。实际设计松木桩采用50 cm×50 cm梅花形布置，面积置换率[m]的计算公式如式（2）所示。

[m=d21.05×s2×100%=8%]                    （2）

式（2）中：[d]=0.15 m;[s]=0.5 m。

结合防渗嵌固墙尺寸，松木桩间排距均为0.5 m，梅花形布置，具体布置如图1和图2所示。

松木桩应使用“原木”的，不能加工成其他形状，尤其不能对半锯开变成半圆状。半圆桩易弯曲，会失去作用，需要采用新鲜的松木，胸径不小于15 cm。为了顺利进行打桩施工，尾部应加工成尖锥形状，施工时采用液压挖掘机打桩，并及时清除打桩时挤出的淤泥，同时做好抽排水措施。

通过以上处理，防渗嵌固墙顺利浇筑完成，并进行了帷幕灌浆。经过两年的运行监测，红旗水库下游坝脚未发现有渗漏现象，嵌固墙未发生沉降和位移。可见，本次采用松木桩处理防渗嵌固墙基础效果较好。

3 经济性分析

由于基础淤积较深，施工难度大，结合工程所在地情况，选择松木桩和混凝土预制桩进行比较分析。根据水利工程概算定额，Φ15 cm的松木桩（5 m长）单价为108元/根。本工程共计打桩294根，松木桩总费用约3.18万元。12 cm×12 cm混凝土预制桩（5 m长）单价为1 150元/m3，即0.088 m3/根，换算后约83元/根，总费用约2.43万元;费用方面，混凝土桩优。但是，结合实际情况，预制混凝土桩工期较长，而工程所在地木桩取用便捷，工期短。鉴于防渗嵌固墙施工开挖时段即将进入汛期，为保证工程进度，在汛期来临前须完成上游坝面的施工，故采用松木桩方案。

4 结论

红旗水库是一座集灌溉、供水以及防洪等功能于一体的综合性水库。由于受限于当时的施工技术与经济条件，大坝填筑时清基不彻底，未清除覆盖层，坝基局部地段为冲洪积淤泥，且坝基未做防渗处理。在除险加固时，大坝上游坝脚防渗嵌固墙基础为淤泥，淤泥承载力低，触变性大，不满足嵌固墙对基础的要求。为确保水库施工顺利进行，确保在汛前完成上游坝面的施工，结合目前防渗处理工程实例，通过综合比较，采取松木桩+块石夯填挤密+钢筋混凝土垫层相结合的综合处理方案。该工程蓄水近两年，通过高水位工况和监测，下游坝脚未发现渗水点，坝体结构稳定安全。

松木含有丰富的松脂，而松脂能很好地防止地下水和细菌对其的腐蚀，故松木桩适宜在地下水位以下工作。红旗水库防渗嵌固墙基础采用松木桩处理方案，为上游坝面在汛前施工完成起到了关键作用，对小型水库工程除险加固工程施工过程中的软基础处理具有一定的参考性。

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[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范：GB 5007—2011[S].北京：中国计划出版社，2012.