某大坝防渗设计中混凝土防渗墙施工工艺比选

罗明

(中铁水利水电规划设计集团有限公司，江西 南昌 330029)

1 工程概况

某水库坝址以上控制流域面积11.07 km2，水库总库容1 126×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水库。水库正常蓄水位46.20 m(黄海高程，下同)，死水位37.20 m，设计洪水位(P=2%)46.94 m,校核洪水位(P=0.10%)47.33 m，设计灌溉面积1 467 hm2，实际灌溉面积1 200 hm2。水库枢纽工程主要建筑物有主坝1座，副坝3座，溢洪道2座，坝下灌溉涵管4条，连通渠3条。

主坝为均质土坝，坝顶高程 48.68～49.43 m,最大坝高12.00 m，坝顶宽5.45 ～ 7.00 m，坝顶长366 m。上游坝坡为不完整的块石护坡，坡比1∶2.80～1∶30，下游坡为草皮护坡，在43.90 m高程设马道，马道宽度3.10～4.20 m，马道以上坡率1∶2.60～1∶2.80，马道以下坡率1∶2.75～1∶3.40，坝脚无排水反滤设施。主坝左端布置有灌溉涵管，涵管尺寸(宽×高)0.70×1.00 m，长度70 m，进口底高程37.20 m。左坝肩存有开挖取土坑，坑底高程45.30 m左右，最低处高程42.46 m。右坝肩与一副坝相连。

一副坝为均质土坝，坝顶高程47.70～49.24 m，最大坝高10.60 m，坝顶宽5.00～6.70 m，坝顶长441 m(含东溢洪道段)。上游坝坡为不完整的混凝土预制块护坡，坡比1∶2.80～1∶3.10，下游坡为草皮护坡，在44.50 m高程设马道，马道宽度约4.50 m，马道以上坡率1∶2.80，马道以下坡率1∶3.10，坝脚无排水反滤设施。一副坝分为南、北两个坝段，一副坝南坝段中段布置有灌溉涵管，涵管内径0.40 m，为预制钢筋混凝土圆管，全长37 m，进口底高程39.50 m。

2 大坝防渗加固的必要性

2.1 坝体填筑土料成份较复杂

坝体上部填筑土为含砂(砾)低液限粘土(局部为低液限粘土)(rQ2)：该土料主要取自坝址附近的全～强风化千枚岩料，并混杂部分残坡积物,局部夹有碎块石,呈松散～稍密状态，填筑质量较差。据室内试验成果，坝体土干密度平均值1.48 g/cm3，孔隙比0.837，渗透系数 5.00×10-4cm/s，不满足《碾压式土石坝设计规范》中强制性条文的要求。

坝体下部填筑土由低液限粘土(rQ1)组成，该土料主要取自坝址附近第四系全新统的残坡积及冲积物，土体稍湿～湿，稍密状，以可塑状为主，局部硬可塑状，含少量碎砖块及石英细砾。据室内试验成果，坝体土干密度平均值1.51 g/cm3，孔隙比平均值0.80，渗透系数2.00×10-4cm/s，不满足《碾压式土石坝设计规范》中强制性条文的要求。

在水库运行过程中，当库水位达46.10 m时，主坝右端下游坝脚出现塌陷，长达25 m，宽10 m，下塌0.50 m。故坝体存在渗漏问题。

2.2 绕坝渗透稳定问题

左坝头岩性为强风化的变余凝灰质砂岩,据钻孔注水试验成果，其渗透系数K=1.48×10-4～5.77×10-4cm/s，(基岩取K≥1×10-4cm/s和q≥10 Lu作为相对透水层)具中等透水性，防渗性能较差。地下分水岭也低于水库正常蓄水位，故存在绕坝渗漏问题，建议对左坝头作防渗处理，防渗长度自ZK513孔向左25 m。另因筑坝取土形成挖掘坑，坑底高程局部低于正常蓄水位。

右坝头与一副坝左坝头相接。相对透水层厚度较小,分布较浅。相对透水层在库首因连通渠的开挖，无天然防渗铺盖保护，而直接暴露于水库。加之岩体裂隙发育和破碎，存在绕坝渗漏问题，其渗透稳定性需按岩土渗透系数、允许渗透坡降和渗径进行核算。

根据现状坝体断面渗流计算，坝体在校核洪水位(47.33 m)情况下坝体浸润线出逸点高程42.80 m，位置较高，不利于下游坝坡的抗滑稳定，同时，下游坝体土的最大坡降值为0.39，大于其允许值0.35，易产生渗透破坏；综上所述，大坝坝身需进行防渗处理。

3 大坝防渗加固设计

3.1 防渗方案拟定

根据大坝地质勘察资料及渗流计算成果分析，大坝坝体及左坝肩均需进行防渗处理,右坝肩与一副坝防渗处理相接。根据工程地质条件和目前比较成熟且应用较广泛的垂直防渗技术的适用性，此次加固设计防渗处理采用垂直防渗方案，根据地勘钻孔资料，此工程坝体及坝基第四系残坡积层和冲积层，采用混凝土防渗墙防渗方案；为确保工程安全，可靠运行，此工程拟定混凝土防渗墙进入强风化状千枚岩深0.50 m。

3.2 防渗布置

根据地勘资料及渗流稳定计算成果，对大坝坝身进行防渗处理。左坝肩原涵管以左坝体在涵管施工时基本挖除，左坝肩坝体按设计要求施工，混凝土防渗墙插入新建左坝肩坝体10 m处，在桩号0+028.0处结束。左坝肩坝体挖除后，基础浇筑C15混凝土压浆板，板宽3.00 m，板厚0.50 m。右坝肩混凝土防渗墙同一副坝混凝土防渗墙相接。防渗设计剖面图如图1所示。

图1 防渗设计剖面图

3.3 混凝土防渗墙施工工艺比选

混凝土防渗墙施工工艺的选择主要考虑各成墙技术的成墙原理，适用条件、成墙质量、成墙成本等各方面因素进行。防渗墙的厚度，主要考虑坝基帷幕灌浆的施工要求，确定防渗墙墙体厚度为60 cm，拟定三种可行的混凝土防渗墙施工工艺进行经济和技术比较，各方案的主要技术参数和经济指标比较详见表1。

表1 混凝土防渗墙施工工艺比较表

由表1可知，冲击钻造墙工效低，造价较高，高压喷射灌浆造防渗墙，墙体厚度变化大，粘土层厚度较薄。两钻一抓造混凝土防渗墙造价适中，成墙质量可靠，检测方便，易于控制及布置帷幕灌浆孔，推荐采用两钻一抓造混凝土防渗墙，墙体厚度为60 cm方案。

4 结论

①根据该工程地勘及实际情况，本次加固设计防渗处理采用垂直防渗方案，根据地勘钻孔资料，本工程坝体及坝基第四系残坡积层和冲积层，采用混凝土防渗墙防渗方案。②在施工工艺上，两钻一抓造混凝土防渗墙相比于高压喷射灌浆造防渗墙和冲击钻造墙，投资比较适中，成墙质量好，易于控制，更加安全、可靠、经济。