翁坑水库除险加固工程防渗方案研究

付钊龙

(龙门县水利水电勘测设计室，广东 惠州 516800)

1 概 述

水库工程建设有利于缓解水资源短缺问题，对当地的生态环境、防洪等工程建设有较大的促进作用[1-2]。但是早期修建的水库在使用过程中出现的破损现象严重制约了水库效益的发挥，同时造成水库安全性下降，对下游居民安全产生威胁[3-5]。针对这一类型水库，采取除险加固治理措施是十分必要的。渗漏是水库常见的病险灾害，是水库安全的重大威胁，因此有较多的专家、学者对水库防渗加固方案进行分析，采取合理的措施，可保证水库的防渗效果，降低工程投资，对工程建设影响较大[6-8]。

2 工程概况

该水库工程始建于1964年，属东江流域的平陵河支流，库区集雨面积9.9 km2，河长5.14 km，河流比降2.83‰，是小(Ⅰ)型水库。翁坑水库校核洪水位117.08 m，总库容为626.84×104m3；设计洪水位116.46 m，相应库容为579.69×104m3；正常水位114.60 m，正常库容464.4×104m3；死水位101.90 m，死库容23.4×104m3。工程等别为Ⅳ等。

3 防渗加固方案比选

3.1 混凝土防渗墙

1) 方案布置。防渗墙沿坝顶布置，总长237.0 m。防渗墙布置于水泥路面下方，墙顶高程为118.00 m，与新建路面相接，墙底标高按地质钻探、水文地质资料及地层条件要求嵌入粉质黏土2.0 m。

2) 墙体厚度。防渗墙的渗透稳定性取决于抗渗坡降，通常在考虑一定的安全储备下，混凝土允许抗渗坡降在90左右。当库水位在正常高水位运行时，防渗墙实际承担的最大水头约为20.5 m，防渗墙厚度拟选择0.6 m，采用C20混凝土浇筑，抗渗标号要求达到W6。

3) 墙体深度。防渗墙布置于拟建坝顶路面下方，混凝土墙顶高程为118.00 m，与新建坝顶路面相接形成封闭的防渗体系。

大坝防渗墙墙底标高按地质钻探、水文地质资料及地层条件要求嵌入粉质黏土2.0 m，从而形成一道垂直防渗屏障。

4) 施工要求。为满足施工场地布置要求，施工时需保证施工平台宽不小于8 m。

3.2 高压摆喷灌浆

1) 方案布置。自坝顶轴线方向布置高压摆喷灌浆防渗墙，摆喷防渗墙墙顶高程取117.50 m，高于校核洪水位117.08 m。

2) 灌浆设计。采用单排墙体，孔径0.15 m，孔距1.0 m，墙底深入粉质黏土2.0 m。灌浆设计参数：水压力30～35 MPa，浆压力0.3～0.4 MPa，浆流量80 L/min，施工工艺还需进行试验后最终确定技术参数。

3) 施工要求。采用三管法，分二序施工，喷射浆液采用纯水泥浆。高压摆喷灌浆延大坝长237.0 m，钻孔灌浆总进尺2 322.0 m。

3.3 劈裂灌浆防渗方案

1) 方案布置。坝体处理：对大坝坝体进行劈裂灌浆，延坝顶长度237.0 m，灌浆长度为237.0 m。沿坝轴线布置主副两排灌浆孔，两排间距为2.0 m，灌浆孔孔距3 m，灌浆孔伸至粉质黏土2.0 m。灌浆顶高程取118.00 m。主排灌浆孔80个，副排灌浆孔79个，灌浆总进尺2 322.4 m。

2) 灌浆材料。劈裂灌浆土料各项指标应满足表1要求,浆液性能应满足表2要求。

表1 灌浆土料指标表

表2 灌浆浆液物理力学性能要求

劈裂灌浆采用水泥黏土浆液，水泥掺量为干料量的30%～40%，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。灌浆浆液物理性能如容重、黏度、稳定性等，应满足《土坝坝体灌浆技术规范》(SL 564-2014)要求。见表3。

表3 防渗方案比选表

综上比选，各方案均存在一定的优缺点。方案一混凝土防渗墙虽然稳定可靠，但工程造价较高。方案二高压摆喷灌浆防渗墙施工工艺难控制，高喷压力过大容易引起坝身开裂，不利于坝坡稳定，且投资较高。方案三劈裂灌浆防渗技术成熟，质量较好，专业机械施工，功效高，工期短，造价低，水泥黏土浆液能达到设计防渗要求。因此，本次坝体防渗措施推荐方案三劈裂灌浆防渗方案。

4 劈裂灌浆设计及防渗效果分析

4.1 劈裂灌浆设计

沿坝顶平行于坝轴线分别做两排劈裂灌浆，构筑防渗墙。上游主排灌浆孔轴线位于大坝坝轴线沿垂直坝轴线方向向上游偏移1.0 m处，灌浆孔孔距3.0 m，共80孔，灌浆延坝顶长度237.0 m，灌浆总进尺1 141.25 m；下游副排灌浆孔轴线位于大坝坝轴线沿垂直坝轴线方向向下游偏移1.0 m处，灌浆孔孔距3.0 m，共79孔，灌浆延坝顶长度234.0 m，灌浆总进尺1 181.15 m。灌浆孔深入相对不透水层粉质黏土层2 m以下。

采用2～3序孔，灌浆施工按先1序后2序的先后顺序，先勘探孔、灌浆孔、补灌孔、检查孔的施工次序完成。由于钻孔的性质和用途不同以及基础岩石的变化，故采用两种不同的钻灌方法及工艺流程。

4.2 防渗加固效果分析

结合该水库运行中实际可能出现的不利情况，拟定如下计算工况：

1) 正常运用条件：①正常蓄水位(114.6 m)稳定渗流；②设计洪水位(116.46 m)稳定渗流；③校核洪水位(116.46 m)稳定渗流。

2) 非常运用条件I有以下几种：①水库水位的非常降落：从校核洪水位(117.08 m)降至正常蓄水位(114.6 m)的非稳定渗流；②水库水位的非常降落：从正常水位(114.60 m)降至死水位(101.90 m)的非稳定渗流。

采用理正渗流分析软件计算。

从翁坑水库大坝渗流计算的浸润线来看，各工况大坝下游坝坡出逸点位置均在大坝反滤棱体内，出逸点高度均小于大坝反滤棱体的高度。

大坝的渗流量计算是按照相关规范，并根据地勘资料基础上进行计算。计算的渗流量是水库库水位各工况水位下的理论值，包括土坝坝体和坝基两部分的渗流量之和。

由于现状大坝坝体和坝基的渗流量无实测观测资料，计算成果无法与实际渗流量进行对比分析。但从本次渗流量计算成果来看，大坝加固后的渗流量很小，渗流量计算成果表见表4和图1。

表4 稳定渗流量计算成果表

图1 稳定的计算成果

由以上计算成果可知，大坝浸润线逸出点均在反滤棱体内，而且各工况的渗流量很小，不会发生渗透破坏。

5 结 论

翁坑水库安全检测结果表明，水库存在较为严重的渗漏问题，对水库效益发挥造成不利影响。为了降低水库渗漏，通过方案比选，采用劈裂灌浆防渗方案对水库大坝进行防渗加固治理，具有投资低、技术成熟等优势；通过计算分析，加固后的水库大坝防渗可满足相关规范要求。