五里坡土石坝薄防渗墙组合防渗技术应用

(德州市水文中心，山东 德州 253000)

除险加固是水库提高防洪标准、提升防灾减灾能力的重要工程举措。“十四五”期间，水利部计划到2025年底完成现有1.88万座小型水库除险加固任务，确保水库安全运行。渗漏是中小型水库常见的病险问题，而防渗墙是小型水库大坝除险加固整治中重要的截渗防渗手段[2]。薄(超薄)防渗墙作为一种可靠的垂直防渗设施，具有工程量小、造价低、防渗效果好等优点，在小型水库土石坝除险加固工程中具有非常好的应用效果。目前，水利工程中常用薄(超薄)防渗墙施工技术较多，各有其适应性和弊端，单一防渗技术很难兼顾技术、经济等多方面因素。因此，结合工程特性选择2种或多种防渗技术，通过相互间优势互补形成与工程实际相匹配、经济实用的组合防渗体系，合理消除水库病险问题，恢复其兴利减灾效益尤为重要。

1 工程概况

五里坡水库建于1965年3月，建设中由于各种原因不间断停工2次，于1972年2月竣工。大坝为均质土坝，建基面高程228.30m，最大坝高29.80m。由于工程属于典型“三边”工程，加上建设中设计、施工、质量监管等原因，原坝基直接置于强风化岩石上，防渗深度未达到相对不透水深度，工程蓄水试运行期间就存在局部渗漏问题，虽采取局部防渗处理，但整体效果不明显，导致降低水位运行。2016年，对大坝进行全面安全鉴定，开挖揭露大坝存在坝基面清理不彻底、坝基防渗未达相对不透水层、坝体及坝基渗漏严重等问题，严重威胁到水库大坝的正常运行，鉴定为三类坝，急需采取合理除险加固措施，消除大坝病险隐患。

2 防渗加固技术比选

土石坝除险加固过程中，要考虑防渗技术的适应性、防渗深度和工程投资等因素，优选与工程较匹配的防渗加固技术方案，确保工程高效优质地施工建设。该水库由于大坝施工时，筑坝材料选择不佳、施工质量控制不严和工程技术标准偏低等，存在透水层渗漏严重等问题。为优选出与大坝病险现状相匹配的技术性和经济性均较优的防渗方案，根据五里坡水库大坝病险现状，结合同类型坝除险加固经验，拟定3种方案进行比选(见表1)。

表1 坝体防渗方案比选

从表1可知，方案二，防渗土工膜与两坝肩、坝基结合可靠性较差，且与高压旋喷桩间的搭接质量控制和整体防渗效果难以保证；方案三，虽然劈裂灌浆和高压旋喷可以形成连续防渗墙，但劈裂施工对坝体扰动较大、防渗墙耐久性不佳且综合成本较高。相比之下，方案一，振动沉模不仅施工工效高且能无接缝形成连续密实防渗墙，同时不污染环境，防渗效果及经济性好。另外，采用高喷灌浆将防渗墙体深入基岩，有效解决振动沉模难达坝基相对不透水层的缺点，实现对坝基与坝体填筑土间接触渗漏的有效切断[5]。

综上分析，方案一具有防渗施工技术可行、防渗效果好、综合投资较优等优点，推荐采用“振动沉模+高压旋喷”相结合的组合防渗技术进行大坝渗漏除险加固修复。

3 坝体组合防渗除险加固技术应用

3.1 防渗加固方案

根据大坝病险现状，优选“振动沉模+高压旋喷”组合防渗方案。振动沉模防渗板墙采用激振锤将A、B两块矩形钢板桩交叉振入坝体内部，达到预设深度后利用泥浆泵将防渗浆液灌入钢板桩内，边灌浆边交叉提升A、B钢板桩，最终与坝体形成一面连续的防渗墙板[6](见图1)。

振动沉模防渗板墙施工技术，非常适用防渗深度低于20m、防渗板墙厚8～20cm的薄(超薄)混凝土板墙工程，但其难以达基岩相对不透水层也是防渗工程中必须考虑的问题。根据除险加固大坝最大坝高29.80m，存在坝体渗漏、绕坝渗漏等问题，防渗板墙设计从坝顶一直贯穿到坝基相对不透水层，即：沿着坝轴线上半部20m范围内布置振动沉模，坝基、坝肩间则采用高压旋喷，将防渗帷幕深入到坝基相对不透水层(3m以上)及两坝肩(2m以上)范围(见图2)。

图1 振动沉模灌浆工艺

图2 “振动沉模+高压旋喷”组合防渗方案

按施工工序，坝体上段采用振动沉模，下段采用高喷灌浆，搭接长度为1m。从坝顶往下20m范围内采用振动沉模技术进行全坝段灌浆，防渗板墙厚15cm；下部13.8m(嵌入基岩3m)则采用高压旋喷施工防渗墙，厚10～25cm。帷幕灌浆按单排布置，孔距为1.5m。灌浆浆液配合比为水 ∶水泥 ∶粉煤灰 ∶砂=0.56 ∶1 ∶1 ∶2。帷幕防渗墙28d龄抗压强度为4MPa，弹性模量为2×103MPa。

3.2 防渗加固修复效果分析

防渗板墙灌浆结束60天后，对防渗板墙开挖进行外观检查，即：根据大坝整体布置在典型部位挖3个探坑(深2.0m×长3.0m×宽1.0m)。开挖揭露，振动沉模形成的防渗板墙连续性、平整度、完整性均较好，浆液与坝体固结密实可靠，无接缝、无断板和开叉等缺陷，沉模灌浆缝贯通到坝顶顶部，厚度较均匀为20mm左右，灌浆钢桩孔间浆脉搭接在92%以上，成墙质量好。

为进一步检测防渗板墙的综合防渗效果，通过施工过程中留取试块和非利用段钻孔取芯样，对防渗墙体特性参数进行试验室检测，结果见表2。

表2 防渗板墙钻孔取芯样检测结果

从表2可知，钻孔取芯样检测的28d渗透系数最大值为0.82×10-7，满足不大于1×10-7要求；抗压强度最小值为6.8MPa，满足不小于4MPa要求；弹性模量最小值为3.98×103MPa，满足不小于3×103MPa要求。防渗板墙的28d渗透系数、抗压强度和弹性模量等指标，均满足设计技术指标要求。通过振动沉模和高压旋喷灌浆施工，大坝坝体、坝基和坝肩等部位的裂隙、空洞等渗漏通道得到有效充填，坝体渗漏、绕坝渗漏等得到有效处理，防渗加固效果良好。

4 结 论

采用“振动沉模+高喷灌浆”组合防渗体系，通过防渗技术间的优势互补，有效解决了五里坡水库土石坝薄(超薄)防渗板墙墙板厚度小、防渗深度大和难以达到坝基基岩相对不透水层等问题。组合防渗体系综合发挥了振动沉模在薄(超薄)防渗板墙施工中的施工工效高、防渗效果及经济性好、无污染等优点。同时，结合高压旋喷灌浆，克服了振动沉模防渗深度小、难达基岩相对不透水层等缺点。采用“振动沉模+高喷灌浆”组合防渗体系，在五里坡水库土石坝坝体、坝基和坝肩等部位形成了一道连续性、平整度、完整性均较好的垂直防渗体，有效阻断了裂隙、空洞等渗漏通道。

探坑开挖及钻孔取芯样检测结果表明：防渗板墙外观均一完整、连续密实，28d渗透系数、抗压强度和弹性模量等指标均满足设计要求。经汛期高水位运行检验，大坝坝体渗漏、绕坝渗漏等现象基本消失，坝体浸润线水位降低1.0～1.8m，除险加固防渗修复效果好，确保了水库安全稳定运行。