某大坝存在问题及处理方案比选

翟义亭

（河南省宁陵县水利局工程队，河南 宁陵 476700）

1 工程现状

某水库建成于1978 年。根据安全评价调洪成果：30 年一遇设计水位145.55 m，相应库容17.30万m3；300年一遇校核水位145.66 m，相应库容17.60 万m3；水库起调水位144.20 m，相应库容14.10 万m3；原设计兴利水位143.40 m，兴利库容11.50万m3；死水位135.80 m，死库容0.70万m3。主要建筑物有大坝、溢洪道、输水洞等。

大坝为黏土心墙坝，坝长83.00 m，坝顶宽3.40～4.00 m，坝顶高程145.30～145.50 m，最大坝高14.80 m，心墙顶部高程139.80 m。坝顶路面为土路面，无防浪墙。上游坡坡比1：3，未护坡。下游坡坡比1.00：2.20，无排水沟，坝脚设有棱体排水，排水体块石松动、脱落。

2 存在问题

2.1 防洪能力不满足规范要求

现状坝顶高程复核成果见表1。

表1 现状大坝坝顶高程核算表

现状坝顶高程为145.30～145.50 m。计算结果表明，现状坝顶高程低于计算坝顶高程，坝顶高程不满足规范要求。心墙顶部高程为139.80 m，低于设计及校核洪水位，不满足规范要求。大坝实际抗洪能力不能抵御30年一遇和300年一遇洪水。水库大坝除险加固设计需将大坝防洪能力提高到安全标准。

2.2 坝体填筑质量问题

某水库大坝为黏土心墙坝，心墙外坝体填土由残积土与风化砂组成，其密实度根据《岩土工程勘察规范》主要按孔隙比和标准贯入试验两个标准进行划分。根据取样分析结果，除个别样外，e值一般大于0.74，填土的密实度应划分为稍密。而标准贯入试验N 值显示均在6～8 击，填土的密实度划分为稍密。结合现场观察，坝体填土密实度划分为松散～稍密。

黏土心墙填筑土的质量：采取10组原状填土样室内分析，干密度最小值为1.46 g/cm3，最大值为1.59 g/cm3，平均值为1.53 g/cm3。由坝体填土取样击实试验，最大干密度为1.65 g/cm3，（由规范小水库干密度设计值为1.65 g/cm3×0.96＝1.58 g/cm3）与规范要求1.58 g/cm3比较，合格率为20%，压实度为0.91，说明黏土心墙填筑质量不满足规范要求。

2.3 坝体及坝基渗漏问题

2.3.1 坝基渗漏

根据《工程地质勘察报告》，大坝坝基为强风化花岗岩，透水率q为2.15～3.50 Lu，平均值为2.83 Lu，属弱透水。依据《碾压式土石坝设计规范》第6.3.9 条，3 级及其以下的大坝坝基透水率5～10 Lu，基岩可视为相对不透水层。据此认定坝基渗透稳定性满足要求。

2.3.2 坝体渗漏

计算工况：工况1为正常蓄水位144.20 m，下游无水；工况2 为设计洪水位145.55 m，下游无水；工况3 为校核洪水位145.66 m，下游无水。①根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》第6.4.5条，防渗体顶部高程应高出正常运用的静水位0.30 m以上，非常运用情况应不低于非常运用的静水位。现状大坝心墙顶部高程为139.80 m，以上3种工况水位均高于心墙顶部高程，不满足规范要求，可不进行渗流安全复核。②坝体心墙渗透系数为1.80×10-4～8.40×10-4cm/s，呈中等透水性，不满足规范“心墙渗透系数不大于1.00×10-5cm/s”的防渗要求。

3 防渗加固处理方案比选

3.1 方案①土坝劈裂灌浆

方案①土坝劈裂灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗帷幕，堵塞与劈裂缝连通的洞穴、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力；同时，通过浆坝互压和湿陷使坝体内部应力得到调整，提高坝体变形稳定性。劈裂灌浆具有机理明确、工艺合理、防渗效果好、施工工期短、经济效益显著等优点（折算130元/m2）。劈裂灌浆技术主要适合于处理存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝及结构性较强的粉细砂及土砂夹层透水地基。但它也有一定的局限性：①对于粗砂及卵砾石坝基，因其土层结构性差，形不成连续劈裂，岩基无法劈裂。②在高水头情况下进行灌浆，效果较差。

3.2 方案②深层搅拌水泥土防渗墙

技术特点：①施工工效高，施工工效平均可达13.20 m2/台时。②成墙造价稍高，约118元/m2。③施工工艺较简单，不需开槽，无塌孔、护壁、回填、夯实等问题。④成墙效果好，墙体厚度均匀连续，墙体厚度满足防渗要求（桩机机头直径为400～500 mm），墙体深度可达30 m。常用于淤泥、淤泥质土、黏土、亚黏土等土层中。

3.3 方案③浇筑塑性混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是水工建设中较普遍采用的一种地下连续墙，是透水体防渗处理的一种有效措施，混凝土防渗墙是利用专用的造槽机械设备营造槽孔，并在槽内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。塑性混凝土是用膨润土取代普通混凝土中的部分水泥而形成的一种柔性墙体材料，它比普通混凝土的弹性模量小得多，与周围的土体变形模量相近，有较好的变形适应性，大大减少了墙体内的应力，避免了开裂。适宜于各种地质条件，且能在基岩上成墙。这种方案，处理坝体及坝基接触渗漏彻底，防渗效果好，但造价较高（约410元/m2）。

3.4 3种方案优缺点比较

根据工程大坝存在问题，经以上综合比较分析，方案①黏土心墙顶部高程过低，心墙外坝体填土密实性差，孔隙发育，结构较疏松，采用劈裂灌浆处理无法形成连续劈裂，难以成墙，且防渗效果不如方案②及方案③；方案③防渗效果好，但投资大，施工速度慢；方案②可处理坝体渗漏及接高黏土心墙，且在对土坝渗漏处理中应用较多，有成熟的理论作指导，又有熟练的施工经验，质量容易控制，施工工期短，处理效果好，且工程造价较低，能将工程险情处理彻底。经以上综合比较分析，故设计采用深层搅拌桩方案。3种方案优缺点比较见表2。

表2 3种方案优缺点比较表

4 结语

大坝防渗加固根据计算结果，除险加固后，坝体渗漏量较小，浸润线溢出点较低，渗透坡降小于允许渗透坡降，说明处理效果明显，大坝渗流性态趋于安全。