云浮市大洞水库大坝防渗加固技术研究

郭海龙

（广东宣源工程设计咨询有限公司,广东 江门 529000）

1 引言

水库大坝防渗是水库工程的重要安全措施,早期修建的水库工程在长期使用过程中出现了一定程度的破损现象,对下游居民安全和水库工程效益产生了不利影响,因此,为了提升水库安全,采取防渗加固措施是十分必要的。不同的土石坝实际情况各不相同,因此,需要结合坝体的实际情况选取适宜的防渗加固措施,以提升大坝的治理效果,降低工程投资,提高耐久性。

2 大坝现状

大洞水库正常蓄水位64.00 m（珠基,以下同）,相应库容320 万m3；设计洪水位67.33 m （p=3.33%）,相应库容415.29 万m3；校核洪水位68.82 m（p=0.2%）,相应库容为472.3 万m3；死水位46.60 m,相应库容37 万m3。水库设计灌溉面积0.46 万亩, 防洪保护人口0.77 万、耕地面积0.72万亩,建有75 kW 的装机发电站,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、发电等综合效益的小（1）型水库。大坝为均质土坝,大坝坝顶高程为71.0 m,最大坝高为37.6 m,坝顶长度为177.3 m,坝顶宽度为5 m。前坝坡坡比为1∶2.5,1∶3,1∶4,后坡在坝顶有一道高2 m 直立浆砌石挡土墙,在高程63.04m 处设一戗台,戗台以上坡比为1∶2.36,戗台以下为1∶2.243,在高程为53.08 m处设一戗台,戗台以上坡比为1∶2.243,戗台以下为1∶2.978,坝脚靠近溢洪道位置山坡处现状无坝体排水设施,坝脚平地处有排水棱体排水。

大坝主要由花岗岩残积土压实、回填而成,由于建坝时的施工机械和工艺落后的原因,填筑土的压实度为0.85～0.889,填土质量较差,坝体填筑土的渗透系数偏大,根据地质资料,填筑土渗透系数平均值为7.08×10-4cm/s,透水性等级属中等。

结合工程时间情况,对大坝坝顶道路硬化,铺设沥青砼路面,拆除重建防浪墙；对上游砼护坡有裂缝板块拆除,将坝坡冲洗干净后,按原坝坡坡比铺设掺5%水泥石粉垫层找平,新浇砼护坡,大坝右坝头塌陷位置回填石渣,浇筑砼护坡；下游坝坡拆除浆砌石挡土墙,拆除坝坡步级、排水沟,坝坡培厚,新建坝坡排水沟、步级,对坝坡进行草皮护坡；坝脚新建排水棱体,现状排水棱体保留,并新建褥垫排水将新旧排水棱体联通。

3 坝体防渗设计

3.1 防渗加固方案比选

坝体处理拟定2 种处理方案,各方案如下：

（1）充填灌浆方案

对各坝坝体进行充填灌浆,沿坝轴线布置两排灌浆孔,灌浆孔孔距2 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌浆孔进入坝基1.5 m。

（2）劈裂灌浆方案

坝体河槽段采用劈裂灌浆,两坝头采用充填灌浆,劈裂灌浆沿坝轴线布置一排孔,孔距5 m,两坝头充填灌浆沿坝轴线布置两排,孔距2.5 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌浆孔进入坝基1.5 m。

坝体处理各方案比较见表1。由表1 可以看出充填灌浆方案采用两排孔密布,投资最大,但由于其能有效解决坝体压实度不足及渗漏问题,施工容易,效果较好,故本次设计推荐采用充填灌浆方案[1]。

表1 坝体处理方案比较表

经比较,设计大坝防渗设计采用充填灌浆方案。

3.2 坝体处理设计

坝体充填灌浆沿坝轴线附近布置两排,充填灌浆孔距2.0 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,孔深达坝基强风化岩顶面。主坝充填灌浆孔251 个,一副坝充填灌浆孔71 个,二副坝充填灌浆孔201 个,三副坝充填灌浆孔74 个。

根据地质勘察报告,本工程大坝填土的干密度离散性较大,压实不均匀,压实度约为0.85～0.889,不满足规范要求；坝体渗透系数为7.04×10-4cm/s,大于规范充许值；根据《云浮市云安区大洞水库大坝安全评价报告》,建议对大坝进行防渗处理,本次结合地勘以及大坝安全评价结果,对大坝坝体进行充填灌浆：

①浆孔布置

灌浆在现有坝体进行,对坝体进行充填灌浆,双排,孔距2 m,第一排位于现状坝轴线上游1.5 m,第二排充填灌浆孔位于现状坝轴线上,与第一排灌浆孔成梅花型布置,在灌浆孔底部深入坝基1.5 m。本方案工程量：大坝充填灌浆总计175孔,灌浆总进尺为3258.05 m。

②充填灌浆材料

充填灌浆土料各项指标应满足表2 要求。

表2 灌浆土料各项指标含量表 单位：%

为加速浆液凝固和提高后期强度,充填灌浆允许掺入适量水泥,水泥掺量为干料量的10%,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、粘度、稳定性等,应满足《土坝坝体灌浆技术规范》（SD 266-88）要求。

4 大坝渗流计算

按照《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）的相关规定,渗流计算采用公式法进行,相关渗流理论和公式参考《堤防工程设计规范》（GB 50286-98）、《渗流计算分析与控制》（第二版,毛昶熙主编,中国水利水电出版社）等规范、专著。

4.1 渗流计算工况

拟定下列五种工况进行渗流分析：

工况一：水库水位为正常蓄水位64.00 m,下游无水的情况；

工况二：水库水位为设计洪水位67.33 m（P=3.33%）,下游无水的情况；

工况三：水库水位为1/3 坝高水位,本工况计算大坝（1/3坝高水位50.3 m）,下游无水的情况；

工况四：水库水位为校核洪水位68.82 m（P=0.2%）,下游无水的情况；

工况五：水库水位从校核洪水位68.82 m 降至正常水位64.00 m 的库水位降落期,下游无水的情况。计算时库水位下降所需时间由库容曲线及溢洪道泄洪能力推算,t=12 h。

4.2 计算断面

本次计算取K0+052、K0+103 断面进行计算。大坝典型计算断面见图1、图2。

图1 K0+052 断面

图2 K0+103 断面

4.3 渗流计算参数

大坝坝体及坝基各岩土层物理力学参数建议值见表3。

表3 大坝各土层的渗透比降建议值表

表4 大坝坝体渗流计算渗透系数采用表

4.4 渗流计算方法

土坝渗流分析采用河海大学工程力学研究所研发的“水工结构分析系统AutoBANK v7”软件,计算方法采用有限元法。

4.5 渗流计算成果及分析

按上述渗流理论相关公式、拟定的边界条件进行大坝稳定渗流分析,大坝在各工况下的渗流计算成果如下。

表5 大坝渗流浸润线

经计算,大坝加固后,各工况出逸点均位于下游反滤排水棱体范围内,浸润线正常。

5 结论

云浮市大洞水库工程大坝由于建坝时的施工机械和工艺落后,填土质量较差,坝体填筑土的渗透系数偏大。结合云浮市大洞水库工程的实际情况,对水库大坝防渗加固方案进行分析。根据类似工程经验,选取充填灌浆、劈裂灌浆2 种方案进行比选分析,采用充填灌浆方案工程投资低、防渗加固效果好。对坝体进行充填灌浆,灌浆孔成梅花型布置,在灌浆孔底部深入坝基1.5m。采用“AutoBANK v7”软件对大洞水库防渗加固效果进行分析,经计算,大坝加固后,各工况出逸点均位于下游反滤排水棱体范围内,浸润线正常,灌浆加固效果较好。