黄田水库大坝防渗加固方案分析

张文勇

（平远县水利服务中心,广东 平远 514600）

1 引言

渗流破坏是大坝常见的破坏形式,对水库工程效益的正常发挥影响较大。在长期使用过程中,有较多的水库大坝出现了一定程度的渗漏现象,对下游居民的安全产生了一定的影响[1-3]。因此,针对这一类型水库采取防渗加固措施是十分必要的。不同的水库大坝所在区域地质、水文条件不尽相同,因此,防渗加固措施需要结合工程实际情况,选取经济、技术可行的方案[4-6],提高工程的最终质量。

2 工程概况

黄田水库位于广东省平远县河头镇,距平远县城27 km。水库坝址以上集水面积140 km2。黄田水库工程是以防洪为主,兼有灌溉、发电、供水的综合利用的水库工程。水库原设计总库容为5230 万m3,设计灌溉面积2.5 万亩,担负平远县主要工厂及县城6 万人口城镇居民供水任务,水电站装机1500 kW。黄田水库兴建于1966 年,1972 年12 月后水库建成投入运行。

3 历史加固情况

水库建成蓄水后不久发现右坝段条形山下游坡及左坝段右侧山坡多处漏水。1986 年冬至1987 年,为保大坝安全建贴坡排水,在大坝右坝段进行灌浆处理。1989 年蓄水至251.5 m 时,右坝段条形山下游坡高程237 m～240 m 间发现4处集中漏水点,在水库水位2545 m 时,又在条形山下游坡高程244 m 处发现漏水点。1993 年至1995 年对右坝段及左坝段右侧共270 m 范围进行灌浆处理,灌浆深度至基岩面以下3 m,灌浆分两步实施,第一步用劈裂灌浆的方法灌注填筑土层及残积土层面以下3 m,第二步用基础帷幕灌浆的方法灌注残积土与岩层的交接带,即从残积土层顶部至基岩面以下3 m。

4 大坝加固方案选择

4.1 坝体加固方案

根据设计坝顶高程计算结果,大坝现状坝顶高程满足要求。现大坝上游坡实测坡比基本为1∶2.5,且右岸坝段上游坡在高程256 m～243.5 m 位置存在滑坡体,滑坡体厚度3.5 m～40 m,长度85 m,宽度约33 m,岸坡陡立或反坡。除险加固工程对上游坡进行培厚加固,坝坡比放缓至1∶2.75,维持下游原坡比不变,对下游坡进行平整后补种草皮护坡。

4.2 坝体及坝基防渗处理方案

根据地勘工作的成果,坝体填土主要来源于附近山坡上坡积土和细砂岩全风化土,填筑最大厚度46 m,左坝段填筑厚度大,右坝段以条形山作为坝体的组成部分,填筑厚度小左坝段填筑填土压实度范围值为76.8%～97.6%,平均压实度为89.6%＜96%,压实度低。右坝段填土压实度范围值为89.0%～98.2%,平均压实度为94.5%～96%,压实度稍低,未能满足《碾压土石坝设计规范》（SL 274-2001）压实度不低于96%～98%的要求。大坝左坝段现场注水试验渗透系数K=9.47×10-4cm/s～1.08×10-5cm/s,平均为K=2.25×10-4cm/s,具中等透水性：右坝段坝体填土其现场注水试验渗透系数K=1.38×10-3cm/s～4.03×10-3cm/s, 平均为K=4.55×10-4cm/s,具中等透水性。

大坝左坝段坝基及坝肩为中等～弱透水层：大坝右坝段坝基为弱透水层,坝肩为弱～中等透水层,大坝右坝段上游坡已岀现塌滑,大坝左坝段主河床位置坝轴线上下游清基不彻底,有冲积砂卵砾石层,存在渗漏问题。大坝两岸山体较雄厚,地下水位高于库水位,坝肩山体多属弱透水性,不会产生绕坝渗漏。大坝反滤棱体多由弱风化的砂岩组成,反滤棱体中上部未见有水渗出,说明反滤棱体排水正常。

根据黄田水库大坝现状以及存在密实性差等问题,选取3 种防渗加固方案进行比选。

方案一：加固后坝顶高程为260.20 m,与现状坝顶高程齐平。坝体防渗方案与上游坝坡培厚加固相结合,釆用粘土斜墙方式。考虑到该方案坝体防渗措施布置在上游,故坝基采用截水槽的方式进行防渗处理。

方案二顶高程为260.20 m,在上游坝坡培厚加固防渗采用塑性混凝土防渗墙。

方案三：坝顶高程为260.20 m,在上游坝坡培渗釆用两排劈裂灌浆。

从以下几个方面对三个方案进行比较：（1）方案三（劈裂灌浆方案）：该方案在黄田水库大坝历史加固中多次采用,使用效果表明,该方案可在短期内消除大坝渗漏隐患,但坝体所在区域地质构造活动强烈,发育较多的结构面、断裂带等,在使用一段时间后,大坝又将出现渗漏现象,治理效果不彻底缺乏耐久性,同时,该方案无显著的经济优势。（2）方案二（防渗墙方案）：在防渗效果、耐久性方面均优于方案一,但该方案施工难度大,工期长,工程投资高。方案投资比方案一、三分别多954 万元、823 万元。（3）方案一（粘土斜墙方案）：不但可以实现坝体培厚加固,同时可处理黄田水库大坝的渗漏问题,施工简单,经过调查土料场储量、质量均能满足要求。

从耐久性、经济性等多方面考虑,采用方案一作为推荐方案。

5 坝体防渗加固效果分析

5.1 防渗设计

（1）在坝顶设C20 砼防浪墙高1.0 m,防浪墙顶高程261.20 m,土坝顶高程260.20 与实测现状坝顶高程齐平。为保证上游粘土斜墙填筑厚度,大坝坝顶宽由现状5 m 加宽至7 m,采用沥青混凝土路面厚110 mm。

（2）现大坝上游坡实测坡比基本为1∶2.5,右岸坝段在256 m～243.5 m 高程位置存在滑坡体。校核水位、水位骤降工况上游坝坡稳定安全系数不满足要求,故本次除险加固对上游坡坡比放缓至1∶2.75。为保证新老土体结合紧密,原坝坡采用台阶式开挖后填筑粘土斜墙。

（3）下游坡维持下游原坡比不变,重新植草护坡,坝脚原有棱体、贴坡排水保持不变。

坝体及坝基防渗。为解决大坝坝体渗透系数大,坝体浸润线高,出水点水力比降大于所在部位土体的允许比降,坝基强风化层透水性较强等问题,对大坝坝体及坝基进行防渗处理：①坝体防渗。根据大坝现状和存在问题,结合上游培厚加固,坝体防渗采用粘土斜墙方案按《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）,粘土斜墙自上而下逐渐加厚,顶面的水平宽度不小于3.00 m。现顶面的水平宽度不小于500 m,底面17 m～36 m：粘土斜墙顶部与坝顶防浪墙连成完整体系,均满足规范要求。②坝基防渗。坝基防渗采用粘土截水槽,粘土截水槽断面为梯形,截水槽的底宽按粘土的允许渗透比降0.2H取为5 m。粘土截水槽底部开挖至相对不透水层顶面[7-8]。

图1 稳定性计算简图

5.2 计算工况及结果

正常运用条件：①水库正常蓄水位258 m,下游无水时稳定渗流；②水库设计洪水位25892 m,下游无水时稳定渗流；③1/3 坝高水位,下游无水时稳定渗流：（0+327.600 断面不考虑该工况）。

非正常运用条件：①水库校核洪水位260.03 m,下游无水时稳定渗流；②水库校核洪水位260.03 m 骤降至溢流堰顶高程250.00 m,水库水位降落时不稳定渗流。计算参数见表1、表2,计算结果见表3。

表1 左坝段计算参数

表2 右坝段计算参数

表3 渗流计算结果

6 结论

在长期的使用过程中黄田水库大坝出现了较为严重的渗漏现象,虽然多次采取防渗加固处理,但危险性仍较大。结合工程实际情况,选取了3 种防渗加固方案进行比选分析,采用坝体防渗结合上游坝坡培厚加固,釆用粘土斜墙方案,既能实现坝体培厚加固,又能处理大坝渗漏问题,施工简单,作为推荐方案,经过渗流复核计算,正常运用条件和非正常运行条件下加固处理后的黄田水库大坝渗流满足相关要求。由于水库大坝加固次数较多,且加固效果不理想,因此在实施加固过程中,应加强质量控制,严格按照方案施工,保证加固效果。