水库大坝防渗加固设计分析

水库大坝防渗加固设计分析

胡裕明

胡裕明

阳春市水利水电勘测设计室广东阳春529600

摘要：本文对某水库大坝的防渗加固设计进行了分析，介绍了加固前大坝结构的复核情况，通过比较三种设计方案，从中选择了施工简单，施工质量易控制，造价低的方案，并以方案进行布置和设计，希望能为有关设计提供参考。

关键词：水库大坝；防渗加固；设计

引言

随着我国社会经济的不断发展，水库大坝也越来越多。但部分水库大坝因为施工时质量控制不严格或年久失修等原因，出现了严重的坝体渗漏问题，这不仅影响了水库的正常运行，甚至威胁到人们的生命财产安全。对此，如何合理地设计水库大坝防渗加固施工，有效解决水库土坝的渗漏问题成为当务之急。

1工程概况

某水库集水面积30.6km2，总库容2487×102m3，其中库容1456×102m3，是一座以防洪、灌溉为主，结合供水、水产养殖等综合利用的中型水库。

水库工程等级为Ⅲ等，永久建筑物级别为3级，洪水标准采用千年一遇校核、五十年一遇设计。大坝坝址区地震动峰值加速度0.10g，与地震基本烈度Ⅶ度相等，需进行抗震安全的复核。

在水库运行多年来，因为工程建设一直处在特殊的历史时期，一定程度上影响了工程施工质量。虽经多次加固维修，仍然存在多处严重的问题。2007年4月，水利部门组织有关专家对该水库进行安全鉴定，结论为“三类坝”，建议尽快进行除险加固。

2加固前大坝结构复核

2.1土坝边坡稳定复核

大坝为3级建筑物，按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，计算采用STAB程序。计算断面取最大桩号0+609.30断面（最大坝高断面）。根据稳定分析计算结果（见表1），各种工况下边坡稳定均满足规范要求。

方案一：多头小直径搅拌桩方案。本方案布置为沿坝轴线布置钻孔，墙体有效厚度为35cm，进入相对不透水层不小于1.0m。

方案二：高压喷射灌浆方案。本方案高喷灌浆采用三管法高压摆喷方式，搭接型式为微摆型，沿坝轴线布置一排喷射孔，孔距1.60m。高压喷射灌浆在坝头分别向两岸延伸10m，以截断绕坝渗流。

方案三：塑性混凝土防渗墙方案。本方案墙体允许水力梯度为[J]=60，按最大水头15m计算，采用墙厚0.3m。混凝土防渗墙分别向两岸延伸10m，以截断绕坝渗流。

经比较，多头小直径搅拌桩的施工过程比较简单，施工质量易于控制，并且工程造价远低于后两个方案。因此，本次设计推荐方案一为本工程选定方案。

3.2防渗方案布置

在坝顶防渗墙后1.2m处布置水泥搅拌桩防渗墙，防渗墙轴线长度1118.64m，采用多头小直径搅拌桩施工成墙，墙体最小厚度0.35m。防渗墙面积1.41万m2，最大深度15.60m。墙体需穿透坝体与坝基接触带，并深入相对不透水层1.00m。

对于涵洞段，考虑到受涵洞加固施工的影响，该段防渗墙在开挖拆除老涵管后进行施工。新建涵管的截水环与下部及两侧防渗墙联结形成封闭的防渗体。为了防止涵管变形对防渗墙的影响，涵管在防渗墙上下游均设置变形接头。涵管上部采用回填粘土+复合土工膜防渗，从而和坝体防渗墙形成整体。土工膜与下部及两侧防渗墙采用柔性连接。土工膜规格为二布一膜（200/0.5/200）。

3.3防渗墙设计

3.3.1墙体厚度估算

t≥H［/J］

式中：H——防渗墙最大作用水头，取10.2m；

J——防渗材料允许水力比降，水泥土搅拌桩取80。

根据防渗墙抗渗及耐久性要求，结合搅拌桩机的钻头直径和成墙厚度，水库防渗墙厚度为0.35m，满足一般平原水库的水头要求。

3.3.2技术参数要求

多头小直径搅拌桩防渗墙墙体质量技术参数要求如下：

（1）防渗墙体渗透系数K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）；

（2）无侧限抗压强度R28≥1.0MPa；

（3）允许渗透破坏比降J≥80；

（4）垂直度不大于1/200；

（5）水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入比不小于15％，浆液水灰比0.5-1.0，水泥掺入量和水灰比具体参数据现场试验确定。

4.3渗透稳定计算

计算方法同加固前渗透稳定计算，水泥搅拌桩

防渗墙渗透系数取为1×10-6cm/s。渗透稳定计算结

果见表4和计算简图1-4。

图4加固后校核洪水位水位渗流等势线图

由计算结果可知，在各种计算工况下，大坝下游坝坡最大出逸渗透坡降均较处理前减小，最大出逸渗透坡降为0.28，小于土的允许渗透坡降0.49，大坝渗透稳定满足要求。由表5推算，经过防渗处理后，防渗处理效果明显。因此，说明所采取的防渗处理方案对大坝渗透稳定和防渗是有效的，通过防渗加固处理，能够消除危及大坝安全的隐患。

4.4搅拌桩防渗墙施工

水库大坝搅拌桩防渗墙施工使用型号为MSMTW-53230的搅桩机，5轴，钻杆中心有孔，可注浆或注气，中心距320mm，钻头直径353-460mm。本工程钻头直径选用440mm，有效成墙厚度35cm，单幅成墙长度1280mm。

大坝搅拌桩防渗墙施工采用“两搅两喷，一次成墙”施工工艺。搅拌桩固化剂采用P.O42.5水泥，据现场试验确定水泥掺入量（占天然土重的百分比）15%，水灰比0.5。下沉钻进速度0.6-1.0m/min，提升速度为钻进速度的1.5倍；搅拌钻杆（轴）转速约60r/min；喷浆压力控制在1.0-1.4MPa，喷浆量控制在30L/min，搅拌次数为2；搅浆时间＞3min；深度误差不允许超过±10cm，桩径偏差＜4%，孔位偏差＜5cm。

5结语

综上所述，通过方案比选选择了施工简单，造价较低的多头小直径搅拌桩方案，并以该方案进行防渗加固设计和施工。在竣工后，经过实际勘察，水库运行正常，坝体状态正常，渗漏问题得到解决，各项加固措施功能也发挥正常，本次加固防渗处理成功实现既定目标。由此可见，多头小直径搅拌桩方案不仅造价低，施工简单，而且施工质量也好，应当在类似工程中推广应用。

参考文献：

[1]宋晓明.水库大坝除险加固设计及渗流分析[J].水利技术监督.2015（04）

[2]刘小毛，欧阳熙明.关于大坝防渗加固设计实例分析[J].科技创新与应用.2014（26）