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摘要：本文着重论述了大河边水库除险加固工程防渗处理设计，通过方案的比选和加固效果的比较，合理地选择土石坝防渗补强方案，以期为类似工程设计提供参考。
关键词: 大河边水库， 防渗墙，帷幕灌浆
Abstract: this paper focuses on the big river reservoir reinforcement engineering problems seepage prevention design, through the scheme than the election and reinforcement effect comparison, reasonable selection of earth dam seepage control reinforcing scheme, so as to provide a reference for the similar project design.
Keywords: big river reservoir, the cut-off wall, curtain grouting
中图分类号：TV62文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
大河边水库位于云南省宁洱县城西北方向宁洱镇的曼连办事处镜内，距县城约10km，水库建于普洱大河一级支流那栗河上游，属澜沧江水系。坝址以上控制径流面积9.7km2，水库总库容394.2万m3，工程等别为Ⅳ等，属小（1）型水利工程，是一座集农业灌溉、工业生产用水，下游发电和农村人蓄饮用水为一体的综合性开发利用的水利工程。
水库兴建于1992年4月, 枢纽建筑物由大坝、溢洪道、输水隧洞组成。大坝为均质土坝，最大坝高32.26m，坝顶长184.7m，坝顶宽4 m。工程于1997年9月竣工交付使用，蓄水运行后，先后经历了2001年9月14日景谷县5.3级地震及2007年6月3日宁洱县6.4级地震的影响，水库受损严重，大坝上、下游坝坡均出现不同程度的变形、裂缝，渗漏严重。水库多年来一直处于带病限蓄状态，效益得不到充分发挥。
2 枢纽区工程地质条件
枢纽区位于“S”形河流尾（南）端锁口处，河床宽15～30m，坡降10‰。两岸地形地貌不对称，左岸山脊单薄，右岸山体较宽厚连续。枢纽区分布地层主要为中生界白垩系中统曼岗组、新生界的第四系。无较大不良物理地质现象分布，但因岩性相对较软，岩层薄，在构造作用影响下岩石较易风化，左岸风化较弱，强风化下限埋深约20m；右岸风化较强烈，全风化下限埋深4～8m，强风化下限埋深8～20m；河床段强风化厚3～6m。水库区第四系的粘土、与中生界的微风化～新鲜岩体，其透水率一般q＜10Lu，可视为相对隔水层。相对隔水层分布于河流及两岸地表以下20～40m处，由微风化～新鲜岩体构成连续、整体的隔水基底。
3 坝址主要工程地质问题
3.1坝体渗漏
大坝坝土为紫红色、灰紫色、土红、灰黄色粉质、砂质粘土、粘质砂土夹碎石，湿，可塑至硬塑状。根据钻孔压水试验资料统计，将坝土渗透系数分带，坝顶以下10m内为中等～强透水，存在强渗漏问题，10m以下K=2.8×10-4 cm/s，满足规范要求，不存在渗漏问题。通过对正常蓄水位高程1496.05m到1489m段坝土的渗漏进行计算，得正常蓄水位下坝体年渗漏量约为273.8万m3，渗漏量占总库容的60%，渗漏极其严重，必须进行防渗处理。
3.2坝基及绕坝渗漏
坝基岩土类型主要为全～强风化紫红色粉砂质泥岩夹砂岩、长石石英砂岩及河床砂卵砾石层。根据试验资料取值进行计算得坝基、岸坡年总渗漏量为14.5万m3，占水库总库容的3.7%，渗漏量较大，需进行防渗处理。
4防渗处理设计
4.1防渗处理设计方案的比选
根据对现状大坝的渗流及稳定复核计算，坝体内浸润线偏高、渗透水压力偏大，下游坝坡不稳定。为减少坝体、坝基及绕坝渗漏量，需对坝体进行防渗处理。结合本工程的实际情况，同时，考虑到坝体不同的防渗处理方式，其培厚加固的工程量不同，按照工程安全、经济合理、技术可行、方便施工的原则，并根据渗流稳定计算结果，把坝体防渗方案及下游坝坡培厚处理方案结合起来，对大坝防渗处理进行了以下两种方案的比较。
方案一（充填灌浆）：坝体采用充填灌浆方案，最大深度33m，深入基岩0.5，两排孔，孔距2m，排距1.5m；两坝肩及坝体以下基岩部分采用帷幕灌浆，单排孔，孔距2m，右岸基岩灌浆水平延长20m，左岸基岩灌浆水平延长100m。
方案二（混凝土防渗墙方案）：坝体采用混凝土防渗墙，最大深度33m，混凝土防渗墙厚40cm，深入基岩0.5m；两坝肩及坝体以下基岩部分采用帷幕灌浆，帷幕灌浆与防渗墙底界搭接长度为3m，单排孔，孔距2m，右岸基岩灌浆水平延长20m，左岸基岩灌浆水平延长100m。
上述两个方案技术经济比较如下：
方案一的优点是：充填灌浆施工简单、速度快，对变形的适应性强，坝体与坝基帷幕连接良好，也能与基岩帷幕灌浆结合起来，但可靠性稍差、防渗效果不如混凝土防滲墙，同时，为满足下游坝坡的稳定，下游坝坡培厚工程量较大，工程总投资甚至比方案二高60余万元。
方案二的优点是：冲击钻造孔过程，也是对周围土体加密的过程，固壁泥浆能对槽孔附近的渗漏通道起到封堵作用。混凝土防渗墙，不仅墙体本身防渗耐久性好，而且固壁泥浆在墙上、下游侧形成的泥皮也能起到很好的防渗作用，因此混凝土防渗墙处理坝体防渗，效果较为明显，且有较为成熟的理论，对地层的适应性较强，安全可靠，使用有效期长，但混凝土防渗墙施工工艺相对复杂，要求有较高的技术能力和丰富的施工经验。
由于大河边水库下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求的主要原因是浸润线偏高、渗透水压力偏大引起的，而方案二中的混凝土防渗墙方案稳妥可靠，试验检测手段比较成熟，使用年限较长，防渗效果好，下游坝坡采用方案二防渗处理后通过稳定计算不需进行培厚处理，总体投资相对较省。因此，选择方案二作为本工程的推荐方案。
4.2防渗处理设计
大坝的垂直防渗处理方案：坝体防渗采用混凝土防渗墙，两坝肩及坝体以下基岩部分防渗采用帷幕灌浆。
（1)混凝土防渗墙设计
1）布置原则
结合本工程的实际特点，防渗墙布置的原则为：a.确保工程质量，保证大坝加固后安全正常运行；b.降低工程造价，力求防渗墙工程量最小；c.保证防渗墙施工期大坝稳定安全，不因施工造成坝体失稳；d.减少老坝体开挖量，又具备施工场地条件；e.减少施工与蓄水的矛盾，尽量满足用水需要；f.施工单一，便于与其它处理措施相协调。
2）墙体轴线拟定
防渗墙轴线位置选择主要考虑的因素有：施工期坝体安全稳定；具备良好的施工场地条件；成墙后墙体受力条件好，坝体应力分布状态得以改善。考虑到便于防渗墙与两岸的帷幕灌浆连接形成一道完整的防渗体，最终选定防渗墙轴线位于原坝轴线上游1m。
3）墙顶墙底高程的确定
在满足施工平台宽度要求的前提下，尽量减少坝顶土体开挖。通过分析将原坝顶开挖至高程1497.3m处形成一个宽度为12.9m的施工平台，防渗墙顶高程即为1497.3m。待防渗墙施工完毕后再用粘土回填至原坝顶高程1499.0m。防渗墙底界深入强风化基岩0.5m，最大墙高33m。
4）墙体槽段布置
防渗墙墙顶长185m，防渗墙槽段采用阶梯形布置，为便于施工，每个槽段造孔底高程相同。考虑减少墙体结合部造孔工作量和满足施工期槽壁穩定安全，根据大坝坝土填筑情况，分Ⅰ、Ⅱ两期18个槽段， 除18#槽段外其余槽段长10m。
5）混凝土有关指标
根据本工程水头及地质条件，参考类似工程经验，混凝土强度等级为C10，弹性模量2.2～3.15×104MPa，坍落度18～22cm，抗渗指标采用W6。
6）墙体厚度确定
防渗墙墙体厚度主要由满足结构强度、抗渗强度（允许水力坡降）、以及耐久性要求等条件选定。参考国内外已建工程资料及经验，经抗渗强度要求计算，表明混凝土防渗墙的墙体厚度取40cm可满足要求。
（2）帷幕灌浆设计
坝基、坝体帷幕灌浆布置在防渗墙轴线（距坝轴线1.5m）上游0.5m，帷幕灌浆与防渗墙底界搭接长度为3m，帷幕灌浆布置为单排孔，孔距2m，采用纯水泥灌浆。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定：对3级以下的中低坝，相对不透水层的标准可按基岩单位吸水率ω≤5～10Lu确定。本工程以满足渗流稳定及减少渗漏量确定防渗底界，防渗帷幕底界控制标准为深入ω≤10Lu基岩内5m，处理范围左、右岸均以正常蓄水位与地下水位相交为原则，大坝左岸灌浆范围为0-100.0～0+000.0m，右岸灌浆范围为0+184.72～0+208.0m。
4.3防渗处理后大坝渗流计算
进行防渗处理后，坝体及坝基渗流主要受防渗体系（防渗墙、帷幕灌浆）控制。按《碾压式土石坝设计手册》介绍的方法——采用透水地基上有截水墙的心墙土石坝渗流计算方法计算坝体和坝基渗漏量，并推求坝体浸润线。同时采用“理正渗流软件”进行坝体渗流复核计算。大坝防渗处理后，渗流计算渗透系数采用值见表4－1。
表4-1 渗流计算渗透系数采用值
经计算结果表明，防渗处理后大坝年渗漏量为6.8万m3，仅占总库容的1.8%，采用混凝土防渗墙方案防渗效果极为明显。混凝土防渗墙、墙顶粘土均质防渗体与帷幕灌浆等永久性防渗措施构成的综合防渗体系可满足大坝坝体、坝基及坝肩防渗要求。
5结语
（1）混凝土防渗墙在土石坝病险水库大坝防渗补强中防渗能力远大于其他防渗体结构，墙体耐久性好，防渗效率高，可适用于各种地质条件，用途广泛，既可防渗，又可挡土承重，作为病险水库除险加固，具有显著的优点。
（2）土石坝病险水库防渗方案选择中，应结合工程实际情况，多方案、多角度比较，本工程将坝体防渗方案选择与下游坝坡培厚加固方案结合起来考虑，选用混凝土防渗墙方案，既起到减少渗漏作用，又减少了下游坝体培厚工程量，达到了事半功倍的目的，从总体上节约了工程投资。
（3）设计中应重视混凝土防渗墙与帷幕灌浆的良好搭接，确保形成连续封闭幕体。
（4）大河水库除险加固工程于2011年3月通过竣工验收，但由于历史遗留水库淹没赔偿问题尚未彻底解决，加之近几年连续干旱，目前水库最高蓄水位只达到1481.5m高程，相应排水棱体后渗流量仅为0.4L/s，防渗处理效果有待水库蓄水至高水位时进一步验证。
参考文献
[1] 张正平等.《宁洱县大河边水库除险加固工程初步设计.工程地质》.云南省水利水电勘测设计研究院，2007(9).
[2] 游健等.《宁洱县大河边水库除险加固工程初步设计.工程布置及主要建筑物》.云南省水利水电勘测设计研究院，2009(8).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 大河边水库， 防渗墙，帷幕灌浆
Abstract: this paper focuses on the big river reservoir reinforcement engineering problems seepage prevention design, through the scheme than the election and reinforcement effect comparison, reasonable selection of earth dam seepage control reinforcing scheme, so as to provide a reference for the similar project design.
Keywords: big river reservoir, the cut-off wall, curtain grouting
中图分类号：TV62文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
大河边水库位于云南省宁洱县城西北方向宁洱镇的曼连办事处镜内，距县城约10km，水库建于普洱大河一级支流那栗河上游，属澜沧江水系。坝址以上控制径流面积9.7km2，水库总库容394.2万m3，工程等别为Ⅳ等，属小（1）型水利工程，是一座集农业灌溉、工业生产用水，下游发电和农村人蓄饮用水为一体的综合性开发利用的水利工程。
水库兴建于1992年4月, 枢纽建筑物由大坝、溢洪道、输水隧洞组成。大坝为均质土坝，最大坝高32.26m，坝顶长184.7m，坝顶宽4 m。工程于1997年9月竣工交付使用，蓄水运行后，先后经历了2001年9月14日景谷县5.3级地震及2007年6月3日宁洱县6.4级地震的影响，水库受损严重，大坝上、下游坝坡均出现不同程度的变形、裂缝，渗漏严重。水库多年来一直处于带病限蓄状态，效益得不到充分发挥。
2 枢纽区工程地质条件
枢纽区位于“S”形河流尾（南）端锁口处，河床宽15～30m，坡降10‰。两岸地形地貌不对称，左岸山脊单薄，右岸山体较宽厚连续。枢纽区分布地层主要为中生界白垩系中统曼岗组、新生界的第四系。无较大不良物理地质现象分布，但因岩性相对较软，岩层薄，在构造作用影响下岩石较易风化，左岸风化较弱，强风化下限埋深约20m；右岸风化较强烈，全风化下限埋深4～8m，强风化下限埋深8～20m；河床段强风化厚3～6m。水库区第四系的粘土、与中生界的微风化～新鲜岩体，其透水率一般q＜10Lu，可视为相对隔水层。相对隔水层分布于河流及两岸地表以下20～40m处，由微风化～新鲜岩体构成连续、整体的隔水基底。
3 坝址主要工程地质问题
3.1坝体渗漏
大坝坝土为紫红色、灰紫色、土红、灰黄色粉质、砂质粘土、粘质砂土夹碎石，湿，可塑至硬塑状。根据钻孔压水试验资料统计，将坝土渗透系数分带，坝顶以下10m内为中等～强透水，存在强渗漏问题，10m以下K=2.8×10-4 cm/s，满足规范要求，不存在渗漏问题。通过对正常蓄水位高程1496.05m到1489m段坝土的渗漏进行计算，得正常蓄水位下坝体年渗漏量约为273.8万m3，渗漏量占总库容的60%，渗漏极其严重，必须进行防渗处理。
3.2坝基及绕坝渗漏
坝基岩土类型主要为全～强风化紫红色粉砂质泥岩夹砂岩、长石石英砂岩及河床砂卵砾石层。根据试验资料取值进行计算得坝基、岸坡年总渗漏量为14.5万m3，占水库总库容的3.7%，渗漏量较大，需进行防渗处理。
4防渗处理设计
4.1防渗处理设计方案的比选
根据对现状大坝的渗流及稳定复核计算，坝体内浸润线偏高、渗透水压力偏大，下游坝坡不稳定。为减少坝体、坝基及绕坝渗漏量，需对坝体进行防渗处理。结合本工程的实际情况，同时，考虑到坝体不同的防渗处理方式，其培厚加固的工程量不同，按照工程安全、经济合理、技术可行、方便施工的原则，并根据渗流稳定计算结果，把坝体防渗方案及下游坝坡培厚处理方案结合起来，对大坝防渗处理进行了以下两种方案的比较。
方案一（充填灌浆）：坝体采用充填灌浆方案，最大深度33m，深入基岩0.5，两排孔，孔距2m，排距1.5m；两坝肩及坝体以下基岩部分采用帷幕灌浆，单排孔，孔距2m，右岸基岩灌浆水平延长20m，左岸基岩灌浆水平延长100m。
方案二（混凝土防渗墙方案）：坝体采用混凝土防渗墙，最大深度33m，混凝土防渗墙厚40cm，深入基岩0.5m；两坝肩及坝体以下基岩部分采用帷幕灌浆，帷幕灌浆与防渗墙底界搭接长度为3m，单排孔，孔距2m，右岸基岩灌浆水平延长20m，左岸基岩灌浆水平延长100m。
上述两个方案技术经济比较如下：
方案一的优点是：充填灌浆施工简单、速度快，对变形的适应性强，坝体与坝基帷幕连接良好，也能与基岩帷幕灌浆结合起来，但可靠性稍差、防渗效果不如混凝土防滲墙，同时，为满足下游坝坡的稳定，下游坝坡培厚工程量较大，工程总投资甚至比方案二高60余万元。
方案二的优点是：冲击钻造孔过程，也是对周围土体加密的过程，固壁泥浆能对槽孔附近的渗漏通道起到封堵作用。混凝土防渗墙，不仅墙体本身防渗耐久性好，而且固壁泥浆在墙上、下游侧形成的泥皮也能起到很好的防渗作用，因此混凝土防渗墙处理坝体防渗，效果较为明显，且有较为成熟的理论，对地层的适应性较强，安全可靠，使用有效期长，但混凝土防渗墙施工工艺相对复杂，要求有较高的技术能力和丰富的施工经验。
由于大河边水库下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求的主要原因是浸润线偏高、渗透水压力偏大引起的，而方案二中的混凝土防渗墙方案稳妥可靠，试验检测手段比较成熟，使用年限较长，防渗效果好，下游坝坡采用方案二防渗处理后通过稳定计算不需进行培厚处理，总体投资相对较省。因此，选择方案二作为本工程的推荐方案。
4.2防渗处理设计
大坝的垂直防渗处理方案：坝体防渗采用混凝土防渗墙，两坝肩及坝体以下基岩部分防渗采用帷幕灌浆。
（1)混凝土防渗墙设计
1）布置原则
结合本工程的实际特点，防渗墙布置的原则为：a.确保工程质量，保证大坝加固后安全正常运行；b.降低工程造价，力求防渗墙工程量最小；c.保证防渗墙施工期大坝稳定安全，不因施工造成坝体失稳；d.减少老坝体开挖量，又具备施工场地条件；e.减少施工与蓄水的矛盾，尽量满足用水需要；f.施工单一，便于与其它处理措施相协调。
2）墙体轴线拟定
防渗墙轴线位置选择主要考虑的因素有：施工期坝体安全稳定；具备良好的施工场地条件；成墙后墙体受力条件好，坝体应力分布状态得以改善。考虑到便于防渗墙与两岸的帷幕灌浆连接形成一道完整的防渗体，最终选定防渗墙轴线位于原坝轴线上游1m。
3）墙顶墙底高程的确定
在满足施工平台宽度要求的前提下，尽量减少坝顶土体开挖。通过分析将原坝顶开挖至高程1497.3m处形成一个宽度为12.9m的施工平台，防渗墙顶高程即为1497.3m。待防渗墙施工完毕后再用粘土回填至原坝顶高程1499.0m。防渗墙底界深入强风化基岩0.5m，最大墙高33m。
4）墙体槽段布置
防渗墙墙顶长185m，防渗墙槽段采用阶梯形布置，为便于施工，每个槽段造孔底高程相同。考虑减少墙体结合部造孔工作量和满足施工期槽壁穩定安全，根据大坝坝土填筑情况，分Ⅰ、Ⅱ两期18个槽段， 除18#槽段外其余槽段长10m。
5）混凝土有关指标
根据本工程水头及地质条件，参考类似工程经验，混凝土强度等级为C10，弹性模量2.2～3.15×104MPa，坍落度18～22cm，抗渗指标采用W6。
6）墙体厚度确定
防渗墙墙体厚度主要由满足结构强度、抗渗强度（允许水力坡降）、以及耐久性要求等条件选定。参考国内外已建工程资料及经验，经抗渗强度要求计算，表明混凝土防渗墙的墙体厚度取40cm可满足要求。
（2）帷幕灌浆设计
坝基、坝体帷幕灌浆布置在防渗墙轴线（距坝轴线1.5m）上游0.5m，帷幕灌浆与防渗墙底界搭接长度为3m，帷幕灌浆布置为单排孔，孔距2m，采用纯水泥灌浆。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定：对3级以下的中低坝，相对不透水层的标准可按基岩单位吸水率ω≤5～10Lu确定。本工程以满足渗流稳定及减少渗漏量确定防渗底界，防渗帷幕底界控制标准为深入ω≤10Lu基岩内5m，处理范围左、右岸均以正常蓄水位与地下水位相交为原则，大坝左岸灌浆范围为0-100.0～0+000.0m，右岸灌浆范围为0+184.72～0+208.0m。
4.3防渗处理后大坝渗流计算
进行防渗处理后，坝体及坝基渗流主要受防渗体系（防渗墙、帷幕灌浆）控制。按《碾压式土石坝设计手册》介绍的方法——采用透水地基上有截水墙的心墙土石坝渗流计算方法计算坝体和坝基渗漏量，并推求坝体浸润线。同时采用“理正渗流软件”进行坝体渗流复核计算。大坝防渗处理后，渗流计算渗透系数采用值见表4－1。
表4-1 渗流计算渗透系数采用值
经计算结果表明，防渗处理后大坝年渗漏量为6.8万m3，仅占总库容的1.8%，采用混凝土防渗墙方案防渗效果极为明显。混凝土防渗墙、墙顶粘土均质防渗体与帷幕灌浆等永久性防渗措施构成的综合防渗体系可满足大坝坝体、坝基及坝肩防渗要求。
5结语
（1）混凝土防渗墙在土石坝病险水库大坝防渗补强中防渗能力远大于其他防渗体结构，墙体耐久性好，防渗效率高，可适用于各种地质条件，用途广泛，既可防渗，又可挡土承重，作为病险水库除险加固，具有显著的优点。
（2）土石坝病险水库防渗方案选择中，应结合工程实际情况，多方案、多角度比较，本工程将坝体防渗方案选择与下游坝坡培厚加固方案结合起来考虑，选用混凝土防渗墙方案，既起到减少渗漏作用，又减少了下游坝体培厚工程量，达到了事半功倍的目的，从总体上节约了工程投资。
（3）设计中应重视混凝土防渗墙与帷幕灌浆的良好搭接，确保形成连续封闭幕体。
（4）大河水库除险加固工程于2011年3月通过竣工验收，但由于历史遗留水库淹没赔偿问题尚未彻底解决，加之近几年连续干旱，目前水库最高蓄水位只达到1481.5m高程，相应排水棱体后渗流量仅为0.4L/s，防渗处理效果有待水库蓄水至高水位时进一步验证。
参考文献
[1] 张正平等.《宁洱县大河边水库除险加固工程初步设计.工程地质》.云南省水利水电勘测设计研究院，2007(9).
[2] 游健等.《宁洱县大河边水库除险加固工程初步设计.工程布置及主要建筑物》.云南省水利水电勘测设计研究院，2009(8).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。