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【摘 要】水库大坝的防渗处理是大坝除险加固工程建设以及后期运行维修的重点。其防渗设计主要是依据防洪要求以及水库施工环境而定的。本文以实体工程的方式介绍红石桥水库大坝的防渗设计以及施工，希望为今后的研究以及实际工程设计、施工提供实践指导。
1.工程概况
1.1基本情况：红石桥水库位于湖北省黄冈市蕲春县株林镇红石桥，大坝拦截长江二级支
流株林河（一级支流蕲水河）而成，是一座具有灌溉、防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。该水库集雨面积11.6㎞2，水库总库容1015.0×104m?.根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及防洪标准》，枢纽属Ⅲ等工程，防洪标准应按100-50年一遇洪水设计，2000-1000年一遇洪水校核。本工程防洪复核采用的防洪标准，按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。经复核，水库正常蓄水位235.75m，相应兴利库容805×104m?；水库设计洪水位238.13m，校核洪水位239.06m。
1.2大坝：大坝为粘土心墙坝，原设计坝顶高程239.75m（现状239.72m），心墙顶部高程238.55m（现状237.96m），坝址河床高程192.25m，最大坝高47.05m。大坝坝顶长337m，坝顶宽6.2m，大坝迎水坡1：2.34、1：2.75、1：3.25；大坝外坡1：2.14、1：2.5、1：2.84.
2.大坝存在的主要问题
（1）坝顶、防浪墙顶及粘土防渗心墙顶部高程不满足规范要求
（2）心墙渗漏水
（3）坝基及坝肩处理不满足规范要求
（4）防浪墙结构不满足规范要求
（5）坝坡排水系统破坏严重
（6）坝后无截渗沟和渗水量的量水设施
3.大坝防渗设计
3.1坝体防渗加固设计
坝体防渗加固采用混凝土防渗墙。墙厚度0.60m，混凝土强度标号C25，抗渗标号采用
W10，28d标准抗压强度17.0MPa；顶部高程239.55m，底部崁入风化基岩中1.0m。
渗透系数：K<1×10-6（cm/s）；按允许水力坡降〔J〕=80，则混凝土防渗墙厚度δ =（239.06-192.25）/80=0.585，取δ =0.6m.
新建混凝土防渗墙的范围为桩号0+000～0+337，长337m，大坝防渗墙布置在心墙轴线上，采用两钻一抓成槽的施工方法。
混凝土防渗墙工程量表（C25，W10，㎡）
坝体中 强风化基岩中 备注
12132 337 土体中：坝顶长337m，最大墙高49.3m，根据建坝前地形图，经分块
计算，防渗墙面积相当于高36m的矩形；
风化岩中：崁入深度1.0m。
3.2坝基及坝肩防渗加固设计
由于受资金限制，初设中暂不对坝基和坝肩进行帷幕灌浆处理，僅结合混凝土防渗墙施
工将防渗墙向基岩以下延伸1.0m。
4.大坝防渗工程施工
4.1大坝混凝土防渗墙工程施工
大坝混凝土防渗墙工程施工桩号为0+000～0+337，总长337m，，共分为53个单元工程，根据防渗墙单元划分，在砼导墙顶部测量布置各槽孔段位置及桩号并埋设固定膨胀螺栓桩及编号。一期槽孔段长度为6.8米，二期槽孔段长度为6米。在施工前，先进行混凝土和泥浆的配合比及其性能试验，报送审查批准，经批准，再正式开展防渗墙施工作业。
4.1.1主要施工方法简述如下：
①坝顶降坝、培土满足施工机械施工半径；
②采用1台GSD35液压抓斗和3台CZF1200冲击反循环钻机成槽；
③采用粘土泥浆护壁；
④置换泥浆气举法清孔；
⑤混凝土搅拌站拌和混凝土；
⑥混凝土输送泵输送混凝土；
⑦混凝土浇筑；
⑧泥浆下直升导管法浇筑混凝土；
⑨一期槽孔墙端和二期槽孔墙端连接孔深小于20米的用接头管法，孔深大于20米的用钻凿法；
⑩25t吊车辅助混凝土浇筑；
坝顶土方恢复到设计高程
4.2大坝防渗墙施工中存在的问题
（1）47#槽段：在开槽过程中，第一抓开挖至14m（已到达强风化层），第二抓开挖至8m时
渗漏，5分钟内泥浆下降5m，后随即发生塌孔。
（2）45#槽段：开挖至18m（已到达强风化层）时渗漏，5分钟内泥浆下降6m，随即发生塌孔，泥浆15分钟左右由大坝迎水面坝坡渗出。后经过专家会诊，建议采用加大泥浆浓度和挤密法进行施工。但第三天仍然发现有浆液由迎水面坝坡漏出。
（3）43#槽段：按照专家提出的意见在43#槽段进行造槽，6小时候开始冲岩，由于此处岩石风化较严重，7小时就完成冲岩，然后进行砼浇筑，一切正常。
（4）41#槽段：开挖至31m（已到达强风化层），在冲击钻入岩过程中出现漏浆。当时槽段内泥浆比重为1：1.18、粘度为22秒（500-700苏氏漏斗），施工单位立即补充泥浆并直接向槽段内加入水泥，但未能止漏，5分钟后泥浆下降8m并导致塌孔。
施工单位在咨询湖北省水利水电勘测设计研究院专家后认定塌孔原因为：大坝粘土心墙质量特差，不具备长时间成槽施工条件，因为冲岩时间过长而导致塌孔（该槽段共经历25小时，其中心墙开挖造孔历时11.5小时，冲岩13.5小时），结合以往施工经验，乌卡丝冲击钻入花岗岩1m最少需要6小时，整个槽段完成冲岩1m约需84小时，现有设备完成心墙开挖造孔后，需要84小时冲岩，采用泥浆固壁很难保证大坝心墙不塌孔。 鉴于此，湖北省水利厅组织召开参建各方并邀请有关专家研究讨论解决办法，与会人员一致认为该水库大坝混凝土防渗墙施工主要存在的问题如下：
（1）大坝心墙粘土含砂量太大，局部超过50%，易塌孔；
（2）坝体及其与坝基接触面可能有集中渗漏的通道（疑为白蚁洞穴、白蚁路等）；
（3）坝基大部为弱风化花岗岩，用现有机械要完成原设计混凝土防渗墙嵌岩深度1m的施工十分困难；
（4）坝基岩体节理裂隙发育，心墙截水槽以下8m左右的吐水率均在16-19Lu，存在坝基、坝肩的渗漏问题。
4.3工程变更
设计单位根据专家会诊意见，对该水库大坝防渗加固作出以下变更：
①将原设计文件中混凝土防渗墙入岩1.0m的方案，改为每个槽段用反循环钻机对弱风化基岩冲砸8小时，然后进行清孔换浆，浇注混凝土防渗墙。
②混凝土防渗墙的抗渗指标为W8，防渗墙厚度及其它各项指标均不变。
③鉴于红石桥水库混凝土防渗墙崁入基岩深度减小，为了尽量改善混凝土防渗墙与基岩面的接触渗漏对大坝的安全带来的不利影响及解决基岩渗漏问题，建议恢复原设计中坝基的帷幕灌浆，灌浆的底部高程控制在10lu线，即弱风化层，不再深入10Lu线以下3m。
④恢复两岸坝肩帷幕灌浆，左岸40m，右岸20m，钻孔总进尺600m，灌浆总深度400m，终孔间距1.5m。
4.4帷幕灌浆工程施工
本工程合同要求对大坝基础及溢洪道控制段基础进行帷幕灌浆防渗处理。实际按照变更后方案施工。具体过程在此省略。
4.5大坝防渗工程质量评价
4.5.1大壩混凝土防渗墙施工质量评价
红石桥水库除险加固工程项目部委托武汉楚衡建设工程检测有限公司对防渗墙施工质量进行第三方检测，检测结论见表4-1～4-3
第三方检测成果分析，桩号为0+142的31#槽段的检测孔钻芯到30.5m处发现孔内漏水35.7m～36.1m为软泥层，所以增加钻取桩号为0+167.5（27#槽段）和桩号0+283.08（9#槽段）的抽芯检测，其它各检测孔的检测结果均满足设计指标。
根据第三方检测结论，施工单位按要求进行了该部位的施工质量缺陷处理，经高压旋喷处理后施工单位自检与第三方检测均能满足设计指标。
4.5.2帷幕灌浆施工质量评价
监理单位委托武汉楚衡建设工程检测有限公司对帷幕灌浆工程进行了压水试验，成果见下表。
检测结论：大坝所检7孔各试验段透水率范围值为2.77～8.18Lu，均满足设计要求。
4.5.3分部、单元工程质量评价
5.小结
红石桥水库除险加固工程大坝防渗分别采用了混凝土防渗墙和帷幕灌浆技术，虽然混凝土防渗墙工程施工中出现了一些问题，但经过参建各方的努力，工程通过了验收，效果较好，其中的一些经验值得借鉴。（1）工程实施时不要轻易减掉初步设计报告中的方案，红石桥水库大坝防渗施工中再次证明大坝坝体防渗墙与坝基及坝肩帷幕灌浆相结合，其防渗效果更好；（2）高坝与坝基弱风化基岩造墙施工中，易塌孔，墙体入岩深度不宜设为1m；成槽过程中，一定要控制好泥浆的比重、浓度等设计参数。
1.工程概况
1.1基本情况：红石桥水库位于湖北省黄冈市蕲春县株林镇红石桥，大坝拦截长江二级支
流株林河（一级支流蕲水河）而成，是一座具有灌溉、防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。该水库集雨面积11.6㎞2，水库总库容1015.0×104m?.根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及防洪标准》，枢纽属Ⅲ等工程，防洪标准应按100-50年一遇洪水设计，2000-1000年一遇洪水校核。本工程防洪复核采用的防洪标准，按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。经复核，水库正常蓄水位235.75m，相应兴利库容805×104m?；水库设计洪水位238.13m，校核洪水位239.06m。
1.2大坝：大坝为粘土心墙坝，原设计坝顶高程239.75m（现状239.72m），心墙顶部高程238.55m（现状237.96m），坝址河床高程192.25m，最大坝高47.05m。大坝坝顶长337m，坝顶宽6.2m，大坝迎水坡1：2.34、1：2.75、1：3.25；大坝外坡1：2.14、1：2.5、1：2.84.
2.大坝存在的主要问题
（1）坝顶、防浪墙顶及粘土防渗心墙顶部高程不满足规范要求
（2）心墙渗漏水
（3）坝基及坝肩处理不满足规范要求
（4）防浪墙结构不满足规范要求
（5）坝坡排水系统破坏严重
（6）坝后无截渗沟和渗水量的量水设施
3.大坝防渗设计
3.1坝体防渗加固设计
坝体防渗加固采用混凝土防渗墙。墙厚度0.60m，混凝土强度标号C25，抗渗标号采用
W10，28d标准抗压强度17.0MPa；顶部高程239.55m，底部崁入风化基岩中1.0m。
渗透系数：K<1×10-6（cm/s）；按允许水力坡降〔J〕=80，则混凝土防渗墙厚度δ =（239.06-192.25）/80=0.585，取δ =0.6m.
新建混凝土防渗墙的范围为桩号0+000～0+337，长337m，大坝防渗墙布置在心墙轴线上，采用两钻一抓成槽的施工方法。
混凝土防渗墙工程量表（C25，W10，㎡）
坝体中 强风化基岩中 备注
12132 337 土体中：坝顶长337m，最大墙高49.3m，根据建坝前地形图，经分块
计算，防渗墙面积相当于高36m的矩形；
风化岩中：崁入深度1.0m。
3.2坝基及坝肩防渗加固设计
由于受资金限制，初设中暂不对坝基和坝肩进行帷幕灌浆处理，僅结合混凝土防渗墙施
工将防渗墙向基岩以下延伸1.0m。
4.大坝防渗工程施工
4.1大坝混凝土防渗墙工程施工
大坝混凝土防渗墙工程施工桩号为0+000～0+337，总长337m，，共分为53个单元工程，根据防渗墙单元划分，在砼导墙顶部测量布置各槽孔段位置及桩号并埋设固定膨胀螺栓桩及编号。一期槽孔段长度为6.8米，二期槽孔段长度为6米。在施工前，先进行混凝土和泥浆的配合比及其性能试验，报送审查批准，经批准，再正式开展防渗墙施工作业。
4.1.1主要施工方法简述如下：
①坝顶降坝、培土满足施工机械施工半径；
②采用1台GSD35液压抓斗和3台CZF1200冲击反循环钻机成槽；
③采用粘土泥浆护壁；
④置换泥浆气举法清孔；
⑤混凝土搅拌站拌和混凝土；
⑥混凝土输送泵输送混凝土；
⑦混凝土浇筑；
⑧泥浆下直升导管法浇筑混凝土；
⑨一期槽孔墙端和二期槽孔墙端连接孔深小于20米的用接头管法，孔深大于20米的用钻凿法；
⑩25t吊车辅助混凝土浇筑；
坝顶土方恢复到设计高程
4.2大坝防渗墙施工中存在的问题
（1）47#槽段：在开槽过程中，第一抓开挖至14m（已到达强风化层），第二抓开挖至8m时
渗漏，5分钟内泥浆下降5m，后随即发生塌孔。
（2）45#槽段：开挖至18m（已到达强风化层）时渗漏，5分钟内泥浆下降6m，随即发生塌孔，泥浆15分钟左右由大坝迎水面坝坡渗出。后经过专家会诊，建议采用加大泥浆浓度和挤密法进行施工。但第三天仍然发现有浆液由迎水面坝坡漏出。
（3）43#槽段：按照专家提出的意见在43#槽段进行造槽，6小时候开始冲岩，由于此处岩石风化较严重，7小时就完成冲岩，然后进行砼浇筑，一切正常。
（4）41#槽段：开挖至31m（已到达强风化层），在冲击钻入岩过程中出现漏浆。当时槽段内泥浆比重为1：1.18、粘度为22秒（500-700苏氏漏斗），施工单位立即补充泥浆并直接向槽段内加入水泥，但未能止漏，5分钟后泥浆下降8m并导致塌孔。
施工单位在咨询湖北省水利水电勘测设计研究院专家后认定塌孔原因为：大坝粘土心墙质量特差，不具备长时间成槽施工条件，因为冲岩时间过长而导致塌孔（该槽段共经历25小时，其中心墙开挖造孔历时11.5小时，冲岩13.5小时），结合以往施工经验，乌卡丝冲击钻入花岗岩1m最少需要6小时，整个槽段完成冲岩1m约需84小时，现有设备完成心墙开挖造孔后，需要84小时冲岩，采用泥浆固壁很难保证大坝心墙不塌孔。 鉴于此，湖北省水利厅组织召开参建各方并邀请有关专家研究讨论解决办法，与会人员一致认为该水库大坝混凝土防渗墙施工主要存在的问题如下：
（1）大坝心墙粘土含砂量太大，局部超过50%，易塌孔；
（2）坝体及其与坝基接触面可能有集中渗漏的通道（疑为白蚁洞穴、白蚁路等）；
（3）坝基大部为弱风化花岗岩，用现有机械要完成原设计混凝土防渗墙嵌岩深度1m的施工十分困难；
（4）坝基岩体节理裂隙发育，心墙截水槽以下8m左右的吐水率均在16-19Lu，存在坝基、坝肩的渗漏问题。
4.3工程变更
设计单位根据专家会诊意见，对该水库大坝防渗加固作出以下变更：
①将原设计文件中混凝土防渗墙入岩1.0m的方案，改为每个槽段用反循环钻机对弱风化基岩冲砸8小时，然后进行清孔换浆，浇注混凝土防渗墙。
②混凝土防渗墙的抗渗指标为W8，防渗墙厚度及其它各项指标均不变。
③鉴于红石桥水库混凝土防渗墙崁入基岩深度减小，为了尽量改善混凝土防渗墙与基岩面的接触渗漏对大坝的安全带来的不利影响及解决基岩渗漏问题，建议恢复原设计中坝基的帷幕灌浆，灌浆的底部高程控制在10lu线，即弱风化层，不再深入10Lu线以下3m。
④恢复两岸坝肩帷幕灌浆，左岸40m，右岸20m，钻孔总进尺600m，灌浆总深度400m，终孔间距1.5m。
4.4帷幕灌浆工程施工
本工程合同要求对大坝基础及溢洪道控制段基础进行帷幕灌浆防渗处理。实际按照变更后方案施工。具体过程在此省略。
4.5大坝防渗工程质量评价
4.5.1大壩混凝土防渗墙施工质量评价
红石桥水库除险加固工程项目部委托武汉楚衡建设工程检测有限公司对防渗墙施工质量进行第三方检测，检测结论见表4-1～4-3
第三方检测成果分析，桩号为0+142的31#槽段的检测孔钻芯到30.5m处发现孔内漏水35.7m～36.1m为软泥层，所以增加钻取桩号为0+167.5（27#槽段）和桩号0+283.08（9#槽段）的抽芯检测，其它各检测孔的检测结果均满足设计指标。
根据第三方检测结论，施工单位按要求进行了该部位的施工质量缺陷处理，经高压旋喷处理后施工单位自检与第三方检测均能满足设计指标。
4.5.2帷幕灌浆施工质量评价
监理单位委托武汉楚衡建设工程检测有限公司对帷幕灌浆工程进行了压水试验，成果见下表。
检测结论：大坝所检7孔各试验段透水率范围值为2.77～8.18Lu，均满足设计要求。
4.5.3分部、单元工程质量评价
5.小结
红石桥水库除险加固工程大坝防渗分别采用了混凝土防渗墙和帷幕灌浆技术，虽然混凝土防渗墙工程施工中出现了一些问题，但经过参建各方的努力，工程通过了验收，效果较好，其中的一些经验值得借鉴。（1）工程实施时不要轻易减掉初步设计报告中的方案，红石桥水库大坝防渗施工中再次证明大坝坝体防渗墙与坝基及坝肩帷幕灌浆相结合，其防渗效果更好；（2）高坝与坝基弱风化基岩造墙施工中，易塌孔，墙体入岩深度不宜设为1m；成槽过程中，一定要控制好泥浆的比重、浓度等设计参数。