本站原创
摘要:本文指出了病险水库大坝存在的主要安全隐患，通过除险加固方案的比较，最终选择了混凝土防渗墙加固方案，并对防渗墙加固设计进行了分析，介绍了防渗墙的施工方法，取得了较好的除险加固效果，大坝存在的问题得以解决，其经验值得参考。
关键词:水库；除险加固；设计；防渗墙；帷幕灌浆
均质土坝是我国最早用于筑坝的坝型之一，虽然近年来堆石坝、混凝土坝等坝型发展迅速且数量居多，但均质土坝以其因地制宜、筑坝成本低、机械化程度高、施工速度快等优势，仍然占有一席之地，目前在中、低型筑坝中还较多采用。但随着运行时间的增加，加上受修建时的技术条件限制，均质土坝暴露出来的问题也逐渐明显，直接威胁到了坝体的安全运行，为此，必须进行除险加固。
该大坝由于存在安全隐患，被鉴定为病险水库三类坝。经过近2a来的运行观测，加固工程达到了设计要求，工程隐患得到了彻底根除。
(1)坝体分多期填筑完成，填料分别来自库内、坝后的农田灰白色砂壤土、溢洪道处棕红色粉质壤土及山坡风化砂性土等，大坝填筑土料差异较大、成份各异。现场取样分析显示，坝体填筑质量差，坝体压实度和防渗性能均不满足规范要求，坝体渗透系数K=0.28～17×10－4cm/s，平均渗透系数K=2×10－4cm/s，大于
(3)下游坝坡的抗滑稳定安全系数不满足规范要求。
3.
(1)按经验计算防渗墙厚度。根据计算，墙体厚度为1
(3)防渗墙混凝土指标。28d立方体抗压强度不小于10.0MPa，弹性模量小于15000MPa，抗渗标号大于W6，允许渗透比降[J]大于60。
(1)计算方法与程序。计算程序采用理正渗流有限元软件，该软件基于二维稳定－非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。
(2)计算成果及分析。大坝防渗加固前后渗流计算工况:水库正常运用(正常蓄水位、设计洪水位和正常蓄水位降至死水位)条件和非常运用(校核洪水位和校核洪水位降至正常蓄水位)条件下的稳定渗流场分析。其中，加固前后关键部位渗流出逸点高程和渗透比降见表1，加固前后的典型渗流等势线见图1，2。
表1 大坝典型剖面渗流计算成果
图1 加固前稳定渗流和下游坝坡稳定成果(尺寸单位:cm)
图2 加固后稳定渗流和下游坝坡稳定成果(尺寸单位:cm)
渗流分析计算成果显示:①混凝土防渗墙和帷幕灌浆可有效降低下游坝体土层的浸润线及坝体渗漏量，坝体浸润线逸出点高程降低了约2～3m；②大坝混凝土防渗墙最大渗透比降为21.3，小于其允许比降，满足设计要求。
(2)防渗墙混凝土浇筑采用泥浆下直升导管浇筑方式。导管底口距槽底距离控制在15～25cm范围内，导管的组合由长短管组成，以便在开浇后不久就可拆除。
(3)采用接头板法进行防渗墙连接，在Ⅰ期槽孔浇筑前下设直径略小于槽宽的钢制接头板，孔口固定后进行混凝土浇筑。在Ⅱ期槽孔混凝土浇筑前，先仔细刷洗接头面，经监理检验合格后方可进行下道工序施工。
(2)防渗墙与帷幕灌浆压水试验。检测部位和试验具体部位为:6，36，58，59，60号等槽段以及41，175，274号等帷幕灌浆孔。检测成果显示，防渗墙渗透系数小于i×10－7cm/s(1﹤i﹤10)，帷幕灌浆透水率小于10Lu，均满足设计要求。
(3)防渗墙开挖检测。开挖部位为67号与68号槽段的接缝处，开挖深度2.3m左右，长6.1m。经开挖检查检测，墙体厚度大于0.6m，槽孔接缝良好，基本为竖直方向，泥皮较薄，墙体连续。
(4)防渗墙混凝土超声检测。防渗墙混凝土超声检测采用点、面结合的方法，主要对施工接缝处、施工段中间部位进行重点检测。点检测6组，结合取芯钻孔进行，在墙轴线上与取芯孔相隔2m的地方钻孔，放入声测探头按照试验步骤进行检测。
5结语
该水库采用混凝土防渗墙结合帷幕灌浆的加固方案，共完成防渗墙施工面积9160m2，帷幕灌浆长度7554m。经有限元计算分析，加固后浸润线明显降低，渗漏量显著减少，同时也使大坝下游坝坡抗滑稳定性达到了规范要求，防渗墙加固效果明显。该方案为类似工程设计提供了新思路，为病险水库除险加固设计积累了经验。
参考文献：
翟配松.达开水库主坝混凝土防渗墙设计[J].广西水利水电,2009年03期
刘洪辉;朱尊亮;刘祥高.均质土坝除险加固防渗设计研究[J].水利与建筑工程学报,2003年第01期
关键词:水库；除险加固；设计；防渗墙；帷幕灌浆
均质土坝是我国最早用于筑坝的坝型之一，虽然近年来堆石坝、混凝土坝等坝型发展迅速且数量居多，但均质土坝以其因地制宜、筑坝成本低、机械化程度高、施工速度快等优势，仍然占有一席之地，目前在中、低型筑坝中还较多采用。但随着运行时间的增加，加上受修建时的技术条件限制，均质土坝暴露出来的问题也逐渐明显，直接威胁到了坝体的安全运行，为此，必须进行除险加固。
1 工程概况
某水库大坝为均质土坝，坝体为重粉质壤土，最大坝高17.0m，坝顶长度569m，坝顶高程15.0m，防浪墙顶高程34.0m，坝顶宽4.5m。迎水面坡比从上至下分别为1:3.0，1:3.5，在高程26.50m设宽2～15m的马道，采用干砌块石护坡。背水面坡比从上至下分别为1:2.75，1:3.0，在高程25.00m设宽2～3m的马道，坡脚平台高程20.50m，宽18.5m，干砌石护坡厚度40cm。该大坝由于存在安全隐患，被鉴定为病险水库三类坝。经过近2a来的运行观测，加固工程达到了设计要求，工程隐患得到了彻底根除。
2 大坝存在主要问题
经过水库大坝安全评价分析和除险加固工程初步设计阶段的补充勘探及分析，该水库大坝主要存在以下问题。(1)坝体分多期填筑完成，填料分别来自库内、坝后的农田灰白色砂壤土、溢洪道处棕红色粉质壤土及山坡风化砂性土等，大坝填筑土料差异较大、成份各异。现场取样分析显示，坝体填筑质量差，坝体压实度和防渗性能均不满足规范要求，坝体渗透系数K=0.28～17×10－4cm/s，平均渗透系数K=2×10－4cm/s，大于
1.0×10－4cm/s，不满足规范要求。
(2)坝基透水率达10～20Lu，不满足规范要求，同时坝肩也存在绕坝渗漏。大坝K0+源于：论文书写格式www.udooo.com
000～K0+082m、K0+440～K0+460m渗漏较严重，并有集中渗漏点；K0+100～K0+430m范围坝脚存在大面积散渗。渗流有限元计算成果显示:①坝体浸润线出逸点偏高，出逸点最大高程为24.90m，不利于下游坝坡稳定；②坝体出逸点及下游渗出段的渗透比降大于允许比降0.25，下游渗出段的部分剖面垂直渗透比降接近淤泥质壤土的允许比降0.50，坝体可能发生渗透破坏。(3)下游坝坡的抗滑稳定安全系数不满足规范要求。
3 大坝除险加固设计
3.1 除险加固方案研究
根据大坝存在的问题，对大坝的除险加固分别研究了混凝土防渗墙和高压旋喷灌浆两个方案。3.
1.1 混凝土防渗墙加固方案
沿坝顶中心线增设混凝土防渗墙对坝体进行防渗加固，防渗墙入岩0.5～1.0m，墙下基岩采用帷幕灌浆加固。混凝土防渗墙厚0.6m，并在墙中预埋灌浆钢管，钢管直径110mm。防渗墙轴线长518m，顶高程31.40m，最大墙深24.7m。帷幕灌浆采用单排孔，孔距1.6m，深度至透水率小于10Lu以下5m。灌浆段长度分为:第1段2m，第2段3m，以下各段5m。帷幕灌浆防渗线总长466.0m，最大孔深33m。
3.1.2 高压旋喷灌浆方案
沿坝顶中心线增加高压旋喷灌浆对坝体和坝基覆盖层进行防渗加固，其下透水率大于10Lu的强风化岩层采用帷幕灌浆与之相连接，帷幕灌浆底线至10Lu线以下5m。高压旋喷灌浆防渗段总长518m，最大孔深23.7m。帷幕防渗段总长466.0m，最大孔深36.3m。帷幕灌浆与上部旋喷灌浆同孔，先进行下部基岩帷幕灌浆施工，然后进行上部旋喷灌浆施工。帷幕灌浆采用自上而下分段阻塞灌浆。旋喷灌浆单排孔距0.80m，最大深度23.7m。基岩灌浆为单排孔，孔距1.6m。帷幕灌浆防渗标准为10Lu。
3.1.3 加固方案比选
混凝土防渗墙方案的优点是，加固工程施工质量容易控制，防渗可靠性较高；缺点是施工速度较慢，施工工期较长，费用略高。高压旋喷灌浆方案的优点是，施工速度较快，工期较短，费用略低；缺点是穿过不同介质的复杂地层时，施工质量较难控制，防渗可靠性受到影响。经综合比较，推荐混凝土防渗墙加固方案。3.2 防渗墙加固设计
混凝土防渗墙沿坝顶中心线布置，深度按入岩1m控制，在断层及裂隙密集带适当加深。(1)按经验计算防渗墙厚度。根据计算，墙体厚度为1
7.8cm可满足抗渗要求，混凝土防渗墙采用钻凿法施工，墙厚取0.6m。
(2)防渗墙的使用年限分析。混凝土防渗墙耐久性主要受渗流溶蚀作用控制，使用年限根据经验公式计算为103a。根据规范，龙须湖水库大坝采用0.6m厚的混凝土防渗墙可满足50a设计基准期的要求。(3)防渗墙混凝土指标。28d立方体抗压强度不小于10.0MPa，弹性模量小于15000MPa，抗渗标号大于W6，允许渗透比降[J]大于60。
3.3 坝基帷幕灌浆设计
基岩帷幕灌浆采用自上而下的施工方法，防渗标准为透水率小于10Lu。灌浆材料采用普通硅酸盐水泥浆液，水泥强度等级不低于42.5级。浆液水灰比采用3:1，2:1，1:1，0.8:1，0.6:1(重量比)。灌浆分段及压力拟定为:第一段长2m，压力0.35MPa；第二段长3m，压力0.5MPa；第三段长5m，压力0.8MPa；第四段及以下长5m，压力1.2MPa。
3.4 大坝渗流有限元分析
根据土坝的坝型特点，大坝加固前后抗渗稳定计算选择最大坝高断面作为分析剖面。(1)计算方法与程序。计算程序采用理正渗流有限元软件，该软件基于二维稳定－非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。
(2)计算成果及分析。大坝防渗加固前后渗流计算工况:水库正常运用(正常蓄水位、设计洪水位和正常蓄水位降至死水位)条件和非常运用(校核洪水位和校核洪水位降至正常蓄水位)条件下的稳定渗流场分析。其中，加固前后关键部位渗流出逸点高程和渗透比降见表1，加固前后的典型渗流等势线见图1，2。
表1 大坝典型剖面渗流计算成果
图1 加固前稳定渗流和下游坝坡稳定成果(尺寸单位:cm)
图2 加固后稳定渗流和下游坝坡稳定成果(尺寸单位:cm)
渗流分析计算成果显示:①混凝土防渗墙和帷幕灌浆可有效降低下游坝体土层的浸润线及坝体渗漏量，坝体浸润线逸出点高程降低了约2～3m；②大坝混凝土防渗墙最大渗透比降为21.3，小于其允许比降，满足设计要求。
4 防渗墙工程施工
4.1 施工方法
(1)首先进行防渗墙成槽施工。根据该工程特点，选用低固相膨润土泥浆固壁。槽孔终孔验收合格后进行清孔换浆，清孔验收合格后浇筑防渗墙混凝土。(2)防渗墙混凝土浇筑采用泥浆下直升导管浇筑方式。导管底口距槽底距离控制在15～25cm范围内，导管的组合由长短管组成，以便在开浇后不久就可拆除。
(3)采用接头板法进行防渗墙连接，在Ⅰ期槽孔浇筑前下设直径略小于槽宽的钢制接头板，孔口固定后进行混凝土浇筑。在Ⅱ期槽孔混凝土浇筑前，先仔细刷洗接头面，经监理检验合格后方可进行下道工序施工。
4.2 帷幕灌浆施工方法
帷幕灌浆采用孔口封闭法，自上而下分段施工，即每钻进一段进行一段灌浆。单排布孔，孔距1.6m，分三序施工。帷幕沿防渗线每隔19.2m间距布设一个先导孔，在两岸坝肩坡度较陡、地形变化较大的部位，先导孔间距适当加密。帷幕灌浆先导孔应深入防渗帷幕底线以下5.0m。
4.3 防渗工程质量检测及观测成果分析
(1)防渗墙混凝土取芯检测。取芯孔位为混凝土防渗墙的6，36，58，59，60号槽段。检测成果显示，混凝土芯样大多连续，胶结较好，粗细骨料分布较均匀，表面较光滑，多呈柱状及少部分长柱状，断口基本吻合。(2)防渗墙与帷幕灌浆压水试验。检测部位和试验具体部位为:6，36，58，59，60号等槽段以及41，175，274号等帷幕灌浆孔。检测成果显示，防渗墙渗透系数小于i×10－7cm/s(1﹤i﹤10)，帷幕灌浆透水率小于10Lu，均满足设计要求。
(3)防渗墙开挖检测。开挖部位为67号与68号槽段的接缝处，开挖深度2.3m左右，长6.1m。经开挖检查检测，墙体厚度大于0.6m，槽孔接缝良好，基本为竖直方向，泥皮较薄，墙体连续。
(4)防渗墙混凝土超声检测。防渗墙混凝土超声检测采用点、面结合的方法，主要对施工接缝处、施工段中间部位进行重点检测。点检测6组，结合取芯钻孔进行，在墙轴线上与取芯孔相隔2m的地方钻孔，放入声测探头按照试验步骤进行检测。
5结语
该水库采用混凝土防渗墙结合帷幕灌浆的加固方案，共完成防渗墙施工面积9160m2，帷幕灌浆长度7554m。经有限元计算分析，加固后浸润线明显降低，渗漏量显著减少，同时也使大坝下游坝坡抗滑稳定性达到了规范要求，防渗墙加固效果明显。该方案为类似工程设计提供了新思路，为病险水库除险加固设计积累了经验。
参考文献：
翟配松.达开水库主坝混凝土防渗墙设计[J].广西水利水电,2009年03期
刘洪辉;朱尊亮;刘祥高.均质土坝除险加固防渗设计研究[J].水利与建筑工程学报,2003年第01期