某小型土石坝坝体坝基防渗处理措施 李长松 （合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥２３０００９） 摘要：某土石坝已运行４Ｏ多年，由于坝基清基不彻底，坝体填筑质量较差，正常蓄水位运行时坝后出现渗漏，局部存在渗漏通道 （管涌），经综合比较采用冲抓套井回填黏土防渗墙方案，防渗处理后坝后再没有出现渗漏点，渗流得到有效控制。 关键词：土石坝；渗漏；防渗措施；冲抓套井回填黏土防渗墙 中图分类号：ＴＶ６４１；ＴＶ６４０．３ｌ；ＴＶ６９７．３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８１（２０１０）０２—０２６４—０３ １ 工程概况 某水库位于淮河流域池河水系桑涧河上游，水库 集水面积９．４４ ｋｍ ，是一座以灌溉为主，结合防洪和 水产养殖为一体的重点小（１）型水库。 该水库于１９５９年１０月开工兴建，１９６３年４月 完工并发挥效益，以后逐年加高延长，于１９７６年基本 完成并投入使用，后经１９７７、１９７８及１９９９年加固扩 建达到现状规模。水库枢纽工程由大坝、正常溢洪道 和南、中、北三座放水涵洞等组成。经过４０多年的运 行，由于水库存在淤积严重、大坝上游坝坡损毁严重、 程地质问题’工程地质条件较好。 ２坝体坝基防渗措施 由于该水库属于２０世纪６０年代当地群众自发 修建的工程，没有严格的施工质量控制措施，致使大 坝未清基或清基不彻底，坝体碾压不彻底，难以满足 规范要求，从而导致坝体存在多处渗漏，局部出现集 中渗漏通道，水库运行存在很大的安全隐患。 为了从根本上解决水库的渗漏问题，保证大坝的 渗透稳定减少渗流量，必须采取的措施就是：坝体坝 基垂直防渗处理，截断坝基透水层，形成一道阻水墙， 截断渗流。 ２．１大坝防渗加固措施选择 局部形成较大浪坎，渗透不稳定，溢洪道老化破损，放 水涵洞漏水等诸多问题，每年都要花费大量的人力、 物力去维修及抢险。 由于该水库属于典型的“三边”工程，即边勘探、边 设计、边施工，坝身为人工填筑，未经机械碾压或碾压 ２．１．Ｉ混凝土防渗墙 （１）方案布置：沿坝轴线方向在坝中布置塑性混 凝土防渗墙，防渗墙墙顶高程９２．８ ｍ，墙体穿过坝基， 伸人原地面以下３．０ ｍ，形成一道完整的防渗体系，以 控制坝体坝基渗流，降低坝体浸润线，防止坝体产生渗 透破坏，最大成墙深度约１２ ｍ，墙体厚度０．３５ ｍ。 混凝土防渗墙的设置，减小了坝下承压水头，大 不彻底，且局部夹杂较多砾石等杂物，水库大坝填筑质 量差，抗渗能力较差，大坝在汛期和正常蓄水位季节， 大坝背水坡平台附近存在较多渗漏出逸点，大坝南侧 长期渗水，形成集中渗漏通道。大坝渗流计算成果显 示，坝内浸润线位置及渗流出逸点较高，在校核水位 大降低了下游坝体浸润线，增强大坝下游坝坡抗滑稳 定性。其特点：①适用性广：几乎可适应于各种地质 时，下游坝坡出逸高程为８８．７７ ｍ，高出地面４．３７ ｍ， 下游坝坡出逸段渗流安全不满足规范要求［１ ］。 地质勘查揭示坝基由①层重粉质壤土局部夹杂 中粉质壤土、②层局部夹杂粉质黏土或中粉质壤土和 ③层中生界白垩系上统响导铺组细砂岩组成，坝身填 条件，从松软的淤泥到密实的沙卵石，甚至漂石和岩 层。②适用性强：深可达１００ ｍ左右。③与其他防 渗措施相比，混凝土防渗墙耐久性较好，防渗效率较 高，安全、可靠。④施工条件要求低。⑤成本较高。 土以重粉质壤土为主，局部夹中粉质壤土一轻粉质壤 土和少量砂砾石等杂物，坝基不存在特殊土引起的工 收稿日期：２ＯｌＯ—Ｏｌ一２５；修改日期：２ＯｌＯ一０３—０８ 该水库大坝已经多年沉降固结，变形基本完成， 故采用塑性混凝土防渗墙，可与原地层紧密结合，防 作者简介：李长松（１９８４一），男，河南林州人，合肥工业大学建筑设计研究院助理工程师 ２６４《工程与建设》２ＯｌＯ年第２４卷第２期 渗效果好。 主要包括钻孔的平面布置，孔距孔深，排距及防渗墙 的厚度等。 （１） Ｔ≥△Ｈ／Ｊ （２）防渗墙厚度：混凝土防渗墙厚度为 其中，△Ｈ为最大上下游水头差，上游最高洪水位 ９２．６３ ｍ，坝轴线下游尾水位８３．８ ｒｎ，△Ｈ一８．８３ ｍ； （１）平面布置。自坝顶轴线方向布置防渗墙，顶 高程为９２．８０ ｒｎ，底部深入原地面以下３．０ ｒｎ。套井 采用单排布置，在坝轴线上游侧按主、套井相间布置。 （２）黏土井柱防渗墙厚度，按（１）式计算，只是防 渗墙允许的渗透坡降，黏土为５～８，取７。 为混凝土防渗墙允许水力坡降，按有关资料取 ‘，＝＝＝８０。则混凝土防渗墙厚Ｔ≥△Ｈ／Ｊ一０．１１ ｍ，结合 施工机械等因素取０．３５ ｍ。 （３）防渗墙材料：防渗墙采用普通混凝土，其物 理力学指标要求：抗压强度：Ｒ≥１５．０ ＭＰａ；弹性模 量：Ｅ＜２４ ＧＰａ；坍落度：１８～２２ ｃｍ；扩散度：３４～ ４０ ｃｍ；渗透系数：Ｋ＜ ×１０ ｃｍ／ｓ（１＜ ＜１０）；允许 渗透比降：ＥＪ３￣８ｏ。 混凝土抗渗标号要求为Ｗ６，配置普通混凝土材 料要求水泥优先采用矿渣硅酸盐水泥，水泥强度等级 不小于３２．５级，细骨料（砂）要求细度模数为２．４～ ２．８，砂率３５％～４５％，粗骨料（石子）最大粒径不超 过２０￣４０ ｍｍ，水泥水灰比为０．６～Ｏ．６５，水泥用量 不小于３００ ｋｇ／ｍ。。 施工时根据设计标号提高３Ｏ％～４０％，再根据 防渗强度保证率进行试配 “ｊ。 （４）造孑Ｌ方法。锯槽法造孔浇注连续墙是２０世 纪９０年代才发展起来的一种新的混凝土连续墙施工 技术。已经被广泛应用于黄河、长江大堤的防渗除险 加固工程中。其主要特点：①新一代开槽机作业机 理明确，设备新颖，结构简单，操作方便。②成墙既 满足设计要求，又达到节约投资的目的。可以做超薄 连续墙，而不像挖掘法造孑Ｌ那样受设备条件而将 墙体做得很厚，使得成墙造价较高。③施工速度快， 造价经济。造孑Ｌ成墙厚度可以调节，因而经济实用。 ④锯槽法可以实现真正的连续开槽，成墙质量好。 由于浇注混凝土时需隔离分段，因此，接头处理较为 重要。⑤锯槽机由于链杆本身较长，加之行走牵引 机构较远，机械转弯比较困难，造槽孔深度限在 ４０．０ １３＂１以内［５．６］。 ２．１．２ 冲抓套井回填黏土防渗墙（黏土井柱） 本方案是在坝身及坝基采用黏土井柱防渗，黏土 井柱是在坝轴线附近用冲抓锥造孔，把原坝身杂填土 抓出，形成直井后，回填黏土，经夯实后形成一道连续 的黏土心墙，夯实的同时对井壁周围的填土有一定的 压实作用，使其密度增加，渗透系数减少，从而达到增 加防渗能力的目的。套孔冲抓黏土井柱防渗墙设计 经计算Ｔ一０．７１ ｍ。采用单排套井，则选择的 参数：最优套角Ｏｒ为４５。，套井半径为０．６ ｍ，孔距 ０．８５ ｍ，有效厚度为０．８５ ｍ，满足厚度要求。 （３）防渗墙深度。防渗墙从９２．８０ ｍ高程，经重 粉质壤土层（人工）、深入原地面以下３．０ ｍ。墙底标 高８８．１～８１．３ ｍ，最大深度１１．５ ｒｎ。 （４）黏土井柱施工：黏土井柱施工采用单排布 置，井柱中心线在坝轴线位置，按一主一套相问布置 连成井墙，先打主井①、③号井，回填后再打②号井， 回填后再打⑤号井，回填后再打④号井，以此类推ｌ７］。 ２．１．３ 多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙 多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙技术是运用特 制的多头小直径深层搅拌桩机把水泥浆喷土体，同时 钻头旋转搅拌，使喷人土层的水泥浆液与原土充分拌 和在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多，渗透 系数较小，并具有整体性、水稳定性的桩柱体。将桩 柱体互相搭接成一列，形成连续墙体起到截渗 作用 。 防渗墙厚度，按（１）式计算。混凝土防渗墙厚应 不小于Ｔ一△Ｈ／Ｊ一８．６／８０—０．１ｌ ｍ，结合施工可能 带来的垂直偏差，选用桩径为３９０ ｍｍ。 ２．２方案确定 以上三种方案在技术上都是可行的，均能够达到 控制坝体和坝基渗流，降低坝体浸润线的目的。现对 混凝土防渗墙、黏土井柱防渗墙、多头小直径防渗墙 三个方案进行技术经济分析比较。三种方案计算各 方案的工程量及投资见表１所列。 表１大坝防渗加固方案投资比较表 注：混凝土防渗墙６０２元／ｍ３、黏土井柱１３３元／ｍ，多头小直径７９元／ｍ 。 （１）混凝土防渗墙：优点是适用性广，几乎可适 应于各种地质条件，从松软的淤泥到密实的沙卵石， 甚至漂石和岩层；与其他防渗措施相比，混凝土防渗 《工程与建设》２ＯｌＯ年第２４卷第２期 ２６５ 墙耐久性较好，防渗效率较高，安全、可靠；施工条件 工速度比较快，套孑Ｌ回填黏土成墙后渗透系数可达到 要求低。缺点是成本较高，工程投资大。 １×ｌＯ—ｃｍ／ｓ，甚至更小，能有效的截断渗流，减小渗 （２）黏土井柱防渗墙：优点是套孔回填黏土经压 流量，加强坝体的渗透稳定。 实后，干重度增大，渗透系数减小，防渗效果好，并可 实践证明，该土石坝采用黏土井柱的防渗处理措 下孔检查，保证质量；同时，套孔四周坝体干重度增 施是得当而有效的，本水库在加固处理后２年多，高 加，坝体获得加固，且上部采用黏土井柱墙防渗直观 水位运行时坝后干燥，再无发现有渗漏现象，说明坝 可靠，施工质量容易控制，施工方法简单，速度快。缺 基渗流已被截断。 点是施工易受库水位影响，防渗墙上、下两部分得先 后施工加长施工周期。 （参考文献］ （３）多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙，该技术成 ［１］ＳＩ ２７４ ２００１，碾压土石坝设计规范Ｅｓ１． 墙价低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效高， Ｅ２１ ＳＩ ｌ８９—９６，小型水利水电工程碾压土石坝设计导则ＥｓＪ． 成墙耐久性好，且不受库水位的影响。但对于泥夹石 ［３］杨邦柱．水工建筑物［Ｍ］．ｊＥ京：中国水利水电出版社，２００１． 不易施工，由于该水库②层重粉质壤土中含有砾石， ［４］能源部、水利部水利水电规划设计总院．碾压式土石坝设计手册 ［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８９． 且从上到下含量逐渐变大，最高含量达３０％以上，最 Ｅ５１ 张启岳．土石坝加固技术［Ｍ］．北京：中国水利水电出版 大粒径达５０ ｍｍ左右，所以不再考虑此方案。 社，１９９９． 综合技术和经济比较，决定全坝段采用黏土井柱 ［６］ 白永年．中国堤坝防渗加固新技术［Ｍ］．北京：中国水利水电出 造墙方案。 版社，２００１． ［７３ 牛运光．土坝安全与加固［Ｍ］．北京：中国水利水电出版 ３结束语 社，１９９８． ［８３徐至钧，曹名葆．水泥土搅拌法处理地基［Ｍ］．北京：机械工业出 黏土井柱施工方法简单，施工质量容易控制，施 版社，２００４． （上接第２４６页） 在室内及现场的参数标定后，通过相应的参数对 有接触好。在室内实验时不能充分地考虑到铜丝的 现场打设的９根１１ ｍ的塑料排水板进行检测，检测结 扭曲和拉伸，也不能考虑到塑料排水板底端底铜丝接 果如表３。通过表３可知，第３根塑料排水板没有接触 触不良而引起的误差，只是在很理想的状态下得到的 好，而使检测结果无限大，其中有２根在２０ ｃｍ的误差 参数进行计算。基于以上的分析，须对实验室所得参 范围之外，但偏差不是很大，其余的６根基本上２０ ｃｉｎ 数进行合理调整。 的误差范围之内，所以可认为其结果是可信的。 表３现场检测数据 检测次数 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ［３］ＪｒｒＪ ０６４—９８，公路工程地质勘察规范ＩＳ３． ５结束语 ［４］龚晓南．地基处理手册（第２版）ｌ－Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 （１）参数的确定需要一定数量上的现场检测和 社，２０００． 室内实验，才能确定参数 的可靠性。 １－５１袁斌．土工格栅施工方法和质量检测标准１－Ｊ］．工程与建设， ２００７，２１（１）：６３—６４． （２）经比较后，合理地确定施工队伍及地质条件 ［６１钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算［Ｍ］．北京：水利电力出版 的相关参数是准确确定打设深度的关键因素。 社，１９９６． －［７３管运华．土工合成材料在道路建设中的应用ｌ－Ｊ７．工程与建设， ［参考文献］ ２００９，２３（４）：５４２—５４３． ［１］ＪＴＧ Ｅ４Ｏ一２００７，公路土工试验规程［Ｓ］． ［８１徐新民，金文光．塑料排水板施工质量自动记录及监控系统［Ｊ］． ［２３ ＪＴＧ ＦＬＯ－－２ＯＯ６，公路路基施工技术规范［－ｓｌ 测控技术，１９９８，１８（８）：３１—３４． ２６６ 《工程与建设》２０１０年第２４卷第２期
