土石壩防滲加固方案對比分析

劉 姣 袁 芳

（1.陜西省引漢濟渭工程協調領導小組辦公室 陜西 西安 710032；2.西北勘測設計研究院 陜西 西安 710065）

在中小型水庫中，大壩多為土石壩。在過去修建的水庫中，由于年久失修和工程質量本身較差，目前多數大壩都存在不同程度的滲漏問題，有的甚至已威脅到大壩的安全，因此大壩防滲加固是病險水庫加固的首要任務。

1 幾種防滲技術的簡述

在土石壩防滲加固中，總的原則是“上堵下排”，即上游做好防滲，下游做好排水。上堵措施有垂直防滲和水平防滲，下排措施有背水坡開溝導滲，壩后做反濾透水設施等。常采用的防滲技術有灌漿技術、混凝土防滲墻、鋪設復合土工膜和結合壩后導滲排水等，灌漿又針對不同的土層、不同的工藝特點分為劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、充填灌漿等。

鋪設復合土工膜用于大壩的垂直防滲，主要適用于砂礫石壩基的滲流控制。特點是造價較低，施工簡便，防滲材料柔性好，能適應壩體變形，耐腐蝕，防滲效果直觀。但防滲效果不徹底，左壩肩滲漏問題未解決，施工前需拆除迎水坡砌石，清除淤泥，工程量較大。

混凝土防滲墻廣泛應用于土石壩壩體防滲及各種覆蓋層透水地基的防滲。特點是防滲性能好。

劈裂灌漿適應性廣，適用于均質壩或心墻壩，存在裂縫、陰濕、漏水，甚至存在滲透變形的壩體。特點是除能夠解決滲漏問題外，還能夠提高壩體干密度、解決壩體裂縫等問題，但施工工藝復雜，對施工單位施工水平要求高。

本文以紅花寺水庫大壩防滲加固為例，說明高壓噴射灌漿中的高壓旋噴灌漿、混凝土防滲墻、鋪設復核土工膜三種防滲的技術特點和在土石壩防滲加固中的應用。

2 工程概況

紅花寺該水庫是一座以灌溉為主，兼有發電、水產養殖、防洪等綜合利用功能的小(1)型水庫，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞及壩后電站四部分組成。水庫原設計防洪標準為50年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核，水庫原設計總庫容383萬m3，有效庫容291.5萬m3。截止2002年底，水庫淤積泥沙約58萬m3。

表1 壩體防滲工程方案比較表

3 大壩概況及存在問題

3.1 大壩概況

大壩為粘土心墻砂殼壩，大壩壩頂高程642.00m，頂寬5.0m，壩頂長159m，最大壩高45.6m。大壩迎水坡比自上而下為1∶2.5～1∶3.5，采用30cm厚干砌石護面；背水坡為三級坡，自上而下為1∶2.0～1∶2.5，分別在627.20m和614.70m，高程設2.0m寬戧臺。壩下游坡腳設有排水棱體，排水體頂寬2m，高10m。

原設計粘土心墻頂高程為641.00m，低于壩頂1.0m，心墻頂寬5.0m，心墻為梯形斷面，上、下游側坡比均為1∶0.5。但在施工過程中，由于種種原因，未能達到設計高程，現狀心墻頂部高程僅達617m～622m，低于壩頂20m～25m。

3.2 存在問題

根據安全鑒定結論及現場查勘情況，水庫大壩存在的主要問題是：

（1）經過滲透穩定復核，壩體內存在著滲透破壞隱患，下游壩坡抗滑穩定不滿足要求。

（2）土壩防滲心墻高度低(低于壩頂20m～25m)，水庫大壩高水位運行，存在著運行安全隱患。放水洞左側與壩體間存在接觸滲漏。排水棱體沒有反濾層，危及大壩安全。

4 大壩滲漏問題及其原因分析

水庫大壩存在的主要問題是：大壩背水坡排水體之上，高程604m～610m之間有面狀滲流，2處～3處明顯集中滲漏 (庫水位632.60m，漏水總量為21.4m3/d)。經現場開挖探查，滲漏水來自放水洞左側洞壁與壩體接觸面，在離放水洞左側2.2m處，滲水點高程611.69m，高于洞底約1.2m，是放水洞與壩體的接觸滲漏。

5 擬定加固方案

根據壩體滲流、穩定復核計算：現狀情況下，下游壩坡抗滑穩定安全系數不能滿足規范要求，但防滲加固后下游壩坡抗滑穩定安全系數滿足規范要求。因此，需對壩體進行防滲處理。

方案一：高壓旋噴垂直防滲方案。沿壩頂修筑高壓旋噴防滲幕墻，防滲墻向兩壩肩各延伸3.0m，軸線長165m。墻頂高程為641.00m。壩體中部伸入現狀粘土心墻內2.0m，兩壩肩伸入強風化基巖2m，在壩體內形成一道連續的防滲幕墻，從而解決背水坡集中出滲問題，降低大壩浸潤線，促進壩坡穩定。

高壓旋噴防滲墻方案施工工序單一，不需要放空水庫，不影響水庫發揮正常的灌溉和發電效益。施工受水庫水位影響較小，施工組織簡單，工期短；并且高噴墻固結體防滲性能好，滲透系數可達10-6cm/s～10-7cm/s，允許滲透坡降J＞50。但該方案為地下隱蔽工程，施工工藝相對較復雜，質量相對不容易控制。但近年來，隨著施工技術的提高，施工質量能夠得到保證。工程投資大是其另外一個局限。

方案二：復合土工膜斜坡防滲方案。沿上游壩坡由壩頂642.00m至現狀庫底淤積面高程605.00m，鋪設復合土工膜進行防滲。

該方案的主體工程是復合土工膜的鋪設、干砌石護坡的拆除與砌筑、施工導流與排水等，施工工藝簡單，施工質量容易控制。缺點是施工工序多，工期長。如干砌石護坡的拆除、倒運、砌筑，并需修筑導流圍堰(5年一遇洪水標準)、基坑排水，施工工序繁多，不利于施工布置和施工組織安排，施工風險大，如遇到超過導流標準的洪水，將造成工程返工。工藝要求高，土工膜之間縱橫向搭接縫，如處理不好，將成為滲漏通道，達不到防滲目的；需放空水庫，在半年內水庫不能發揮正常的灌溉及發電效益。

方案三：30cm厚薄壁塑性混凝土防滲墻方案。沿壩頂布設混凝土防滲墻，設計墻厚采用30cm。墻頂高程為642.00m，壩體中部伸入現狀粘土心墻內2m，兩壩肩伸入強風化基巖2m。在原導流涵洞兩側各5m段、高程600.00m～615.00m采用帷幕灌漿處理，在原導流涵洞內充填C20細石混凝土。

塑性混凝土防滲墻方案施工工序單一，不需要放空水庫，不影響水庫發揮正常的灌溉和發電效益。施工受水庫水位影響較小，施工組織簡單，工期短；混凝土墻固結體防滲性能好，投資小。缺點：該方案為地下隱蔽工程，施工工藝相對較復雜，質量相對不容易控制；在礫石土地層中采用薄壁抓斗法施工，不易抓取，工效低、進尺慢、斗體易磨損；深度超過30m，抓斗法施工不方便。

6 方案比選

方案比較詳見表1。

考慮到目前國內外地下防滲幕墻工程施工技術、工藝水平的不斷提高，施工質量控制已不是制約工程措施的主要因素，可以通過施工招標或其它措施進行控制，使之達到設計要求。經綜合比較，推薦采用薄壁混凝土防滲幕墻方案對壩體進行防滲處理。

7 結語

土石壩防滲方案的選擇主要考慮適應工程地質條件，滿足防滲標準，工程造價經濟等因素，選定的方案應在當前的技術水平下有較強的可實施性。此外，在防滲加固實施的過程中，應把好地質勘測、設計、施工質量關，嚴格按規范要求控制各參數，確保工程質量，徹底解決大壩滲漏問題。

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