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[摘 要] 文章通过案例分析了水库除险加固工程存在的问题，阐述拦河坝渗漏成因及防渗方案比选，最后提出了施工方案及处理措施。
[关键词] 水库加固 渗漏 混凝土 施工
前言
本水库枢纽主要建筑物有拦河坝、输水隧洞和溢洪道。拦河坝为粘土心墙土石混合坝，坝顶长115.0m，最大坝高23.5 m；输水隧洞为圆形有压洞，最大放水流量32 m3/s；溢洪道为无闸门控制的开敞式溢洪道。
1.工程存在的主要问题
受水库建设时期特定历史条件的限制，本水库由当地民工自行施工，施工机械缺乏，无技术人员现场指导，施工质量没有保证。工程建成后，由于拦河坝坝体、坝基及左坝肩均存在严重的渗漏问题，水库不能正常蓄水，发挥不了应有的效益。
根据工程建设、多年运行情况和现场实地查勘，水库工程目前存在的问题主要有：①粘土心墙土质不均匀、不连续，心墙中夹杂含壤土碎石层，坝体渗漏严重。②拦河坝坝基坐落在含壤土碎石层上，虽然原设计中坝基采用了混凝土齿墙作为防渗体，但是现场勘查并未发现该防渗体，因此坝基也存在渗漏的可能。③大坝左坝肩岩体节理裂隙发育，主要节理面走向基本垂直于坝轴线，形成贯通上下游的渗漏通道，岩体透水率较大，试验值为30.7~43.4Lu，左坝肩存在严重的绕坝渗漏问题。④由于坝体心墙不能起到防渗作用，浸润线在拦河坝下游坝坡出逸点较高，出逸段不满足渗透稳定条件，存在渗透稳定问题。
以上险情中，水库渗漏为重中之重，特别是坝体、坝基及左坝肩均有不同程度的渗漏问题，因此水库除险加固的核心是拦河坝防渗。
2.拦河坝渗漏成因分析
通过对拦河坝进行现场地质勘察和坝体土样室内试验成果分析，认为造成水库渗漏的主要原因为土料渗透系数大，左坝肩岩体透水率大，不能满足防渗要求。
2.1坝体心墙渗漏问题
大坝为粘土心墙坝，心墙岩性主要为壤土，粘粒含量19.0%~22.9%，干密度1.48~1.66 g/cm3。心墙壤土层的渗透系数试验值在1.6×10-7~4.1×10-4cm/s之间，平均值为8.0×10-5cm/s，大部分属于弱透水层。但勘察发现心墙土质不均匀，中间多夹含壤土碎石层或壤土中含碎石，碎石成分以斑岩为主，岩石强度较低。心墙钻孔在钻进过程中，遇含壤土碎石后，钻孔漏水严重，用60 L/min的泵量向钻孔注水，孔口经常不返水。根据土样室内试验并结合现场勘探实际情况，心墙渗透系数为5×10-3cm/s，具有中等透水性。心墙不能形成一个整体的防渗屏障。
2.2坝基渗漏问题
坝基坐落在含壤土碎石层上，该层在心墙以下厚度7.3 m，渗透系数建议值为7×10-2cm/s，具强透水性。原设计中的坝基混凝土防渗齿槽在勘察过程中没有发现，因此推断坝基存在渗漏的可能。
2.3左坝肩绕坝渗漏问题
左坝肩山体岩性为安山岩，岩体呈强一弱风化状，强风化厚度1.5 m，其上覆盖约0.5m厚的含壤土碎石。左坝头附近出露岩体节理裂隙发育，主要节理面走向基本垂直于坝轴线，形成贯通上下游的渗漏通道。根据钻孔资料分析，高程91.8 m以上弱风化岩体透水率较大，试验值为30.7~43.4 Lu，为中等透水性，存在绕坝渗漏问题。
3.拦河坝防渗方案比选
拦河坝坝体防渗措施可根据坝型、坝高及下游情况采取铺设土工膜、搅拌桩、重力或劈裂灌浆、高压灌浆及加设下游反滤排水棱体等措施；坝基和坝肩渗漏可根据坝型、坝基覆盖层和透水层厚度及工程造价采取帷幕灌浆、冲抓套井粘土回填、高压灌浆或混凝土防渗墙等措施。
根据该水库渗漏情况以及地质勘探成果，拦河坝防渗处理设计主要考虑了“粘土心墙内设混凝土防渗墙+左岸基岩帷幕灌浆”和“上游坝脚布设混凝土防渗墙+上游坝坡铺设复合土工膜+左岸基岩帷幕灌浆”两个方案。
3.1方案一：混凝土防渗墙+左岸基岩帷幕灌浆
混凝土防渗墙中心线位于大坝上游原心墙内，总长106m，轴线距坝轴线5.7m，厚30 cm，顶高程118.0 m，墙底深入强风化基岩1.0m。
左岸基岩帷幕灌浆孔布置为单排，孔距确定为1.5 m，根据地质勘探压水试验成果和帷幕灌浆标准，灌浆孔底高程按深入相对不透水层2m考虑，最大钻孔深度35.2 m。
3.2方案二：上游坝脚防渗墙+坝坡复合土工膜+左岸基岩帷幕灌浆
坝体防渗通过在拦河坝上游坝脚布设混凝土防渗墙、在上游坝坡铺设复合土工膜解决，处理范围长118 m。首先，结合上游坝坡加固拆除上游干砌石护坡和垫层，利用坝脚处的库区淤积面兼作防渗墙施工的工作平台，浇筑防渗墙。由于上游坝坡含有较大粒径的碎石，因此防渗墙墙厚采用50 cm，墙底深入强风化基岩1.0 m，墙顶高程111.6 m。为保证坝坡复合土工膜与防渗墙顶部的可靠连接，在防渗墙顶部浇筑混凝土座，把土工膜下部固定在其中，混凝土座底宽1.0 m、深1.0 m，两侧边坡1：0.75；上部和左右岸分别锚固于坝顶路面底部和左右岸开挖的锚固槽中，锚固槽深1.0 m、宽1.0 m，采用C20F250混凝土浇筑。考虑原坝体材料为含壤土碎石，碎石多呈棱角状，故先在坝面上铺设30cm厚中细砂找平保护层，再铺设复合土工膜；为减少库水位降落时产生的反向渗透压力以及严寒条件对土工膜产生不利影响，土工膜上部铺设50cm厚砂砾料防冻层，再依次铺设40cm或60 cm厚反滤料和40cm厚干砌石护坡。
混凝土防渗墙左侧至左侧坝肩进行帷幕灌浆，帷幕灌浆孔布置为单排，孔距确定为1.5 m。根据地质勘探压水试验成果和帷幕灌浆标准，灌浆孔底高程按深入相对不透水2m考虑。
通过对两方案的主要工程量进行投资比较，方案一比方案二节省投资约26万元。从经济角度分析，由于方案一需要在上游坝坡填筑8.0m宽施工平台，增加临时工程投资约35万元（其中平台填筑约23万元，平台拆除约12万元），加上施工平台投资，方案一比方案二投资增加约9万元。但方案一中的施工平台可以结合水库清淤，相应减少了水库清淤费用，综合考虑，两方案在经济方面差别不大。
从技术角度分析，方案二中的下部混凝土防渗墙位于心墙上游坝体内，根据地勘资料，坝体土料中含有较多的大块石，施工难度较大；防渗墙顶部混凝土质量差，需要凿除后重新浇筑混凝土以锚固土工膜，两岸亦需要开挖岩石锚固槽后浇筑混凝土，施工工艺比较复杂，施工工期相对较长；铺设土工膜易损坏且不易被发现，焊接质量不易控制，施工技术水平要求较高；土工膜使用寿命亦不如混凝土防渗墙。方案一避免了采用土工膜防渗的一些弊端，其防渗性能可靠，工艺相对简单。
经综合分析比较，拦河坝防渗处理推荐采用“混凝土防渗墙+左岸基岩帷幕灌浆”方案。
4.拦河坝防渗方案设计
混凝土防渗墙沿上游坝坡布置于原坝体心墙内，设计总长106 m，墙体中心线位置距坝轴线5.7m。根据地质资料，原坝体心墙顶部高114.7~117.5 m为壤土，渗透系数1.6×10-7~4.1×10-4cm/s，平均为8×10-5cm/s，考虑坝前作用水头不大，认为该层土体可满足防渗要求，防渗墙顶高程按伸入该层壤土并高于正常蓄水位1.0 m确定为118.0 m，墙底深入坝基强风化基岩1.0 m，最大墙深为29.0 m。
混凝土防渗墙墙体根据国内混凝土防渗墙施工经验，最小厚度采用水力梯度初步估算墙厚，计算公式如下： （1）
式中：d为墙厚（m）；为作用在墙上的最大水头差（m）；[J]为防渗墙允许渗透破坏坡降，据国内有关资料，混凝土防渗墙允许渗透破坏坡降为80~100，设计取允许破坏渗透坡降为80。
本工程x=20.54 m，经计算最小墙厚为d=0.25 m，综合考虑防渗墙深度、施工工艺和地质条件等多种因素影响，设计取为0.3 m。
左岸基岩帷幕灌浆范围总长52 m，帷幕灌浆孔布置为单排，孔距确定为1.5 m，帷幕灌浆顶高程为118.0 m。根据地质勘探压水试验成果和帷幕灌浆标准，桩号0+073—0+098，灌浆孔底高程确定为94.5m（按深入相对不透水层2 m考虑），最大钻孔深度28.4 m；桩号0+098—0+125灌浆孔底高程确定为89.8 m（按深入相对不透水层2 m考虑），最大钻孔深度35.2 m。
5.结语
通过对加固后的设计坝体断面进行渗透稳定计算得知，拦河坝坝体心墙内设置混凝土防渗墙的防渗措施能有效地降低坝体浸润线，解决下游坝坡出逸处的渗透稳定问题。
[关键词] 水库加固 渗漏 混凝土 施工
前言
本水库枢纽主要建筑物有拦河坝、输水隧洞和溢洪道。拦河坝为粘土心墙土石混合坝，坝顶长115.0m，最大坝高23.5 m；输水隧洞为圆形有压洞，最大放水流量32 m3/s；溢洪道为无闸门控制的开敞式溢洪道。
1.工程存在的主要问题
受水库建设时期特定历史条件的限制，本水库由当地民工自行施工，施工机械缺乏，无技术人员现场指导，施工质量没有保证。工程建成后，由于拦河坝坝体、坝基及左坝肩均存在严重的渗漏问题，水库不能正常蓄水，发挥不了应有的效益。
根据工程建设、多年运行情况和现场实地查勘，水库工程目前存在的问题主要有：①粘土心墙土质不均匀、不连续，心墙中夹杂含壤土碎石层，坝体渗漏严重。②拦河坝坝基坐落在含壤土碎石层上，虽然原设计中坝基采用了混凝土齿墙作为防渗体，但是现场勘查并未发现该防渗体，因此坝基也存在渗漏的可能。③大坝左坝肩岩体节理裂隙发育，主要节理面走向基本垂直于坝轴线，形成贯通上下游的渗漏通道，岩体透水率较大，试验值为30.7~43.4Lu，左坝肩存在严重的绕坝渗漏问题。④由于坝体心墙不能起到防渗作用，浸润线在拦河坝下游坝坡出逸点较高，出逸段不满足渗透稳定条件，存在渗透稳定问题。
以上险情中，水库渗漏为重中之重，特别是坝体、坝基及左坝肩均有不同程度的渗漏问题，因此水库除险加固的核心是拦河坝防渗。
2.拦河坝渗漏成因分析
通过对拦河坝进行现场地质勘察和坝体土样室内试验成果分析，认为造成水库渗漏的主要原因为土料渗透系数大，左坝肩岩体透水率大，不能满足防渗要求。
2.1坝体心墙渗漏问题
大坝为粘土心墙坝，心墙岩性主要为壤土，粘粒含量19.0%~22.9%，干密度1.48~1.66 g/cm3。心墙壤土层的渗透系数试验值在1.6×10-7~4.1×10-4cm/s之间，平均值为8.0×10-5cm/s，大部分属于弱透水层。但勘察发现心墙土质不均匀，中间多夹含壤土碎石层或壤土中含碎石，碎石成分以斑岩为主，岩石强度较低。心墙钻孔在钻进过程中，遇含壤土碎石后，钻孔漏水严重，用60 L/min的泵量向钻孔注水，孔口经常不返水。根据土样室内试验并结合现场勘探实际情况，心墙渗透系数为5×10-3cm/s，具有中等透水性。心墙不能形成一个整体的防渗屏障。
2.2坝基渗漏问题
坝基坐落在含壤土碎石层上，该层在心墙以下厚度7.3 m，渗透系数建议值为7×10-2cm/s，具强透水性。原设计中的坝基混凝土防渗齿槽在勘察过程中没有发现，因此推断坝基存在渗漏的可能。
2.3左坝肩绕坝渗漏问题
左坝肩山体岩性为安山岩，岩体呈强一弱风化状，强风化厚度1.5 m，其上覆盖约0.5m厚的含壤土碎石。左坝头附近出露岩体节理裂隙发育，主要节理面走向基本垂直于坝轴线，形成贯通上下游的渗漏通道。根据钻孔资料分析，高程91.8 m以上弱风化岩体透水率较大，试验值为30.7~43.4 Lu，为中等透水性，存在绕坝渗漏问题。
3.拦河坝防渗方案比选
拦河坝坝体防渗措施可根据坝型、坝高及下游情况采取铺设土工膜、搅拌桩、重力或劈裂灌浆、高压灌浆及加设下游反滤排水棱体等措施；坝基和坝肩渗漏可根据坝型、坝基覆盖层和透水层厚度及工程造价采取帷幕灌浆、冲抓套井粘土回填、高压灌浆或混凝土防渗墙等措施。
根据该水库渗漏情况以及地质勘探成果，拦河坝防渗处理设计主要考虑了“粘土心墙内设混凝土防渗墙+左岸基岩帷幕灌浆”和“上游坝脚布设混凝土防渗墙+上游坝坡铺设复合土工膜+左岸基岩帷幕灌浆”两个方案。
3.1方案一：混凝土防渗墙+左岸基岩帷幕灌浆
混凝土防渗墙中心线位于大坝上游原心墙内，总长106m，轴线距坝轴线5.7m，厚30 cm，顶高程118.0 m，墙底深入强风化基岩1.0m。
左岸基岩帷幕灌浆孔布置为单排，孔距确定为1.5 m，根据地质勘探压水试验成果和帷幕灌浆标准，灌浆孔底高程按深入相对不透水层2m考虑，最大钻孔深度35.2 m。
3.2方案二：上游坝脚防渗墙+坝坡复合土工膜+左岸基岩帷幕灌浆
坝体防渗通过在拦河坝上游坝脚布设混凝土防渗墙、在上游坝坡铺设复合土工膜解决，处理范围长118 m。首先，结合上游坝坡加固拆除上游干砌石护坡和垫层，利用坝脚处的库区淤积面兼作防渗墙施工的工作平台，浇筑防渗墙。由于上游坝坡含有较大粒径的碎石，因此防渗墙墙厚采用50 cm，墙底深入强风化基岩1.0 m，墙顶高程111.6 m。为保证坝坡复合土工膜与防渗墙顶部的可靠连接，在防渗墙顶部浇筑混凝土座，把土工膜下部固定在其中，混凝土座底宽1.0 m、深1.0 m，两侧边坡1：0.75；上部和左右岸分别锚固于坝顶路面底部和左右岸开挖的锚固槽中，锚固槽深1.0 m、宽1.0 m，采用C20F250混凝土浇筑。考虑原坝体材料为含壤土碎石，碎石多呈棱角状，故先在坝面上铺设30cm厚中细砂找平保护层，再铺设复合土工膜；为减少库水位降落时产生的反向渗透压力以及严寒条件对土工膜产生不利影响，土工膜上部铺设50cm厚砂砾料防冻层，再依次铺设40cm或60 cm厚反滤料和40cm厚干砌石护坡。
混凝土防渗墙左侧至左侧坝肩进行帷幕灌浆，帷幕灌浆孔布置为单排，孔距确定为1.5 m。根据地质勘探压水试验成果和帷幕灌浆标准，灌浆孔底高程按深入相对不透水2m考虑。
通过对两方案的主要工程量进行投资比较，方案一比方案二节省投资约26万元。从经济角度分析，由于方案一需要在上游坝坡填筑8.0m宽施工平台，增加临时工程投资约35万元（其中平台填筑约23万元，平台拆除约12万元），加上施工平台投资，方案一比方案二投资增加约9万元。但方案一中的施工平台可以结合水库清淤，相应减少了水库清淤费用，综合考虑，两方案在经济方面差别不大。
从技术角度分析，方案二中的下部混凝土防渗墙位于心墙上游坝体内，根据地勘资料，坝体土料中含有较多的大块石，施工难度较大；防渗墙顶部混凝土质量差，需要凿除后重新浇筑混凝土以锚固土工膜，两岸亦需要开挖岩石锚固槽后浇筑混凝土，施工工艺比较复杂，施工工期相对较长；铺设土工膜易损坏且不易被发现，焊接质量不易控制，施工技术水平要求较高；土工膜使用寿命亦不如混凝土防渗墙。方案一避免了采用土工膜防渗的一些弊端，其防渗性能可靠，工艺相对简单。
经综合分析比较，拦河坝防渗处理推荐采用“混凝土防渗墙+左岸基岩帷幕灌浆”方案。
4.拦河坝防渗方案设计
混凝土防渗墙沿上游坝坡布置于原坝体心墙内，设计总长106 m，墙体中心线位置距坝轴线5.7m。根据地质资料，原坝体心墙顶部高114.7~117.5 m为壤土，渗透系数1.6×10-7~4.1×10-4cm/s，平均为8×10-5cm/s，考虑坝前作用水头不大，认为该层土体可满足防渗要求，防渗墙顶高程按伸入该层壤土并高于正常蓄水位1.0 m确定为118.0 m，墙底深入坝基强风化基岩1.0 m，最大墙深为29.0 m。
混凝土防渗墙墙体根据国内混凝土防渗墙施工经验，最小厚度采用水力梯度初步估算墙厚，计算公式如下： （1）
式中：d为墙厚（m）；为作用在墙上的最大水头差（m）；[J]为防渗墙允许渗透破坏坡降，据国内有关资料，混凝土防渗墙允许渗透破坏坡降为80~100，设计取允许破坏渗透坡降为80。
本工程x=20.54 m，经计算最小墙厚为d=0.25 m，综合考虑防渗墙深度、施工工艺和地质条件等多种因素影响，设计取为0.3 m。
左岸基岩帷幕灌浆范围总长52 m，帷幕灌浆孔布置为单排，孔距确定为1.5 m，帷幕灌浆顶高程为118.0 m。根据地质勘探压水试验成果和帷幕灌浆标准，桩号0+073—0+098，灌浆孔底高程确定为94.5m（按深入相对不透水层2 m考虑），最大钻孔深度28.4 m；桩号0+098—0+125灌浆孔底高程确定为89.8 m（按深入相对不透水层2 m考虑），最大钻孔深度35.2 m。
5.结语
通过对加固后的设计坝体断面进行渗透稳定计算得知，拦河坝坝体心墙内设置混凝土防渗墙的防渗措施能有效地降低坝体浸润线，解决下游坝坡出逸处的渗透稳定问题。