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摘要:对于带病运行的水库，必须采取相应的防渗加固措施，这样才能保证水库的安全运行，以确保其效益的发挥。本文以某病险水库工程为例，详细介绍了主坝坝体存在的险情，经综合比较，采用培厚上游坡方案，对其具体防渗加固设计进行了分析，主坝防渗加固效果明显，坝体结构得到了加强，为类似水库除险加固提供了参考依据。
关键词:主坝；渗漏；方案；加固设计；混凝土防渗墙；帷幕灌浆
中图分类号：TV697.3+2 文献标识码：A 文章编号：
水库除了为人们提供日常生活、农业灌溉、工业生产用水之外，还在防御洪水灾害发挥着不可替代的作用。然而，随着运行时间的增加，水库运行中暴露出来的病害也越来越多，导致水库的整体安全性、适用性和耐久性下降，功能得不到正常发挥，并且对下游广大人民的生命财产安全造成严重威胁。因此，有必要针对存在问题的水库进行实地现状调查，并进行除险加固，使水库发挥其作用，保护人民生命财产安全。
1 工程概况
某水库控制集水面积8.4km2，引水集水面积38.3km2，水库总库容1010万m3，兴利库容791万m3，正常蓄水位187.70m。工程设计灌溉面积1200hm2，近年实灌面积800hm2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、养鱼等综合利用的中型水库。
该水库工程由主坝、副坝(2座)、溢洪道、输水隧洞和坝后电站组成。主坝为沥青混凝土土工膜斜墙坝，最大坝高45.0m，坝顶长226.0m。
2 主坝加固的必要性
2.1 主坝坝体及坝基工程地质状况
坝体黏土质砂室内渗透系数平均值为1.3×10-4cm/s，钻孔注水试验平均值为4.1×10-4cm/s，属中等透水；坝体砂卵石层钻孔注水试验平均值为1.2×10-2cm/s，属强透水；坝体下游平台为漂卵石层，现场注水试验平均值为3.0×10-1cm/s，属极强透水。
根据土工试验成果，黏土质砂最优含水率平均值ωop＝14.3％，最大干密度平均值ρdmax＝1.78g/cm3，土体现状干密度1.56～1.62g/cm3，压实度87.6％～91％，小于SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》要求的96％。
主坝坝基主要由强风化花岗岩组成，两坝肩坡残积黏土质砂土层厚约7～12m，下伏全风化花岗岩厚0～25m，强风化花岗岩厚4.0～10.0m，左坝肩存在囊状风化，局部风化较深。
据土工试验成果及注水试验成果可知，坝基坡残积黏土质砂、全风化、强风化花岗岩均具中等透水性，尤其是左岸ZK15深度33.0～38.0m段，透水率高达93.51Lu；坝基弱风化花岗岩具弱透水，微风化层为微透水。
2.2 主坝现状安全复核结论
经安全鉴定评为三类坝，需对大坝进行彻底的加固措施以消除安全隐患，确保大坝的安全运行。存在的主要问题有：①主坝坝顶高程不满足规范要求。②主坝填筑质量不满足规范要求，两岸接头防渗处理措施不完善，土工膜被拉裂，防渗体两岸接触不良，存在严重绕坝渗漏，廊道内有多处渗漏点，出口两边各有一集中渗漏点，坝肩、坝体和坝脚渗漏严重，渗透稳定不满足规范要求；上游左端岸坡护坡崩塌，检修廊道洞壁裂缝较多，留有许多灌浆埋管，容易被渗流击穿，留下了较大的安全隐患。③主坝上、下游坝坡抗滑稳定满足规范要求，但沥青混凝土斜墙厚度在167m高程以上抗滑稳定不满足规范要求，斜墙表面部分六角砖下滑。
3 主坝加固方案选择
针对该水库主坝存在的问题和鉴定结论，对主坝采用3种方案进行比较，分别为：翻新土工膜方案，上游新建防渗黏土斜墙方案，培厚上游坡+垂直防渗方案。
3.1 翻新土工膜方案
多年运行记录表明，坝体两端坝肩频繁发生渗流管涌破坏，两坝肩是整个主坝防渗体系最薄弱部位。采用翻修土工膜的方案对主坝进行防渗加固，首先要解决两坝端混凝土截水齿墙未达相对不透水层的问题，同时土工膜不宜往库内及两端岸坡延伸，因为两端岸坡较陡(局部达到1:1.3)，延伸的土工膜及其覆盖层很难保持稳定。要将两端混凝土截水墙延伸到相对不透水层，加固采用现浇混凝土护壁、人工挖孔桩(直径1.2m)、现浇桩孔混凝土形成连续防渗墙的方式进行(两端岸坡较陡，不宜采用机械钻孔)，主坝上游两端桩孔连续防渗墙与廊道外新浇筑的混凝土齿墙连成一体，并统一对桩孔及齿墙底部基岩进行帷幕灌浆。考虑到两端坝头风化层较深，坝左端延长22m、右端延长35m进行高压摆喷灌浆。新铺设的土工膜底部往廊道上游新建混凝土齿墙及两岸桩孔连续防渗墙内延伸，保证了新建的土工膜和坝两端形成封闭防渗体系。上下游坝坡均为原坡比，坝体内廊道回填灌浆，坝顶防浪墙拆除重建，坝顶铺筑混凝土路面。
3.2 新建黏土斜墙方案
将主坝改为黏土斜墙坝，加固时先将上游旧沥青混凝土斜墙拆除，将上游土坡面开挖成台阶形状后，采用黏土分层碾压培厚成黏土斜墙，上游坡比为1:2.25、1:2.75、1:3.0(自上而下)。坝内廊道封堵；坝顶防浪墙拆除重建，坝顶混凝土路面铺筑；下游177.0m高程以上削坡放缓为1:2.0。黏土斜墙与两端岸坡的接触部位开挖成梯形齿槽，齿槽底部设混凝土截水墙+帷幕灌浆，以保证黏土斜墙形成封闭防渗体系。
3.3 培厚上游坡方案
拆除上游原沥青混凝土斜墙后，将上游土坡面开挖成台阶形状，然后采用全风化土料培厚上游坝坡。上游坡比为1:2.25、1:2.50、1:2.75(自上而下)。坝内廊道封堵；坝顶防浪墙拆除重建，坝顶混凝土路面铺筑；下游177.00m高程以上削坡放缓为1:2.0。
由于主坝坝体结构较特殊，外坡脚至轴线160m高程以下为水力冲填砂卵石，坝体其他部位为填筑黏土质砂，坝体黏土质砂钻孔注水试验平均值为41.45×10-5cm/s，属中等透水；坝体水力冲填砂卵石层钻孔注水试验平均值为1.21×10-2cm/s，属强透水。因此防渗方式不宜用高压喷射灌浆+帷幕灌浆的方式，只能采用混凝土防渗墙+帷幕灌浆。
3.4 加固方案的选择
各方案主要工程量、建筑工程投资及优缺点分析见表1。经综合比较，推荐培厚上游坡方案。
表1 主坝加固方案投资及优缺点比较
4 加固设计
4.1 上游坝坡培厚设计
先将上游旧沥青混凝土斜墙拆除，将上游土坡面开挖成台阶形状后，采用全风化土料分层碾压培厚，上游坡比为1:2.25、1:2.50、1:2.75(自上而下)。培厚填土下至148.80m高程，上至坝顶192.0m高程。由于主坝上游左岸岸坡比较陡，按拟定的坡比填筑左侧坝肩很难与相应的同一高程的等高线连接，为减少填土方量，同时也为了避免左岸放水隧洞进口被填土掩埋，在左侧坝肩位置开始往左岸放坡，坡比為1:2.5，坡脚设M7.5浆砌石挡土墙。为保证坡脚部位填土的质量，坡脚开挖成底宽3m、深3m的梯形齿槽。
4.2 混凝土防渗墙设计
混凝土防渗墙入岩0.5～1.0m，坝基岩层风化较强部位根据实际情况可适当加深。混凝土垂直防渗墙平行坝轴线，中心线位于新坝轴线上游4.35m，全长261.0m，最大墙深44.0m。
防渗墙厚度是根据防渗墙破坏时的渗透比降来确定，经计算，墙厚d=63cm可满足要求，但考虑坝基帷幕灌浆需在墙体内预埋管的施工要求以及施工工艺等因素，类比国内已建工程经验，混凝土防渗墙厚度取80cm。
为了加快施工进度，上游坝坡培厚和混凝土防渗墙施工同时进行。为满足防渗墙施工平台宽度要求，在原坝顶以下5.3m即186.70m高程搭设防渗墙施工平台，防渗墙轴线上游构筑临时支架，軸线下游通过开挖原坝坡得出186.70m高程平台。
4.3 帷幕灌浆设计
对混凝土防渗墙以下坝基及坝肩进行帷幕灌浆处理，根据地勘提供的资料，坝基以及两侧坝肩都分布有厚度不等的全风化、强风化岩体，裂隙较发育，左坝肩存在囊状风化，局部风化较深，因此帷幕灌浆范围为K0-015～K0+246，帷幕线总长261m，单排布孔，孔距1.5m，原河床段(长90m)帷幕深度伸至透水率为5Lu下限再往下3m，两侧坝肩帷幕深度伸至透水率为10Lu下限再往下3m。
施工时先实施防渗墙，再实施帷幕灌浆。帷幕灌浆采用在混凝土防渗墙内预埋管灌浆，帷幕孔线与坝体防渗墙轴线重合，自上而下分段灌浆，埋管内径110mm，钻孔孔径75mm，坝基帷幕为封闭式，上部与混凝土防渗墙结合1.0m，下端伸至相对不透水层以下。
4.4 上下游护坡及坝顶设计
上游坡采用现浇15cm厚混凝土护坡。护坡范围从坝脚护至坝顶192.00m高程，于155.0、161.5、168.5、174.0、180.0、186.0m高程处分别设C20混凝土防滑齿墙，齿墙宽0.6m，高1.20m。护坡分块尺寸2.0m×3.0m(水平向×顺坡向)，分缝处采用沥青杉板嵌缝，每块中央设排水孔，孔内设置φ50mmPVC排水管，排水管头部设置400g/m2土工反滤布一层。
主坝下游边坡稳定满足规范要求，加固设计对177.0m高程以上下游坝坡削坡坡比放缓到为1:2.0，并种植草皮护坡。对下游164.0～177.0m高程间干砌卵石护坡增设M10水泥砂浆勾凸缝，下游步级及马道重新采用M10水泥砂浆抹面。下游162.3～147.5m高程间外坡较陡，坡比为1:1.41，为防止干砌卵石松散、脱落，在该段外坡表面用M10水泥砂浆勾缝。
经复核计算主坝坝顶高程为192.42m，且受设计工况控制，加固设计坝顶高程维持192.00m，新建防浪墙墙顶高程为192.50m。新建混凝土防浪墙为“L”形结构，高1.4m，顶宽0.5m，顶高程为192.50m，底宽1m。坝顶拟铺设混凝土路面，其厚度为20cm，基层为级配碎石，厚为20cm。
5 结语
在本病险水库主坝防渗加固当中，通过精心设计，确定了合理防渗加固措施，并科学、合理的安排施工进度，大坝防渗加固效果明显，渗漏险情得到了较好解决，很好的延长了水库主坝的使用寿命，确保了水库的安全运行和水库应有的防洪社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 张涛.病险水库除险加固措施浅析[J].地下水.2011年04期
[2] 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
关键词:主坝；渗漏；方案；加固设计；混凝土防渗墙；帷幕灌浆
中图分类号：TV697.3+2 文献标识码：A 文章编号：
水库除了为人们提供日常生活、农业灌溉、工业生产用水之外，还在防御洪水灾害发挥着不可替代的作用。然而，随着运行时间的增加，水库运行中暴露出来的病害也越来越多，导致水库的整体安全性、适用性和耐久性下降，功能得不到正常发挥，并且对下游广大人民的生命财产安全造成严重威胁。因此，有必要针对存在问题的水库进行实地现状调查，并进行除险加固，使水库发挥其作用，保护人民生命财产安全。
1 工程概况
某水库控制集水面积8.4km2，引水集水面积38.3km2，水库总库容1010万m3，兴利库容791万m3，正常蓄水位187.70m。工程设计灌溉面积1200hm2，近年实灌面积800hm2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、养鱼等综合利用的中型水库。
该水库工程由主坝、副坝(2座)、溢洪道、输水隧洞和坝后电站组成。主坝为沥青混凝土土工膜斜墙坝，最大坝高45.0m，坝顶长226.0m。
2 主坝加固的必要性
2.1 主坝坝体及坝基工程地质状况
坝体黏土质砂室内渗透系数平均值为1.3×10-4cm/s，钻孔注水试验平均值为4.1×10-4cm/s，属中等透水；坝体砂卵石层钻孔注水试验平均值为1.2×10-2cm/s，属强透水；坝体下游平台为漂卵石层，现场注水试验平均值为3.0×10-1cm/s，属极强透水。
根据土工试验成果，黏土质砂最优含水率平均值ωop＝14.3％，最大干密度平均值ρdmax＝1.78g/cm3，土体现状干密度1.56～1.62g/cm3，压实度87.6％～91％，小于SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》要求的96％。
主坝坝基主要由强风化花岗岩组成，两坝肩坡残积黏土质砂土层厚约7～12m，下伏全风化花岗岩厚0～25m，强风化花岗岩厚4.0～10.0m，左坝肩存在囊状风化，局部风化较深。
据土工试验成果及注水试验成果可知，坝基坡残积黏土质砂、全风化、强风化花岗岩均具中等透水性，尤其是左岸ZK15深度33.0～38.0m段，透水率高达93.51Lu；坝基弱风化花岗岩具弱透水，微风化层为微透水。
2.2 主坝现状安全复核结论
经安全鉴定评为三类坝，需对大坝进行彻底的加固措施以消除安全隐患，确保大坝的安全运行。存在的主要问题有：①主坝坝顶高程不满足规范要求。②主坝填筑质量不满足规范要求，两岸接头防渗处理措施不完善，土工膜被拉裂，防渗体两岸接触不良，存在严重绕坝渗漏，廊道内有多处渗漏点，出口两边各有一集中渗漏点，坝肩、坝体和坝脚渗漏严重，渗透稳定不满足规范要求；上游左端岸坡护坡崩塌，检修廊道洞壁裂缝较多，留有许多灌浆埋管，容易被渗流击穿，留下了较大的安全隐患。③主坝上、下游坝坡抗滑稳定满足规范要求，但沥青混凝土斜墙厚度在167m高程以上抗滑稳定不满足规范要求，斜墙表面部分六角砖下滑。
3 主坝加固方案选择
针对该水库主坝存在的问题和鉴定结论，对主坝采用3种方案进行比较，分别为：翻新土工膜方案，上游新建防渗黏土斜墙方案，培厚上游坡+垂直防渗方案。
3.1 翻新土工膜方案
多年运行记录表明，坝体两端坝肩频繁发生渗流管涌破坏，两坝肩是整个主坝防渗体系最薄弱部位。采用翻修土工膜的方案对主坝进行防渗加固，首先要解决两坝端混凝土截水齿墙未达相对不透水层的问题，同时土工膜不宜往库内及两端岸坡延伸，因为两端岸坡较陡(局部达到1:1.3)，延伸的土工膜及其覆盖层很难保持稳定。要将两端混凝土截水墙延伸到相对不透水层，加固采用现浇混凝土护壁、人工挖孔桩(直径1.2m)、现浇桩孔混凝土形成连续防渗墙的方式进行(两端岸坡较陡，不宜采用机械钻孔)，主坝上游两端桩孔连续防渗墙与廊道外新浇筑的混凝土齿墙连成一体，并统一对桩孔及齿墙底部基岩进行帷幕灌浆。考虑到两端坝头风化层较深，坝左端延长22m、右端延长35m进行高压摆喷灌浆。新铺设的土工膜底部往廊道上游新建混凝土齿墙及两岸桩孔连续防渗墙内延伸，保证了新建的土工膜和坝两端形成封闭防渗体系。上下游坝坡均为原坡比，坝体内廊道回填灌浆，坝顶防浪墙拆除重建，坝顶铺筑混凝土路面。
3.2 新建黏土斜墙方案
将主坝改为黏土斜墙坝，加固时先将上游旧沥青混凝土斜墙拆除，将上游土坡面开挖成台阶形状后，采用黏土分层碾压培厚成黏土斜墙，上游坡比为1:2.25、1:2.75、1:3.0(自上而下)。坝内廊道封堵；坝顶防浪墙拆除重建，坝顶混凝土路面铺筑；下游177.0m高程以上削坡放缓为1:2.0。黏土斜墙与两端岸坡的接触部位开挖成梯形齿槽，齿槽底部设混凝土截水墙+帷幕灌浆，以保证黏土斜墙形成封闭防渗体系。
3.3 培厚上游坡方案
拆除上游原沥青混凝土斜墙后，将上游土坡面开挖成台阶形状，然后采用全风化土料培厚上游坝坡。上游坡比为1:2.25、1:2.50、1:2.75(自上而下)。坝内廊道封堵；坝顶防浪墙拆除重建，坝顶混凝土路面铺筑；下游177.00m高程以上削坡放缓为1:2.0。
由于主坝坝体结构较特殊，外坡脚至轴线160m高程以下为水力冲填砂卵石，坝体其他部位为填筑黏土质砂，坝体黏土质砂钻孔注水试验平均值为41.45×10-5cm/s，属中等透水；坝体水力冲填砂卵石层钻孔注水试验平均值为1.21×10-2cm/s，属强透水。因此防渗方式不宜用高压喷射灌浆+帷幕灌浆的方式，只能采用混凝土防渗墙+帷幕灌浆。
3.4 加固方案的选择
各方案主要工程量、建筑工程投资及优缺点分析见表1。经综合比较，推荐培厚上游坡方案。
表1 主坝加固方案投资及优缺点比较
4 加固设计
4.1 上游坝坡培厚设计
先将上游旧沥青混凝土斜墙拆除，将上游土坡面开挖成台阶形状后，采用全风化土料分层碾压培厚，上游坡比为1:2.25、1:2.50、1:2.75(自上而下)。培厚填土下至148.80m高程，上至坝顶192.0m高程。由于主坝上游左岸岸坡比较陡，按拟定的坡比填筑左侧坝肩很难与相应的同一高程的等高线连接，为减少填土方量，同时也为了避免左岸放水隧洞进口被填土掩埋，在左侧坝肩位置开始往左岸放坡，坡比為1:2.5，坡脚设M7.5浆砌石挡土墙。为保证坡脚部位填土的质量，坡脚开挖成底宽3m、深3m的梯形齿槽。
4.2 混凝土防渗墙设计
混凝土防渗墙入岩0.5～1.0m，坝基岩层风化较强部位根据实际情况可适当加深。混凝土垂直防渗墙平行坝轴线，中心线位于新坝轴线上游4.35m，全长261.0m，最大墙深44.0m。
防渗墙厚度是根据防渗墙破坏时的渗透比降来确定，经计算，墙厚d=63cm可满足要求，但考虑坝基帷幕灌浆需在墙体内预埋管的施工要求以及施工工艺等因素，类比国内已建工程经验，混凝土防渗墙厚度取80cm。
为了加快施工进度，上游坝坡培厚和混凝土防渗墙施工同时进行。为满足防渗墙施工平台宽度要求，在原坝顶以下5.3m即186.70m高程搭设防渗墙施工平台，防渗墙轴线上游构筑临时支架，軸线下游通过开挖原坝坡得出186.70m高程平台。
4.3 帷幕灌浆设计
对混凝土防渗墙以下坝基及坝肩进行帷幕灌浆处理，根据地勘提供的资料，坝基以及两侧坝肩都分布有厚度不等的全风化、强风化岩体，裂隙较发育，左坝肩存在囊状风化，局部风化较深，因此帷幕灌浆范围为K0-015～K0+246，帷幕线总长261m，单排布孔，孔距1.5m，原河床段(长90m)帷幕深度伸至透水率为5Lu下限再往下3m，两侧坝肩帷幕深度伸至透水率为10Lu下限再往下3m。
施工时先实施防渗墙，再实施帷幕灌浆。帷幕灌浆采用在混凝土防渗墙内预埋管灌浆，帷幕孔线与坝体防渗墙轴线重合，自上而下分段灌浆，埋管内径110mm，钻孔孔径75mm，坝基帷幕为封闭式，上部与混凝土防渗墙结合1.0m，下端伸至相对不透水层以下。
4.4 上下游护坡及坝顶设计
上游坡采用现浇15cm厚混凝土护坡。护坡范围从坝脚护至坝顶192.00m高程，于155.0、161.5、168.5、174.0、180.0、186.0m高程处分别设C20混凝土防滑齿墙，齿墙宽0.6m，高1.20m。护坡分块尺寸2.0m×3.0m(水平向×顺坡向)，分缝处采用沥青杉板嵌缝，每块中央设排水孔，孔内设置φ50mmPVC排水管，排水管头部设置400g/m2土工反滤布一层。
主坝下游边坡稳定满足规范要求，加固设计对177.0m高程以上下游坝坡削坡坡比放缓到为1:2.0，并种植草皮护坡。对下游164.0～177.0m高程间干砌卵石护坡增设M10水泥砂浆勾凸缝，下游步级及马道重新采用M10水泥砂浆抹面。下游162.3～147.5m高程间外坡较陡，坡比为1:1.41，为防止干砌卵石松散、脱落，在该段外坡表面用M10水泥砂浆勾缝。
经复核计算主坝坝顶高程为192.42m，且受设计工况控制，加固设计坝顶高程维持192.00m，新建防浪墙墙顶高程为192.50m。新建混凝土防浪墙为“L”形结构，高1.4m，顶宽0.5m，顶高程为192.50m，底宽1m。坝顶拟铺设混凝土路面，其厚度为20cm，基层为级配碎石，厚为20cm。
5 结语
在本病险水库主坝防渗加固当中，通过精心设计，确定了合理防渗加固措施，并科学、合理的安排施工进度，大坝防渗加固效果明显，渗漏险情得到了较好解决，很好的延长了水库主坝的使用寿命，确保了水库的安全运行和水库应有的防洪社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 张涛.病险水库除险加固措施浅析[J].地下水.2011年04期
[2] 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