水库坝基防渗技术与稳定性分析.pdf

67云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-07-10 作者简介：马谦群（1987-），男，陕西榆林人，工程师，主要从事施工监理等工作。水库坝基防渗技术与稳定性分析马谦群（深圳市深水兆业工程顾问有限公司，广东深圳518000）摘要：在新建或扩建水库工程时，为确保水库质量满足要求，使其能够正常运行，坝基防渗的研究意义重大。以深圳市清林径水库坝基防渗工程为背景，针对目前面对的工程现状和工程地质条件，提出了坝基防渗设计方案和施工质量控制要点，采用的帷幕灌浆结合混凝土墙在水库坝基防渗应用效果好，确保新建水库防渗性能满足生产生活的需要，增加深圳市储备应急库容，提高深圳市供水安全保障的需要。关键词：水库坝基；防渗技术；帷幕灌浆；稳定性分析中国分类号：TV223.4 文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)03-0067-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.018Seepage Prevention Technology and Stability Analysis of Reservoir Dam FoundationMA Qianqun(Shenzhen Shenshui Zhaoye Engineering Consulting Co.,Ltd,Shenzhen 518000,China)Abstract：In the construction or expansion of reservoir projects,the research on dam foundation anti-seepage is of great significance to ensure that the reservoir quality meets the requirements and can operate normally.Based on the anti-seepage project of the Qinglinjing Reservoir dam foundation in Shenzhen,this paper proposes a dam foundation anti-seepage design scheme and construction quality control points in response to the current engineering situation and geological conditions.The combination of curtain grouting and concrete walls has good anti-seepage application effects on the reservoir dam foundation,ensuring that the anti-seepage performance of the newly built reservoir meets the needs of production and life,increasing the emergency storage capacity of Shenzhen,and improving the needs of water supply safety guarantee in Shenzhen.Keywords：reservoir dam foundation;seepage prevention technology;curtain grouting;stability analysis0引言不均匀沉降、渗漏等是水利工程最为常见的几种问题，大坝的安全稳定和建设项目运行效益与坝基的施工质量关系密切，处理得当的坝基是确保大坝稳定的前提1。因此在建设水利工程时坝基的防渗性能和抗滑稳定性等是需要重点考虑的2-3。为了科学有效的利用并控制坝基渗漏问题，我国在工程实践中不断摸索，通过大量工程案例的经验和大量技术人员的分析和研究，逐渐形成了 1 套成熟的施工工艺4。当前主流的施工工艺是帷幕灌浆，其是目前坝基防渗的主要手段，其本质原理是将一定比例浆液固结、胶凝后提高坝基整体承载强度，形成 1 道帷幕防渗墙，进而达到防渗目的5。为增加深圳市储备应急库容，完善龙岗区及深圳市供水调蓄系统，提高深圳市供水安全保障的需要6。以深圳市清林径水库坝基防渗工程为背景，针对目前面对的工程现状和工程地质条件，提出了坝基防渗设计方案和施工质量控制措施，确保新建水库防渗性能满足生产生活的需要，增加储备应急库容，提高供水安68云南水力发电2024 年第 3 期全保障的需要。1工程概况1.1工程现状清林径水库位于深圳市龙岗区龙城街道境内，由于深圳市主要依赖于东江外调水水源，水源系统较为单一，一旦东江流域遭遇特枯年或连续枯水年，或出现类似松花江和北江水污染事件的供水危机，将会造成巨大的经济损失和社会影响。为提高总体供水保证率，增加对东江流域特枯年份和连续枯水年的抗御能力，深圳市必须兴建必要的储备水库，或在水库兴利库容中满足正常供水需要的调节库容前提下保留一定的储备库容，满足特枯年或连续枯水年境外水源工程长时间不能引水、境外水源受到污染或其它突发应急情况下的用水需求。1.2工程地质条件该工程流域属东江流域，属亚热带季风区，夏季长，气候温和，雨量丰沛，产流量大，湿度高，日照时间长，蒸发量大，且台风频繁。库区属深圳市北部低丘盆地区清林径低丘陵地貌小区，库区内地层岩性主要包括冲洪积层、残坡积层和风化基岩根据库区地质条件分析，水库蓄水后不会产生有规模的散渗、沿断裂带渗漏，不存在岩溶渗漏问题，仅少数地段可能存在单薄分水岭和裂隙密集带的渗漏问题，水库防渗条件较好。库区淹没线上下地形较平缓，植被发育，水库扩建后不会产生规模较大的库岸稳定问题，水土流失轻微，不易造成泥砂淤积，发生浸没和出现破坏性诱发地震的可能性小。2坝基防渗技术措施2.1方案设计1 号、2 号坝坝高较大，较其它大坝重要程度更高，对坝基防渗标准取 3 Lu。防渗墙采用 C20 混凝土，厚 0.6 m，抗渗标号 W8，墙顶作成光滑的楔形，上端伸入心墙的长度约 1/10，为 1 4.5 m，在墙顶部和两端用高粘土与心墙连接。帷幕灌浆设计标准为灌浆后基岩透水率不大于 3 Lu，灌浆材料根据灌浆试验采用普通硅酸盐水泥或超细水泥。导墙采用钢筋混凝土结构，导墙高度 1.5 m，其顶部高出地面 20 cm，导墙宽度为 1 200 mm，墙厚 300 mm，导墙两侧间距为 650 mm。1 号坝左坝肩帷幕灌浆伸入岸坡长 50 m，右坝肩帷幕灌浆伸入岸坡长 10 m。2 号坝左坝肩帷幕灌浆伸入岸坡长 40 m，右坝肩帷幕灌浆伸入岸坡长 70 m。2.2施工控制措施2.2.1水下混凝土浇筑防渗墙混凝土采用泥浆下直升导管法浇筑，自下而上置换孔内泥浆，在浆柱压力的作用下自行密实，不用振捣。单个槽孔的浇筑必须是连续进行，并在较短时间内完成。由于浇筑过程不能直观了解，质量问题不易及时发现，所以必须加强管理，严格按照工艺要求操作。导管的连接和密封必须可靠。在每套导管的顶部和底节管以上设置数节长度为 0.3 1 m 的短管。导管底口距槽底应控制在 30 50 cm 范围内；导管内置入可浮起的隔离塞球。开浇时，应先注入水泥砂浆，随即浇入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底口；每隔 30 min 测量 1 次槽孔内混凝土面深度，至少每隔 2 h 测量 1 次导管内混凝土面深度，并有专人及时填绘混凝土浇筑指示图，以便核对浇筑方量；一期槽孔两端的导管距孔端应小于 1.5 m，二期槽孔两端的导管距孔端应小于1 m，导管间距不大于 3.5 m，当孔底高差大于 25 cm 时，导管中心应置放在该导管控制范围内的最低处。一期防渗墙施工完成后，采用钻孔取芯和其它无损检测方法，检查墙体的均匀性、可能存在的缺陷和墙段接缝。2.2.2混凝土防渗墙施工质量管控要点 1）墙段连接。墙段连接是防渗墙施工过程中的重点，该部位对施工工艺要求高，如若出现连接不密实、存在裂缝，极有可能造成防渗墙出现渗漏甚至失效，因墙段连接的施工质量直接影响防渗墙整体的防渗效果和质量。为确保墙段连接质量满足设计和规范要求，该项目根据项目实际情况选择接头管法。利用机械为主、人工为辅方式开挖成槽，在沟槽两侧插入接头管。接头管各部位强度必须能够承受最大的起拔力，因此插入深度与墙69马谦群水库坝基防渗技术与稳定性分析厚一致。防渗墙最大墙高度为 45.64 m，一般在20 m 左右。插入之前做好标志标识，管底安装活门，完成之后核查插入深度，当出现无法固定或者深度不够情况时，可轻锤接头管，确保接头管完全插入沟槽底部7。拔管过程中严格落实施工方案拔管成孔，科学合理控制脱管时间，避免出现孔壁坍塌、混凝土不密实等情况，影响施工质量或者造成安全事故。严控混凝土配合比和坍落度，混凝土防渗墙在造孔挖槽和清孔换浆时，必须依靠泥浆将钻渣带出孔外。不同地基条件下孔壁坍塌的可能性与需要的泥浆粘度见表 1。确保泥浆注满管内，防止孔口坍塌或者孔口处注浆不密实。表 1泥浆稠度表土质地下水位低（埋深 5 m）地下水位高（埋深 5 m）密实松软或漏失密实松软或漏失黏土无略有无略有粉土无有无有细砂略有有略有略大中粗砂略有略大略有大砂砾石略有大有大砂卵石有大略大很大漂卵石有很大大很大2）地面部分。混凝土防渗墙施工共分造槽建强的地下部分、人工凿除防渗墙顶部区域和伸入坝体内的部分墙体三期防渗墙施工部分。一期混凝土防渗墙施工需做好与帷幕灌浆施工的衔接工作，在帷幕灌浆施工验收施工完成后方能开始二、三期混凝土防渗墙施工。2.2.3帷幕灌浆施工质量控制措施1）施工过程管控。帷幕灌浆采用自上而下灌浆方法，即自上而下分段钻孔、分段安装灌浆塞进行灌浆。在灌浆时各灌浆段灌浆塞分别安装在其上部已灌灌浆段底部，每一灌浆段长度通常为 5 m。灌浆塞在钻孔中预定的位置上，有时因钻孔工艺或地质条件的原因，可能达不到封闭严密的要求，此时灌浆塞可适当上移，但不能下移。灌浆过程可采用低压、嵌缝等适宜措施去避免漏浆等问题，做到一泵一孔同时进行灌浆。如若不然，需要待灌浆孔灌浆结束后，解封串浆口，并进行清孔处理，而后继续钻进或灌浆。灌浆连续进行，按照实际情况适当逐级添加浓浆或停止吸浆等补救措施后方能继续灌注。2）质量检查。帷幕灌浆工程质量评定标准为：经检查孔压水试验检查，混凝土与基岩接触段及其下一段透水率的合格率为 100%，其余各段的合格率不小于 90%8。坝基岩体灌浆工程必须做好施工过程的质量检查，并进行综合评定。帷幕灌浆检查孔应采取岩芯，数量可为灌浆孔总数的 10%左右，重点在以下位置部署：帷幕中心线上；地质条件复杂部位；注入量大的孔段附近；经分析资料认为可能对帷幕质量有影响的部位。3稳定性分析3.1渗流稳定分析大坝渗流计算采用理正系列软件的“渗流分析软件”中的有限元分析法计算。渗流稳定计算成果见表 2。表 2渗流稳定计算成果表坝号土层类型计算比降 J允许比降 J允许破坏类型1 号坝强风化料0.120.55流土心墙料0.210.45流土残坡积土0.050.6流土砂反滤料0.040.18管涌2 号坝粘性土料0.30.45流土强风化料0.200.55流土砂反滤料0.060.18管涌粉细砂0.040.12管涌由表 1 可见，各土体实际渗透比降值均小于允许的渗透比降值，坝体、心墙、坝基均不会发生渗透破坏，可有效降低大坝渗漏量。3.2抗滑稳定性计算分析按照水工建筑物抗震设计规范，坝坡抗滑稳定计算采用理正系列软件的“土石坝边坡稳定分析软件”计算，采用计及条块间作用力的毕肖普法，程序自动搜索最不利圆心及半径，求得最小安全系数。经对各工况运用条件进行稳定计算，大坝边坡均满足稳定要求9。（下转第 81 页）81成斌托帕水库大坝沥青混凝土心墙设计及渗流特性分析表 4稳定渗流期计算结果表工况坝体与坝基单宽渗流量/（m3/s/m）坝坡出逸段比降坝下游基础表面出逸比降下游坝坡逸出点高程/m允许比降正常蓄水位6.77710-5 0.016 20.069 12 337.2170.1设计水位6.77810-50.016 30.069 32 337.231校核水位7.00910-50.018 50.081 12 338.812表 5非稳定渗流期计算结果表（校核洪水位快速放空）下降时间/h库水位/m 坝坡出逸段比降坝下游基础表面出逸比降允许比降02 396.10.018 50.081 10.17.832 388.50.015 50.069 710.162 381.30.0120.056 320.322 360.350.007 80.040 1562 343.20.003 60.024 2表 6非稳定渗流期计算结果表（校核洪水位降落至死水位）下降时间/h库水位/m 坝坡出逸段比降坝下游基础表面出逸比降允许比降02 396.10.018 50.081 10.17.832 388.50.015 50.069 710.162 381.30.0120.056 316.562 3730.010 30.049 9由表 4 表 6 可知，在计算各个工况下，基座下游和坝体出逸点以及基础渗透比降都低于砂砾石允许的渗透比降，正常运行工况最大渗流量为 6.77710-5 m3/s/m，按坝体最大宽度 431.4 m 估算大坝最大渗流量为 29.24 L/s。计算结果表明正常蓄水位工况、设计水位工况、校核水位工况、水位骤降工况下，坝体和坝基的出逸点渗透比降都低于砂砾石的允许渗透比降 0.1，坝体和基础不会发生渗透，满足规范要求。4结束语通过沥青混凝土心墙的型式、布置型式、断面尺寸以及沥青混凝土心墙与防浪墙和基岩衔接方面对新疆托帕水库大坝防渗体进行设计，并计算分析了坝体最大设计断面下不同工况的渗流情况。渗流分析结果表明：在不同工况下，坝体和坝基均不会发生渗透，沥青混凝土心墙防渗体设计满足规范要求。参考文献：1 谭毅源，李应科.沥青混凝土心墙坝设计综述 J.云南水力发电，2015，31（3）：32-34.2 邹长根，华召，谢严君，等.防渗层水工沥青混凝土低温柔性影响因素分析J.水电能源科学，2021，39（11）：150-153.3 何锡凯，李娅，吴云凤.玉滩水库扩建工程主坝沥青混凝土心墙施工及质量控制J.水利水电工程设计，2013，（1）：51-53.4 鞠连义，赵颖华，刘清利.尼尔基沥青混凝土心墙砂砾石主坝设计J.水力发电，2005，（11）：28-32.5 张庆春.库什塔依水电站冬季施工的碾压式土石坝沥青混凝土心墙配合比试验研究J.水利与建筑工程学报，2014，12（4）：137-138.6 余胜祥，熊焰，陈超敏.三峡工程茅坪溪土石坝防渗设计J.人民长江，2001，32（10）：32-33.7 涂江华.单反弧接头在冶勒水电站防渗墙中的首次应用J.四川水力发电，2003，（4）：21-22.8 SL 501-2010 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范S.（上接第 69 页）4结束语以深圳市清林径水库坝基防渗工程项目的实施不仅能缓解深圳市供水系统水库调蓄能力不足，还能在特枯年份和在境外水源受到污染时，向市区各水厂供水，提高了深圳市供水保障程度，对深圳市的经济发展起到相当重要的作用。因此在兴建或扩建水库工程时，为确保水库质量满足要求，使其能够正常运行，坝基防渗的研究意义重大，该项目采用的帷幕灌浆结合混凝土墙在水库坝基防渗应用效果好。参考文献：1 李海荣.探究水利工程施工中帷幕灌浆技术应用 J.建筑与预算，2022，（8）：68-70.2 李颖.浅谈混凝土防渗墙+帷幕灌浆处理工程措施在勐卯水库除险加固中的应用J.中国住宅设施，2023，（3）：100-102.3 李树森.新工艺帷幕灌浆的施工管理要点分析J.水利规划与设计，2017，（5）：143-145.4 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