过路碑水库防渗加固设计

薛期颖

（漳州市长泰区农田建设站，福建 漳州 363000）

过路碑水库位于长泰区坂里乡丹岩村西北，是一座以发电为主，结合灌溉、防洪、养殖等综合利用的小（Ⅱ）型水库。坝址以上流域面积48.80 km2，河道长15.80 km，平均坡降39.9‰。引水发电装机容量450 kW。工程于2004年10月建设，2005年12月建成。按30年一遇设计，200年一遇校核；
设计洪水位252.85 m，相应库容95.80万m3（相应溢洪道下泄流量436 m3/s）；
校核洪水位253.50 m，相应总库容99.70万m3（相应溢洪道下泄流量627 m3/s）；
正常蓄水位250.45 m，相应库容85.60万m3；
死水位237 m。

水库主要由大坝、溢洪道、冲砂涵及发电输水隧洞组成。大坝为浆砌石单曲拱坝，最大坝高19.80m，弧长93 m。顶宽2 m，底宽5.26 m，半中心角23°～49°，外弧半径（定长）46 m。非溢流坝段弧长39 m，坝顶高程253.85 m。溢洪道位于坝体中部，坝顶溢流。溢流坝段弧长54.00 m，为无闸开敞式曲线堰，堰顶高程250.45 m，最大下泄流量627 m3/s。冲砂孔布设在大坝坝体中部高程235.61 m处，由坝内埋钢管（内径Φ=0.7 m）及坝后闸阀组成，手动启闭控制，最大放水流量1m3/s。引水隧洞由进水口及洞体组成，进水口位于大坝上游60 m处。

过路碑水库在建成蓄水后不久即发现背水面及西侧边墩存在渗漏问题，2008年业主曾对上游迎水面进行砌石勾缝防渗，用混凝土加大两侧边墩。经几年观测，渗水问题依旧，并且有所加大。至2012年安全检查时，外观检查坝体背水面存在的渗漏面积已较大，渗流呈流线性滴落。左右边墩中下部的渗流也依然存在，其中右侧边墩下的渗流点最为严重，渗流沿河床基岩裂隙涌出，左侧边墩渗水点沿加固混凝土边墩的层间施工缝涌出，呈水平分布。

为确保大坝安全，查找渗漏原因，对坝体开展详细的调查分析工作。调查方式主要有现场测量勘探、检测、钻孔压水试验和查对施工记录等。由于大坝为浆砌石拱坝，中部为溢流段，受坝顶和堰顶宽度的限制，坝顶未进行钻探，在右岸布置1个钻探孔，左岸布置2个钻探孔，其中ZK2钻探位置位于左侧坝体，ZK1及ZK3位于边墩之上，坝体共进行压水试验3段。调查结果如下：

坝体为浆砌块石结构，块石为弱～微风化花岗岩，属坚硬岩。块石间为砂浆充填，根据ZK2钻探所取岩芯，坝体砂浆质量仍较好，但局部充填不密实。

根据现场孔内压水试验，浆砌石坝体压水试验透水率q=8.50～16.10 Lu，属于中等～弱透水性，表明浆砌石坝体局部防渗性能较差。本大坝坝体及边墩的渗漏不会影响坝体稳定。

根据建坝时的施工记录，坝基河床清基至弱风化带下部，两岸清基至弱风化带上部，岩体均较为破碎，无断层破碎带分布，主要构造为岩体的节理裂隙。坝基未设置防渗设施。

根据勘察成果和现场检查，大坝坝体块石及细骨料胶结较好，砌筑质量尚好，但局部有不饱浆现象，因此背水坡出现渗水、漏水，有氧化钙析出现象，尤其是左右边墩的中下部均存在渗水现象，其中右侧边墩最为严重，渗水点高程约248.50 m，呈水平状分布。在侧边墩渗水点高程约246.0 m，同样呈水平分布。结合现场调查到的渗漏情况判断，大坝两岸均存在绕坝渗漏，右坝肩较为严重。

大坝左右坝肩基础强风化及弱风化岩上段均为中等透水。从坝肩的钻孔渗透性分析，结合现场调查到的渗漏情况判断，大坝两岸均存在绕坝渗漏问题，右坝肩较为严重。

因溢流坝段坝基为深潭，外观无法观测有无渗漏点，根据潭口出水流量与两岸可见的渗漏点出水量相比较，结合两侧边墩的钻孔渗透性分析，推测该段坝基也有绕坝渗漏可能，防渗不满足要求。

调查结论：大坝局部坝体、坝基础整体及两岸重力墩基础不满足大坝防渗要求，应进行防渗加固处理。

原因分析：过路碑水库当初由个体企业建设，设计力量和施工管理经验相对不足。坝体渗漏是由于当时砌筑施工时，浆砌体间隙的水泥砂浆局部充填不密实导致，由于库水的含泥量较高，迎水面缝间泥灰难于清理干净，后期的水泥勾缝也因无法粘接而大量脱落；
坝肩绕坝渗漏是由于坝肩（边墩）基础强风化带及弱风化带上段节理裂隙发育造成，加上设计缺陷，未布置防渗设施所致[1～2]。

坝体防渗通常有垂直防渗、水平防渗及水平与垂直相结合防渗（刚柔相结合防渗）三大类[3]。过路碑水库大坝是一座单曲砌石拱坝，砌石拱坝无法进行垂直灌浆[4]。为此大坝防渗采用两种方案进行比较，分别为：①坝体补强灌浆结合坝基固结灌浆、帷幕灌浆；
②聚丙烯纤维混凝土防渗面板结合坝基固结灌浆、帷幕灌浆两种防渗方案。

1）方案一：坝体补强灌浆结合坝基固结灌浆、帷幕灌浆

坝体防渗：设计对坝体进行补强灌浆加固，灌浆孔按单排布置，轴线距上游面1.0 m，孔距1.5 m。

坝基防渗：设计采用帷幕灌浆结合固结灌浆处理，对坝肩全风化岩及强风化岩层进行固结灌浆处理，然后对全坝段弱风化岩层进行帷幕灌浆[5]。固结灌浆和帷幕灌浆按单排布孔，孔距1.5 m。帷幕灌浆深度至相对隔水层以下5.0 m。

2）方案二：聚丙烯纤维混凝土防渗面板结合坝基固结灌浆、帷幕灌浆

坝体防渗：本方案拟在大坝上游面设置聚丙烯纤维混凝土防渗面板，每个坝段按每块防渗面板宽度4 m分块，在沉降缝和边角处可酌情处理，面板用Φ16锚筋锚固于坝面，面板厚度50 cm。大坝下游面凿除大坝上下游面原砌石勾缝，用高压水冲洗干净后采用M10水泥砂浆重新进行深勾缝，缝深0.03～0.05 m。

坝基防渗：设计采用固结灌浆方式对两侧坝肩全风化岩层及强风化岩层进行固结灌浆，对全坝段弱风化岩层进行帷幕灌浆处理[6～7]。防渗墙轴线布置于大坝上游侧，按单排布孔，孔距1.5 m。灌浆深度至相对隔水层以下5.0 m。

坝体防渗方案比较见表1和表2。

表1 坝体防渗方案比较表

表2 防渗方案工程量及经济比较

通过表1和表2比较可知：两方案投资相差不多，方案二对坝体渗流问题只采用上堵方案，未能对坝体内部已形成的缝隙进行处理，未从根本上解决大坝渗漏问题。方案一采用补强灌浆方式对坝体进行加固，能对坝体缝隙进行充填，阻断渗漏通道，且大坝防渗连续性好，防渗效果更佳，比较易施工。方案二坝体采用聚丙烯纤维混凝土防渗面板，施工机械种类多、工艺复杂且工序多，施工难度较大。方案一仅在库水位较低时施工，施工导流简单，不需修建施工临时围堰。方案二需放空水库，修建施工临时围堰，但库区坝前流动淤泥深厚，围堰修建极难操作。

综合以上各因素考虑，本次除险加固工程推荐方案一，即坝体补强灌浆结合坝基固结灌浆、帷幕灌浆方案。

过路碑水库大坝两岸均为外接道路，施工交通不存在问题，施工用水可直接取用库水[8]，现有供电线路和自来水管已架设至坝头旧管理房，施工用电和生活用水便捷。水库离村庄较远，两侧坝肩均有空地，可用于布设施工临时设施。施工临时办公场所可设在现有旧管理房周边[9]。灌浆原材料和施工设备可布置在两岸重力墩平台上及下游空旷处。

由于本工程坝体补强灌浆需在库水位较低时施工，工程主要安排在枯水期施工，运用冲砂孔放水至低水位。过路碑水库无供水任务，工程施工对下游用水无明显影响。因此，为了不影响水库正常防汛，根据工程量和施工条件，本防渗工程应在当年10月至次年4月期间施工完成。

过路碑水库大坝经采用坝体补强灌浆结合坝基固结灌浆、帷幕灌浆的方案防渗处理后，经当年的高水位蓄水检验，原来的渗水问题全部得到解决，仅在距右侧拱肩约60m的河岸滩上发现一处出水点，后据当地老百姓证实乃是古时就有的小泉眼。防渗处理后大坝经过多年的运行，原来的渗水问题至今未再出现，防渗处理获得成功。