维普资讯 http://www.cqvip.com 设计与施工 水利规划与设计 ２００７年第３期 白浪河水库大坝防渗方案选择 田 间 季 安 张兴珏 苏丽娟 牟燕妮 （山东省水利勘测设计院 济南２５００１３） 【摘 要】 为适应工程需要，近年来土石坝防渗技术发展较快，技术与工艺日益成熟。白浪河水库经多年运用 检验，大坝存在较为严重的渗漏和渗透稳定问题，根据工程实际进行分析论证后，有针对性地选择大坝防渗方 案．采用多种防渗技术组合，完成大坝防渗设计。 【关键词】 渗漏防渗技术防渗方案选择 【中图分类号】ＴＶ２２３．４ ２ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １６７２—２４６９（２００７）０３—００５７—０４ ｌ 工程概况 白浪河水库位于潍坊市城区以南９ｋｍ，白浪河 中游。水库枢纽由大坝、溢洪道和放水洞等工程组 利库容４０７０万ｍ ，是一座以防洪、灌溉为主，兼 顾城市及工业供水和多种经营的大（２）型水库。 水库大坝全长６６８０ｍ，坝顶宽６．０ｍ，由主坝和东、 西副坝组成。 成，控制流域面积３５３ｋｍ ，总库容１．４５亿ｍ ，兴 水库大坝先后经过四次较大的施工： 滤 图１大坝历次施工示意图 第一次：１９５８年５月至７月，修建张友家小 水库，坝顶高程５３．０ｍ，坝长６００ｍ，最大坝高 ８．６ｍ。粘土心墙砂壳坝，主河槽段挖齿槽截渗。 第二次：于１９５９年１１月至１９６０年６月进行了扩 建，使坝顶高程达到６１．５ｍ，主坝长５５０ｍ，粘土心墙 砂壳坝，利用原小坝作为迎水坡，设计大坝心墙与小 坝心墙搭接。东、西副坝长５７３０ｍ，均质坝。 第三次：１９６３年春，大坝加高０．５ｍ，坝顶高 程达到６２．０ｍ。 第四次：１９７６年２月至８月大坝保安全加固 作者简介：田间（１９６８年一），男，高级工程师。 ・５７・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 设计与施工 水利规划与设计 ２００７年第３期 渗工程，主坝加高３．０ｍ，东、西副坝加高２．５５ｍ， 达到目前规模。 泥浆喷入土体并搅拌形成小直径水泥土桩，多桩相 割搭接形成水泥土防渗薄墙，成墙深度可达２０ｍ， ２大坝现状防渗存在的主要问题 结合水库运行、观测、检查陆续发现的问题和 采取的工程措施，利用数学模型预测未来高水位的 成墙厚度可根据钻头直径确定，桩间相割处一般厚 度１５０ｍｍ～３００ｍｍ，渗透系数小于Ａ Ｘ １０～ｃｍ／ｓ。 适用于粘土、砂土、粉质粘土、含少量砾径不大于 ０．０５ｍ砂砾层、素填土，以及不开槽、不需护壁土 层中有土体架空或洞穴时也可施工。 流趋势，采用有限元ＵＮＳＳＴ２辅助性二维渗流计算 程序对大坝渗流进行计算分析。确定水库大坝存在 它具有如下优点：①充分利用天然土体，仅使 的问题主要有： ①坝基水平渗透坡降在正常蓄水位下大于容许 坡降，在未来高水位条件下，坝基将发生水平渗透 破坏；东、西副坝坝基土层透水性上弱下强，坝后 有较高的承压水头，出逸坡降较大，坝后因浸没影 响产生沼泽化，影响大坝安全。 ②坝体渗流出逸处渗透稳定不满足要求。一旦 抬高运行水位，坝体渗流状态将进一步恶化，尤其 是东、西副坝坝段下游排水不畅，将危及大坝渗透 稳定性。 ③大坝渗漏严重，库水位超过５５．００ｍ后，多 个坝段出现坝后渗水现象，并形成渗水明流，渗流 量在０．１５ｍ ／ｓ～０．２ｍ ／ｓ左右。近十几年以来，水 库最高蓄水位在５６．００ｍ以下，一旦抬高运行水 位，坝体渗流状态将进一步恶化，危及大坝稳定。 山东省水利厅２００２年对潍坊市白浪河水库大 坝进行安全鉴定，认为水库大坝属三类坝，并通过 水利部大坝安全管理中心核查。 ３土石坝防渗技术概述 ３．１土工膜防渗技术 土工薄膜是由高分子聚合物制成的透水性甚小 的防渗材料，主要用于水库围坝坝基防渗和坝体防 渗。施工方便迅速，有良好的隔水性、弹性和适应 变形的能力，能承受一定的水头压力，有良好的耐 老化能力。复合膜在工程中应用更普遍，它由针刺 土工布与土工膜复合而成，可排出膜后渗水及孑Ｌ隙 水，防止膜被水和气顶起而失稳，并加速膜下的软 土排水固结，同时又改善了单一土工膜的工程性 能，提高了其抗拉、顶破和穿刺强度及摩擦系数， 还可避免或减少在运输、铺设过程中机械损伤防渗 主膜。 ３．２多头小直径深层搅拌截渗技术 １９９８年多头小直径深层搅拌桩机问世，在垦 利县永镇水库的防渗设计中，率先使用该项防渗技 术。该技术是采用多头小直径深层搅拌桩机，把水 ・５８・ 用易于选购的普通水泥与土体构成墙体；②成墙质 量可；③成墙造价低；④施工不开槽避免了混凝土 墙、垂直铺塑施工开槽引起的塌孔、与原堤坝结合 不实、铺塑搭接不好等质量问题；⑤设备较简单， 使用方便。 ３．３混凝土防渗墙技术 混凝土防渗墙施工技术在２０世纪５０年代首先 在意大利及法国应用，１９５７年由前苏联传人我国。 混凝土防渗墙是利用成槽设备在地基或坝体中成槽 孔，并用泥浆护壁以防塌孔，成孔后用混凝土置换 出孔中的泥浆，筑成墙体。该技术具有以下特点： ①适用性较广，如砂土、砂壤土、粉土以及直径小 于１０ｍｍ的卵砾石土层，都可以做连续墙；②实用 性较强，它广泛应用于水利水电、工业民用建筑、 市政建设等各个领域，混凝土连续墙深可达１００多 米；③施工条件要求低，施工噪音低、震动小，可 在较复杂条件下施工，也可昼夜施工；④技术安 全、可靠。 ３．４高压喷射灌浆 该技术１９６８年首创于日本，７０年代初引进我 国，水利系统１９８０年首先将此技术用于白浪河土 坝。该技术适用于软弱土层，对砂类土、粘性土、 黄土和淤泥等土层，效果较好。对粒径过大和含量 过多的砾卵石以及有大量纤维质的腐殖土地层，一 般应通过现场试验确定施工方法。它具有：①可灌 性好，不存在一般注浆的可灌性问题，只要高压射 流能破坏的地层均可处理；②可控性好，对块、卵 石层的较大孔隙及集中渗漏的空间，以各种射流机 理加之绕流、位移、袱裹等作用将地层颗粒或级配 料予以充填封堵，效果良好；③连接可靠，高压喷 射灌浆板墙自身及它与周边构筑物在上下、左右、 前后能实现三维空间的连接；④机动灵活，在钻孔 内的任何高度上，采用不同方向、不同喷射形式， 可按设计要求喷射成如糖葫芦、半圆台等形状的凝 结体；⑤适应地层广、深度大，还可用于软基加固 或松散体的整体固化。 维普资讯 http://www.cqvip.com 设计与施工 ３．５振动沉模防渗板墙 水利规划与设计 ２００７年第３期 现状大坝在高水位运行条件下，渗流出逸处存在渗 透稳定问题，坝体渗流流态将进一步恶化，危及坝 体渗透稳定。经多年运行观测，现有工程处理措施 不能解决大坝渗漏与渗透稳定问题。 根据工程实际，采用垂直混凝土防渗墙进行坝 振动沉模防渗板墙技术是利用强力振动原理将 空腹模板沉人土中，向空腹内注满浆液，边振动边 拔模，浆液留于槽孔中形成单块板墙，将单板连接 起来，即形成连续的防渗板墙。主要用于砂性土、 粘性土、淤泥质土及砂砾石地层建造混凝土连续防 体防渗处理。垂直混凝土防渗墙中心线布置在坝轴 线位置。根据规范规定及参考已建工程成功经验， 防渗墙厚度取０．４ｍ，防渗墙材料按坝体与坝基覆 盖层部位的不同分别设计，坝基覆盖层采用ＣＩＯ 渗墙，深度可达２０ｍ左右，厚度８～２５ｃｍ。最厚可 达３０ｃｍ。其不足之处是对卵石含量高的厚地层沉 人困难，不能沉人基岩和大块石中。它具有机理明 确、工艺简单、工程质量好、工效高、造价低等显 著优点。 ３．６粘土铺盖与截水槽 粘土铺盖是利用粘土在坝体上游地基面碾压而 成的水平防渗层，施工简单，造价低，易于群众性 施工，但须干场作业，并要求坝区附近有足够合乎 要求的土料。一般在不严格要求控制渗流量、地基 各向渗透性比较均匀、透水地基较深，且坝体质量 尚好、采用其他防渗措施不经济的情况下采用。 截水槽是在透水地基中沿坝轴线方向开挖一条 槽形断面的沟槽，槽内填粘土夯实而成，以阻止或 减少渗流通过坝基。回填的土料应选择渗透系数不 大于原坝体防渗土料的粘土，并分层填筑分层夯 实，其压实密度应不小于原坝体同类填土。截水槽 下游坡与坝基土的接触面，应符合反滤要求或设置 反滤层，以防渗透破坏；截水槽的底部必须到达不 透水层或基岩上，并深入岩基０．５～１．Ｏｍ以防结 合面集中渗漏；对均质坝和粘土斜墙坝，应注意使 坝身或斜墙与截水槽的连接可靠。 对于某一具体工程而言，根据实际多采用不同 防渗技术组合的方案，以期取得较好的经济效果。 ４水库大坝防渗方案选择 ４．１主坝０＋０００一西副坝１＋３６０ 主坝坝基岩石透水性较小，坝基覆盖层属强透 水层，渗漏的主要原因应是坝基覆盖层的强透水性 引起的。 该段主坝由张友家小坝扩建时，设计要求将小 坝坝后坡砂壳全部清除后才能回填大坝心墙，但由 于小坝心墙与砂壳界限不明确，加之施工任务紧 迫，相当大的一部分砂壳未清理就回填了大坝心 墙。由大坝历次施工示意图可以看出，特别在水位 超过５３．ＯＯｍ时，原小坝坝后砂壳成为坝体内的渗 流通道将不可避免。 坝体质量不均，渗透系数偏大，浸润线偏高， 素混凝土，防渗墙墙底嵌入基岩以下１．５ｍ，嵌人 心墙内３．Ｏｍ；防渗墙其余部分采用塑性混凝土， 以降低混凝土的变形模量，适应坝体协调变形，粘 土掺量控制在３０％以内。 ４．２东吾Ｕ坝０＋Ｏ０Ｏ一１＋３００ 该段坝基岩石风化层的节理裂隙发育，透水性 较强，且厚度较大；覆盖层底部砂夹姜石比较集 中，有透水性较强的砾石层存在；由于大坝筑坝取 土，坝前天然铺盖遭到破坏；坝后具有较高的承压 水头，下游排水不畅，加之覆盖层黄土状土垂直裂 隙较发育，极易造成地表积水及沼泽化地带。 因坝基覆盖层透水层较强，坝体质量差，渗透 系数偏大，坝体浸润线较高，且存在渗透稳定问 题，对坝体及坝基覆盖层采用垂直混凝土防渗墙进 行防渗处理；对坝基岩石透水性较强坝段，采用帷 幕灌浆进行防渗处理。 ①０＋０００—０＋７３５段，垂直混凝土防渗墙中 心线布置在坝轴线处，墙厚取０．３ｍ，墙体材料按坝 体与坝基覆盖层部位的不同分别设计，坝基覆盖层采 用ＣＩＯ素混凝土，防渗墙墙底嵌人基岩以下１．５ｍ， 嵌人心墙内３．Ｏｍ；防渗墙其余部分采用塑性混凝土。 ②０＋７３５—１＋３００段，考虑该段坝体高度较 小，将混凝土防渗墙移至上游坝脚，并在上游护坡 下铺设复合土工膜，与混凝土防渗墙连成整体。防 渗墙厚度取０．３ｍ，墙底嵌入基岩以下１．５ｍ，防渗 墙材料采用ＣＩＯ素混凝土，复合土工膜采用３００ｇ／ ｍ 一０．５ｍｍ一３００ ｍ 两布一膜。 ③东副坝０＋０００～１＋３００段坝基，采用高压 喷射灌浆防渗。０＋０００～０＋７３５坝段高压灌浆轴 线为坝轴线处；０＋７３５～１＋３００坝段高压灌浆轴 线在上游坝脚。防渗墙底部与灌浆帷幕顶部交叉衔 接，以防集中渗漏，灌浆帷幕顶高程为岩基面高 程。灌浆钻孔采用单排三序孔，灌浆孔距１．５ｍ。 ４．３西昌Ｕ坝２－Ｉ－０００—３＋３００ 该段坝基覆盖层为壤土夹姜石，姜石含量３０％ ・５９・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 设计与施工 水利规划与设计 ２００７年第３期 左右，层厚约１．４ｍ～１．６ｍ，透水性较强，是该段渗 漏的主要原因。坝前天然铺盖因取土筑坝已遭破坏。 及其覆盖层采用ＣＩＯ素？昆凝土，防渗墙墙底嵌人 基岩以下１．５ｍ，嵌人心墙内３．Ｏｍ，防渗墙其余部 分采用塑性混凝土。 坝基仅清除表层土０＿３ｍ即填筑坝体，易产生接触冲 刷；坝体浸润线偏高，存在渗透稳定问题。 大坝坝体土料杂乱，填筑质量一般，渗透系数 值偏大，坝体局部结构松散，在勘探过程中出现漏 浆现象，渗透性较强，为中等～高压缩性土，在水 位较高时，易发生坝体渗漏。 ② ＋５００～３＋３００段，该段坝体高度较小， 将防渗墙移至上游坝脚，并在上游护坡下铺设复合 土工膜，与混凝土防渗墙连成整体。防渗墙厚度取 ０．３ｍ，墙底嵌人基岩以下１．５ｍ，防渗墙材料采用 ＣＩＯ素混凝土，复合土工膜采用两布一膜。 该段曾作过灌浆防渗处理，但效果不理想。考 虑与其他坝段防渗处理措施的一致性，采用如下方 案对坝体及坝基积覆盖层进行防渗处理。 ５结论 采取上述加固措施后，按设计断面进行了核 算，和加固前相比坝体浸润线显著降低，渗流量明 显减少，大坝经处理后防渗效果比较理想。 ①２＋０００～２＋５００段，垂直混凝土防渗墙中 心线布置在坝轴线处，防渗墙厚度取０．３ｍ，坝基 （上接第１１页） 动作用。 ８、南山口一、二、三级水电站，多年来该项 于青藏铁路在此通过，将原坝高５３ｍ降为２８ｍ， 相应的装机由原设计的４×４０００ｋＷ，降为３× ２５００ｋＷ。库容由原设计２９００万ｍ ，减为２００万 ｍ’。目一直未突破径流引水式这一瓶颈，单位千瓦造价 高，致使项目无法开工建设，经多方论证，根据地 年发电量３５ｏ０ｋＷ・ｈ。 一质条件可采用修建坝抬高水头，适当引水增加水头 和延长尾水补充水头这一思路，既不浪费水头，又 线天二级电站，水库坝址位于昆仑桥下游 ４．５ｋｉｎ处，坝高３２ｍ，混凝土心墙堆石坝，库容４００ 万ｍ ，装机２×４０００ｋＷ，年发电量３７００ｋＷ・ｈ。 实现了较好的经济指标，使单位投资大幅下降，投 资回收期明显缩短。其中南山口一级电站坝址选在 ４、石门砍电站，坝址可选在位于雪水河口上 游８ｋｍ处，此处建坝条件优越，两岸均为花岗岩， 距乃吉里电站下游４．５ｋｉｎ处，坝高４２ｍ，库容４６０ 万ｍ ，混凝土心墙砂砾石坝，引水动力管道 １．６ｋｍ，发电水头４０ｍ，装机３×４０００ｋＷ，引用流 量每３２ｍ ／ｓ。年发电量６５００ｋＷ・ｈ。 落差大，坝高５０ｍ，混凝土重力坝，动力引水管 ３ｋｍ，水头１３０ｍ。利用下游电站每年向温泉水库 调水１．６亿ｍ ，可装机２×４０００ｋＷ，年发电量 ４０００万ｋＷ・ｈ。 南山口二级电站坝址选在路南山口一级下游 ４ｋｉｎ处，坝高２７ｍ，库容３００万ｍ ，混凝土心墙 砂砾石坝，引水动管道１．７ｋｉｎ，发电水头３９ｍ，装 机３ ｘ４０００ｋＷ，引用流量３２ｍ ／ｓ，年发电量６０００ 万ｋＷ・ｈ。 ５、大干沟电站，水库坝址位于雪水河口下游 １ｋｍ处，坝高４５ｍ，混凝土重力坝，水库库容９７８ 万ｍ ，动力引水渠４．５ｋｍ，引水流量３３ｍ ／ｓ。厂 方建于大干沟河床内，利用水头７０ｍ，装机容量２ ×ｌＯ０００ｋＷ，年发电量１．１７亿ｋＷ・ｈ。 ６、小干沟电站，坝址位于大干沟河口３ｋｍ处， 南山口三级电站厂房选址位于南山口二级电站 下游３．８ｋｉｎ处，根据地形地质条件可采用径流引 水式，引水管道３．８ｋｉｎ，发电水头２８ｍ，装机２× ３０００ｋＷ，引用流量３２ｍ ／ｓ，年发电量３５００ｋＷ・ｈ。 坝型为钢筋混凝土面板砂砾石坝。坝高４５ｍ，库容 １０４０万ｍ 。厂房建于小干沟大坝下游ｌｌｋｍ的格尔木 河漫滩处，动力引水管道６．８ｋｍ，发电水头１２４ｍ，装 机容量４×８０００ｋＷ，年发电量１．７５亿ｋＷ・ｈ。 ７、乃吉里电站，坝址位于格尔木河乃吉沟的 格尔木河水资源开发条件便利，主要是水量集 中，河谷束窄，水流湍急，落差大，修建中小型电 站没有搬迁和淹没损失，交通便利，地形地质条件 良好，除上述１０级梯级电站开发外，在奈金河和 花岗岩峡谷地段，混凝土拱坝，坝高４８ｍ，发电水 头３８ｍ，装机３×４０００ｋＷ，年发电量６０００万ｋＷ・ 雪水河的上游段仍有开发梯级电站的位置。它的开 发不但对格尔木河上的发电企业带来较大的经济效 益，而且对格尔木地区的抗旱防汛工作起到积极的 作用。 ｈ，该电站始建于１９７２年，１９７９年全部建成发电 为格尔木地区的工农业生产的发展起到了积极的推 ・６０・