水库大坝渗漏原因及处理方案分析

水库大坝渗漏原因及处理方案分析
[摘要] 本文介绍某水库基本情况，对其渗漏险情及成因进行分析，最后提出了渗漏处理方法措施。

[关键词] 水库大坝渗漏治理措施
1.工程概况
本水库大坝坝顶高程为307.5 m，水库正常水位304.5 m，正常库容115.0 万m3，总库容143.0 万m3。

水库位于山区，大坝为土坝，最大坝高16.82 m。

根据《防洪标准》（GB 50201-94）规定，该工程为四等工程，小（I）型水库,其主要水工建筑物为四级，次要建筑物为五级。

2.渗漏险情及成因分析
2.1 渗漏险情
该工程1962 年 4 月开始蓄水投入运行，当年蓄水后，左坝脚出现30 m2散浸，1966 年7 月，洪水急剧上涨，坝涵出水口有明显土粒溢出，坝内坡严重变形，1975 年6月，洪水水位离坝顶 1.0 m 时，右坝脚出现约8 L/s 渗流量，在300.734 m 高程处，外坡发生沉陷，形成 6 个塌坑，最大塌坑直径2.5 m；1984 年汛期，洪水位离坝顶0.8 m，坝涵渗漏量加大为14 L/s，在坝内坡299.867 m 高程处，内坡出现沉陷，大坝出现险情；1998 年7 月，洪水上升较猛，而因库内输水隧洞阻塞，坝涵的放水卧管早已毁坏，坝涵侧墙断裂，在坝内坡298.00m 高程处出现漩涡水，当时采用抛石、棉被临时堵塞，坝外坡冲淘变形较大，其冲沟长20 m，宽1.5 m，右坝顶土料往下跨塌，严重危及大坝安全。

2.2 病险成因分析该大坝为均质土坝。

因周边均为白垩系下统洞下场组（K1d）紫红色泥质粉砂岩、粉砂岩，粉砂质泥岩及细砂岩风化而成的泥质红砂壤土，没有粘土，泥质红砂壤土土料质量差，而大坝填筑土料基本上均是红砂壤土。

根据原施工记载，当时上大坝群众每天约300 多人，是“大兵团”作战，质量难保证。

土层填筑厚度达1 m 多厚，每次夯压次数，土料填筑层，都未按设计要求操作，少压、漏夯严重。

又因大坝在1977 年10 月加高 4.5m 时，未作接缝处理，从而造成大坝土质不均匀，加高所用的土料基本上杂乱土石，土料杂物多，孔隙率较大。

土料填筑堆放坡比未达设计要求。

土料直接从坝址附近就地取材，土料均为基岩风化而成，母岩因风化大部分含砂量较高，粘粒较少，所以防渗效果较差。

根据ZK1 和ZK2 的钻探情况看，开孔之后就不返水，可见其透水性很大，加之填土土料的不均一及夯压不实，现场检查发现，孔深（0～12）m 坝体渗漏系数最大 2.07×10-3cm/s，最小值为1.53×10-3cm/s，孔深（12～16）m 渗漏系数为1.63×10-3cm/s，查规范该坝孔深（0～16）m 属强透水，其坝外的渗漏现象得到证实。

在大坝左坝脚散浸面积达
30m2。

在右坝脚发现集中渗漏，最大渗漏量达14 L/s，并随着水头上升，有渗漏增大现象。

说明大坝的填筑质量评价为差。

该大坝基础为白垩系下统洞下场组（K1d）中-厚层紫红色泥质粉砂岩、粉砂岩，夹粉砂质泥岩及细砂岩。

由于建坝时基础清基不到位，只将基础表层污泥、杂草清出，未清至新鲜老土，又因当时各方面因素，基础未作防渗处理，所以大坝基础从施工质量及防渗技术处理都较差。

施工清基相当困难，左岸清至 2.5m，未见完整岩石的情况下，采用三合泥填补岩石缝隙，即填筑土料，右坝端岸坡山体较缓，风化层较厚，清至 3 m深未见新鲜岩石，但为抢进度，未作任何处理，就填筑土料，1962 年蓄水投入运行后，大坝左、右端处坡出现较大浸水溢出，所以该工程的坝基及两端岸坡处理质量差。

根据勘察，寨垅水库河床宽缓呈不对称的U 型谷，左岸陡，右岸缓，谷底与两岸坝头相对高差不足30 m，河床及大坝两端岸坡均为紫红色泥质粉砂岩、粉砂岩，夹粉碎质泥岩及细砂岩，节理发育，风化后岩石成小块脱落，左端岸坡较陡，岩石风化严重，其强风化铅直深度（6～10）m，强风化水平深度（10～20）m，透水率在（53～76）Lu 之间，属中等透水，其下的弱风化带的透水率也较高，在（13.8～28.1）Lu 之间, 经观测，发现坝脚有 3 处集中渗流，最大股流达14 L/s，当库水位上升时，有渗漏增大现象。

由此可以看出坝体与坝基接触带渗漏严重。

3.大坝、坝基及坝肩渗漏处理方案
3.1 方案比较
本次设计提出三种方案。

方案一：坝体采用高压旋喷灌浆，基础采用帷幕灌浆；方案二：坝体采用冲抓回填，基础采用帷幕灌浆。

方案三：坝体采用混凝土防渗墙，基础采用帷幕灌浆。

下面对三种方案进行比较说明，方案一：高压旋喷灌浆+基础帷幕灌浆，总造价为133.08万元，优点：施工简单，施工质量易得到保证，防渗效果较好，使用寿命长。

缺点：造价较高；方案二：冲抓回填＋基础帷幕灌浆，总造价为95.15 万元，优点：造价较低。

缺点：使用寿命较短，施工期较长，施工复杂，需要专项设备。

附近无回填所需要的优质粘土；方案三：混凝土防渗墙+基础帷幕，总造价为137.86 万元，优点：防渗效果好，使用寿命长。

缺点：造价高、施工难度大，需要大型机械。

由于附近无冲抓回填所需要的优质粘土，混凝土防渗墙造价较高，施工难度大，大型机械难以进场。

从经济、技术、施工等多方面比较，综合当地处理大坝坝体渗漏问题的措施，处理大坝坝体渗漏问题的措施采用高压旋喷。

施工顺序为先进行坝体高压旋喷灌浆，再进行基础帷幕灌浆。

帷幕灌浆与高喷灌浆搭接 1 m，以保证高喷灌浆和帷幕灌浆的紧密结合。

3.2 大坝培厚整形设计
本次设计在大坝上游坡采用削坡放缓坝坡，从上至下的坡比分别为1∶2.2、
1∶2.6、1∶2.7。

表面整平后，先铺10cm 厚的粗砂，再在上面用12 cm 厚的混凝土预制块护面,并在表面设置排水孔。

下游坡进行坝面整形后，从上至下的坡比分别为1∶2.4、1∶3.0。

表面采用草皮护坡。

同时在坝体与山体结合处及下游坝脚设置排水沟，避免山体流水直接冲刷坝体。

坝顶为20 cm 厚的泥结碎石路面。

下游排水棱体高3.5 m，顶宽 2 m，底宽12.5 m，最底层为厚20 cm 的粗砂，其上是厚20 cm、粒径为（3～50）mm的碎石层，最上为堆石层。

3.3 大坝渗流稳定复核
通过对大坝除险加固处理后，重新对大坝进行渗流稳定计算。

经计算，大坝在各种工况下大坝渗流满足规范要求，上、下游坝坡稳定在各种工况下均满足规范要求。

加固后大坝横断面见图1。

图1 大坝加固横剖面图（1∶500）
4.结语
通过土石坝除险加固的设计，对土石坝有了较深的了解，同时注意到设计中需要注意的几个问题。

4.1 为了确保土石坝的安全，必须满足三项基本要求
（1）必须保证防止漫顶以及降雨、波浪和风引起的冲蚀脱坡，必须保护坝坡和坝顶。

（2）必须阻止坝体和坝基内的渗漏的逐渐冲蚀、管涌，而使之不透水。

（3）不论何种荷载及饱和条件下，所设计的土料分配及土石坝断面，都能确保稳定而不滑坡和不发生破坏。

4.2 土石坝设计的八条安全准则
（1）必须没有漫顶的危险。

（2）浸润线必须在下游坝坡面以内。

（3）上游坝坡在库水位快速下降时必须保证安全。

（4）上、下游坝坡必须具有足够的平坦坡度，以致坝体所用材料的两坝坡保持稳定，并且通过所用的计算方法，获得一个合适的安全系数。

（5）上、下游坝坡必须具有足够的平坦坡度，以致坝基中的剪应力小于坝基材料的抗剪强度，保证有适宜的安全系数。

（6）水从上游坝面到下游坝面没有自由通道。

（7）通过坝体和坝基的水，到达流出面时必须具有很小的压力和速度，以致坝体材料与坝基材料不能有所移动。

（8）上游坝面对风浪作用必须有适宜的保护措施，下游坝面对降雨作用必须有保护措施。

土石坝如果不能满足三项基本要求和八条安全准则，则易产生病害和事故。