广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司 广西南宁 530023
摘要：本文主要介绍了病险水库大坝坝体防渗加固设计方案选择的思路，结合广西大型水库土石坝除险加固设计的施工经验，进行防渗加固设计方案比选。
关键词：水库工程；防渗加固设计
1 概述
大王滩水库位于南宁市良庆区那马镇郁江支流八尺江中游，距离南宁市城区28km，是一座以灌溉为主，兼顾发电、供水、旅游等综合利用的大（2）型水库。水库坝址以上集水面积907.5km2，设计洪水标准200年一遇，校核洪水标准2000年一遇，水库总库容6.38亿m³，其中死库容1.36亿m³，有效库容1.24亿m³，调洪库容3.78亿m³；设计灌溉面积21.28万亩，有效灌溉面积6.5万亩，电站装机7台，总装机容量5100kW，其中东干电站和西干电站已不发电报废，实际水库坝后电站只有1 座，装机容量为 4000kW。水库工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。水库主要建筑物有1座主坝（最大坝高38.3m，坝顶长670m）、10座副坝、1座溢洪道、3座输水洞、1座西干渠泄洪闸，3座坝后电站（2座电站已废弃）。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2017），本次除险加固复核大王滩水库总库容为6.38亿m³，属大（2）型水库，采用设计洪水标准为200年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核；消能防冲按50年一遇洪水设计。相应的正常蓄水位为105.120m，设计洪水位为110.13m，校核洪水位为111.61m，死水位为100.72m。溢洪道消能防冲设计洪水流量为1340m³/s，设计洪水下泄流量为1741m³/s，校核洪水下泄流量为2620m³/s。发电输水隧洞发电设计流量22.14m³/s，发电额定流量20.4m³/s。西干放水隧洞设计引水流量5m³/s。水库工程等别为Ⅱ等，大坝、溢洪道、放水塔及输水隧洞等主要建筑物级别均为2级，临时性建筑物级别为5级。
大王滩水库的工程等别为Ⅱ等工程，根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL654-2014）的相关规定，按水库库容、灌溉及供水规模，综合确定本工程的合理使用年限为100年，大坝、溢洪道、放水系统的合理使用年限为100年。
2 5#副坝存在的主要问题
根据地质勘察成果及大坝现状安全复核结论，5#副坝主要存在的问题简述如下：
① 地勘试验资料显示，5#副坝填土压实度、渗透系数未达到规范要求。
② 5#副坝坝基岩体岩性为薄～中厚层状泥质粉砂岩、砂岩夹含砾砂岩，全风化岩体疏松，以中等透水性为主，存在坝基渗漏及绕坝渗漏问题。
③5#副坝坝基至今仍然存在渗漏现象。左岸山脚排水沟底板孔洞冒水，下游坝脚平台常年积水。
④ 5#副坝上游浆砌石护坡老化，浆砌块石护坡勾缝砂浆脱落严重。
⑤左坝肩坝脚纵向排水沟底板塌陷脱空。
⑥ 排水棱体均为浆砌石，不利于排水。
⑦ 5#副坝无渗流和位移观测设施。
⑧ 浸润线将从下游坡面出逸，且高水位线出逸高度较高，需增加下游反滤保护。
⑨ 现状5#副坝下游坝坡设计洪水位工况下的稳定安全系数略小于规范标准值[K]，不满足现行规范要求。
3 5#副坝防渗的必要性
根据5#副坝存在的主要问题，5#副坝坝体填土、坝基渗透系数大，透水性强，坝体填土压实度不满足规范要求，5#副坝坝基岩体岩性为薄～中厚层状泥质粉砂岩、砂岩夹含砾砂岩，全风化岩体疏松，以中等透水性为主，存在坝基渗漏及绕坝渗漏问题。因此有必要对5#副坝进行全面的防渗加固。防渗加固设计方案选择工程中常见的 “塑性混凝土防渗墙”和“高压旋喷灌浆”两种型式进行比较。
4 5#副坝防渗方案的选择
（1）方案一：塑性混凝土防渗墙
混凝土防渗墙是一种地下连续墙，具有较好的整体性与防渗性能，它是利用专门的造槽机械钻造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，防止槽壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑水下混凝土，将泥浆置换出来，筑成墙体。混凝土防渗墙广泛应用于大坝防渗加固，这种防渗加固技术具有以下特点：
①适用性广，深可达100m左右：适用于各种地质条件，如砂土、砂壤土、粉土以及直径小于10mm的卵砾石土层。
②安全、可靠；现在槽孔接头的施工技术有了很大进步，防渗墙渗透系数可达到10-7cm/s以下，允许渗透比降值达60～100。
③施工速度相对较慢
在坝体上游建造混凝土防渗墙，能形成可靠的防渗体，解决大坝的渗漏问题。由于目前大坝变形已基本完成，混凝土心墙可与原坝体有机的结合在一起而形成一个防渗整体，在大坝填筑普遍质量较差、防渗性能普遍不满足要求的情况下，采用混凝土防渗墙方案是较为可靠的措施。
5#副坝塑性混凝土防渗墙沿坝轴线下游1.5m布置，防渗墙穿过坝基覆盖层，并嵌入弱风化岩层1.0m。塑性混凝土防渗墙长120m，最大墙深27m，塑性混凝土防渗墙厚0.6m，抗渗等级W6，允许渗透坡降[J]=60～80。
（2）方案二：高压旋喷灌浆
高压喷射灌浆是利用钻机造孔，把带有喷头的灌浆管下至土层的预定位置，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，土粒从土体中剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面，其余部分与灌入的浆液混合掺搅，在土体中形成凝结体。其基本原理是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。
高压喷射灌浆分定喷、摆喷和旋喷三种，定喷适应于粉土、砂土；摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾土和卵（碎）石地层。高压喷射灌浆有如下特点：
①可灌性好，只要高压射流能破坏的地层如细砂、砂砾石等均可处理。
②连接可靠，高压喷射灌浆板自身、与周边建筑物的连接可靠。
③施工质量不容易控制，对施工队伍要求较高，而且高压喷射灌浆防渗可靠性、耐久性不如塑性混凝土防渗墙。高压喷射灌浆防渗墙渗透系数为10-5～10-7cm/s，允许渗透比降50～60。
5#副坝坝体及全风化下线以上坝基范围进行高压旋喷灌浆，高喷灌浆孔沿坝轴线方向布置，单排布置，高压旋喷灌浆轴线总长120m。高压旋喷灌浆最大孔深31m，高压喷射灌浆孔距需确保钻孔在规范允许孔斜范围内孔底灌浆能有效搭接，从而保证防渗效果，根据本工程实际情况并参考类似工程，初步选定高压旋喷灌浆孔孔距为0.7m，高压旋喷灌浆伸入相对不透水层5Lu线的深度不小于5m。
方案一和方案二的工程量及工程投资比较见表1。
表1 5#副坝防渗加固方案工程量及投资比较表
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由表1可知，方案一工程投资比方案二略少17.3万元。
（3）5#副坝防渗加固方案的确定
5#副坝填筑材料以粘性土为主，坝基上部为全风化粉砂岩，下伏弱风化粉砂岩。最大坝高15m。两种方案均适应于本工程的防渗加固。经计算，两种方案的大坝渗流及坝坡抗滑稳定均满足规范要求。
塑性混凝土防渗墙方案的优点是投资较少、技术安全可靠性高、防渗效果好，考虑到本工程大坝坝体填土压实度未满足规范要求；大坝计算最大渗透比降大于相应土层的允许比降，存在渗透破坏或排水淤堵失效的可能；大坝渗漏量较大，塑性混凝土防渗墙方案可较为彻底解决大坝存在的上述问题，其缺点是施工速度较慢，施工周期较长。
高压旋喷灌浆方案的优点是施工速度较快，施工周期较短。缺点是投资较大，当防渗墙深度较大时，由于钻孔偏斜旋喷墙下部容易开岔，施工质量不容易控制，目前尚无较好的检查旋喷墙体下部是否连续的方法，因此无论防渗可靠性或使用年限均不如混凝土防渗墙。
根据广西大型水库土石坝除险加固设计的施工经验，塑性混凝土防渗墙已得到普遍应用，如已施工完成的大型水库：百色市澄碧河水库、贵港市六陈水库、贵港市达开水库等工程，均采用了塑性混凝土防渗墙技术，技术比较成熟，可靠性高，防渗效果较好。综合分析，本阶段推荐采用方案一，即“塑性混凝土防渗墙”方案。
5 结语
结合本工程5#副坝坝高较小而坝顶坝体宽度满足规范要求的特点，针对5#副坝的防渗加固，考虑到水平防渗方案在地形上需大范围延长坝长，涉及两岸用地较大，施工实施较困难，经济上不合理，故本次除险加固的防渗加固设计采取垂直防渗方案。
根据地质资料，5#副坝坝基风化层比较厚，5#副坝和主坝、1#~2#副坝建设条件类似，参照了主坝、1#~2#副坝的防渗加固方案，本次除险加固5#副坝的防渗加固设计采用塑性混凝土防渗墙：坝体及全风化下线以上坝基范围采用塑性混凝土防渗墙防渗。
作者简介：
覃艳（1986-），女，广西融安人，广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司工程师，主要从事水利水电工程设计工作。