城头水库大坝防渗加固设计

1 工程概况

城头水库位于兰溪市境内钱塘江水系兰江支流梅溪上游，坝址位于梅江镇，距兰溪市45 km。坝址以上控制集雨面积21.75 km2（其中引水面积3.75 km2）。城头水库是1座以灌溉为主，结合防洪、发电和供水等综合利用的中型水利工程。原工程按50年一遇洪水设计，相应设计洪水位214.74 m（1 985国家高程基准，下同），可能最大洪水（24 h可能最大暴雨800 mm）校核，相应校核洪水位217.99 m。水库总库容为1 605万m3，正常蓄水位213.22 m，相应库容1 100万m3。确定本工程规模属中型，工程等别为Ⅲ等。枢纽工程主要建筑物由拦河大坝、溢洪道、发电输水隧洞、电站、双溪口拱坝及灌溉渠道等组成。

2 大坝存在的问题

2.1 大坝渗流安全存在的问题

2.1.1 拦河坝坝体填筑质量较差

大坝坝体Ⅲ2层土粘粒含量8.3%～22.1%，平均值9.8%，不满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）对心墙土料的要求；14.3%为非分散性土，85.7%为过渡型土；压实度为84.7%～97.3%，平均压实度92.0%，其中85.2%的土样压实度小于96%，不能满足现行《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求的压实度标准；根据现场注水试验，渗透系数k=4.80×10-4～8.69×10-2cm/s，室内土工试验水平渗透系数kH=1.35×10-5～3.37×10-4 cm/s，平均值1.45×10-4cm/s，其中78.6%土样kH大于1.0×10-5cm/s。不能满足现行《SL274-2001》规范对防渗体的要求，存在渗漏隐患。Ⅲ3层土粘粒含量10.5%～42.6%，平均值26.48%，基本上可以满足规范《SL251-2000》对心墙土料的要求；38.5%为非分散性土，61.5%为过渡型土；压实度为87.9%～98.9%，平均压实度94.2%，其中66.7%土样压实度小于96%，不能满足现行规范《SL274-2001》要求的压实度标准；现场注水试验，渗透系数k=6.98×10-5～8.74×10-4cm/s，室内土工试验水平渗透系数kH=2.18×10-6～4.37×10-5cm/s，垂直渗透系数 kV=1.82×10-6～1.26×10-5cm/s，其中52%的土样kH大于1.0×10-5cm/s。不能满足现行规范《SL274-2001》对防渗体的要求，存在渗漏隐患。且心墙与坝壳及排水棱体之间均未设置反滤层。

2.1.2 坝基接触部位存在渗漏隐患

大坝建坝时坝基未设置心墙齿槽，心墙与河床接触部位已清除河床覆盖层，心墙直接置于弱风化岩石上，心墙下游端浇筑有浆砌块石堰体，高1.5 m左右，为建坝前河道中设置的拦水堰。心墙与基岩接触段渗透系数k=1.44×10-4～1.01×10-3cm/s，属中等～弱透水性，存在接触渗漏问题；坝基基岩透水率一般q=0.51～1.44 Lu，属微～弱透水性。

你不想杀人流血，人家却不同意和平被抢劫。好在鸟窝大师早已料到这一节，在他的大唐变文兼杂剧《万花记》里讲得明明白白：“人少势弱则围之，人多势众则逃之。”老黄一招手，十来个山贼由门外拥进来，杀气森森逼人，八个拿锤子的围着匠作行四杰，四个举锏的包抄了京衙卫的名捕，老黄自己抽出刀，稳稳朝赤手空拳的袁安走来。

大坝两岸弱风化基岩基本出露，心墙与基岩接触段渗透系数一般k=1.99×10-4～7.64×10-3cm/s，属中等透水性，存在接触渗漏问题；坝肩基岩透水率一般q=0.61～5.95 Lu，属微～弱透水性。河床段坝基心墙接触部位已清除河床覆盖层，置于弱风化岩石上，下游端浇筑有水泥盖板，心墙与基岩接触段存在接触渗漏问题。

2.2 大坝结构存在的问题

2.2.1 拦河坝下游坝坡抗滑稳定不安全

除险加固设计的根本目的就是从根本上对工程原有的病害进行彻底治理，经综合比较，推荐方案一：坝顶垂直砼防渗墙方案，对坝体进行防渗加固处理。

2.2.2 拦河坝坝体存在不均匀沉降

根据《初步设计审查意见》中“建议根据坝基地质情况，结合应力计算分析，进一步比选混凝土防渗墙嵌岩深度，并研究确定坝基及两岸帷幕灌浆的必要性及处理范围”的意见。为确保防渗墙与坝基岩体的连接，将防渗墙的最小嵌岩深度由0.5 m改为1.0 m；防渗帷幕深度仍以q≤5 Lu来控制，但根据地质补勘成果，主要对左岸的帷幕灌浆范围进行了调整，缩小了20 m。防渗墙头墙与坝顶防浪墙连接，对部分防渗墙、两岸岸墙、砼倒挂井及坝头基础进行帷幕灌浆处理，以形成封闭的防渗系统。帷幕灌浆孔孔距2.0 m，孔底深入相对不透水层界线（q≤5 Lu）以下5 m，两岸帷幕延伸到正常蓄水位与相对隔水层线相交处。

矿区内断裂构造相当发育，其主体构造方向为北东向，主要的控岩控矿断裂为区域性的横路—大游山断裂和沿石炭系与万年群不整合接触面的滑脱构造，其特征与朱溪矿区相似。其他的北东向断裂多为层间断裂，是矿区内花岗斑岩脉和脉状矿体的主要赋存部位，倾向以北西为主，个别倾向南东，倾角变化较大，介于30°～77°，一般延长100 m左右。其他方向的断裂还有北西向和近南北向断裂，其性质为平移断裂和正断裂。

2.2.3 拦河坝护坡局部凹陷

（4）方案四：套井施工平台高程217.0 m，套井深度为30.0 m，处理的高程范围为217.0～187.0 m；187.0 m高程以下采用灌浆处理。采用灌浆处理坝体的渗漏，方案处理的可靠性较差；老涵洞附近坝基存在接触渗漏问题，且局部边坡较陡，该方案防渗处理不彻底，但投资最省，为738.9万元。

（1）方案一：垂直砼防渗墙有成墙整体性好、厚度均匀连续、质量可靠、防渗效果好、观测方便、耐久性好等优点。该防渗墙位于原粘土心墙中部，防渗墙底部位于粘土心墙截水槽内；防渗墙施工平台在坝顶，在防渗墙施工期间对水库运行影响较小；防渗墙施工较简单，运行较可靠。该方案投资为850.2万元，投资较高；

3 大坝防渗加固方案比较

针对本工程特点和水库管理运行的要求，根据大坝坝体存在的问题，拟定以下4个方案进行比较：方案一、坝顶垂直砼防渗墙方案；方案二、坝前垂直砼防渗墙与上游坡面复合土工膜防渗相结合方案；方案三、坝前垂直砼防渗墙与上游坡面钢筋砼面板防渗相结合方案；方案四、坝顶套井回填粘土防渗加固方案（见表1）。

大坝除险加固后，坝顶高程217.0 m，最大坝高39.5 m，坝顶宽8.0 m，长114.8 m。上游侧设钢筋砼防浪墙，墙顶高程218.0 m。下游侧设砼挡墙。砼防渗墙材料采用低弹模砼，其轴线位于坝轴线上游0.4 m处，原粘土心墙内。防渗墙浇筑顶高程215.5 m，要求防渗墙打穿坝体，嵌入坝基弱风化岩体内1.0 m以上，墙底高程最低为176.2 m，最大墙深38.8 m，墙厚0.8 m，渗透系数k≤1×10-7cm/s。防渗墙施工完成后，对防渗墙顶部以下0.5 m的砼全部凿除，重新浇筑C20F50砼头墙，高1.0 m，坝顶高程216.0 m。防渗墙施工平台215.5 m以上的坝顶部位回填砂砾石压实，填筑层厚度80 cm，相对密度要求大于0.75。

 

表1 拦河坝防渗加固方案综合比较表

  

施工平台高程/m土石方开挖/万m3土石方回填/万m3砼及钢筋砼/万m3钢筋制安/t砼防渗墙/万m2套井粘土回填/万m帷幕灌浆/万m可比性投资/万元优点215.50 1.04 0.45 0.34 57 0.26/0.13 850.2施工较简单，防渗效果好，安全可靠缺 点 投资较高203.60 1.62 0.71 0.37 95 0.19/0.12 880.8投资比方案三低，但比方案一高。土工膜易老化，可靠性耐久性差203.60 2.44 1.38 0.34 168 0.19/0.12 1 000.7防渗效果好，耐久性好砼面板可能产生裂缝，投资最高217.0 1.01 0.38 0.33 56/0.76 0.06 738.9投资最省，施工简单。可靠性差，老涵洞处理不彻底。

从表1可以看出：

投影2：设直线ax-y+3=0与圆(x-1)2+(y-2)2=4相交于A、B两点，若弦AB的长为则a=________．

（2）方案二：防渗墙施工平台高程为203.6 m，根据坝体施工期临时度汛要求，施工期间水库控制蓄水位最高为196.0 m，防渗墙需打穿原大坝上游含泥砾砂夹碎块石坝壳。坝壳可能含有较大的块石等，防渗墙施工时，造孔相对较难，固壁泥浆也可能会大量流失，且易产生塌孔，对大坝安全不利，防渗墙施工难度相对较大。上游坝坡采用复合土工膜防渗，本工程为Ⅲ等工程，复合土工膜存在耐久性问题，土工膜容易老化，可靠性较差。该方案投资为880.8万元，投资较省；

（3）方案三：防渗墙施工平台高程为203.6 m，根据坝体施工期临时度汛要求，施工期间水库控制蓄水位最高为196.0 m，防渗墙需打穿原大坝上游含泥砾砂夹碎块石坝壳。坝壳可能含有较大的块石等，防渗墙施工时，造孔相对较难，固壁泥浆也可能会大量流失，且易产生塌孔，对大坝安全不利，防渗墙施工难度相对较大。上游坝坡采用纤维钢筋砼面板防渗，防渗效果及耐久性均较好，但因原坝体施工质量较差，坝体填筑料平均压实度小于96%，虽经几十年的运行，坝体仍可能产生较大的沉降变形，对砼面板防止开裂不利。此方案施工工艺比较复杂，施工难度较大，且工程量大。该方案投资为1 000.7万元，投资最高；

大坝上下游护坡为块石护坡，成分为凝灰岩，表部已有风化迹象。坝坡表面不平整，局部有隆起现象。下游镇压平台等局部凹陷。

根据《浙江省兰溪市城头水库大坝安全鉴定报告》对城头水库拦河坝进行的抗滑稳定计算，计算时分析了稳定渗流期的上、下游坝坡与库水位降落期上游坝坡的抗滑稳定安全。计算表明：在各种工况下，大坝的上游坝坡均能够满足现行《SL274-2001》规范规定的抗滑稳定要求；而在设计、校核工况时，大坝的下游坝坡不能够满足现行《SL274-2001》规范规定的抗滑稳定要求。因此，大坝下游坝坡稳定存在安全隐患。

4 防渗墙设计[1-3]

4.1 大坝防渗布置

4.1.1 大坝防渗设计

田朵接过她为小宁点的那份套餐时，才想起来她忘了备注免辣。小宁受伤住在医院，医生说得忌辣，伤口才能好得快一些，可是她给忘了。这要是放在过去，她和小宁肯定免不了为此吵上一架，说不定还会把外卖给摔了。好在现在俩人都收敛了，田朵默默地拿着筷子往外夹辣椒，小宁连说没事，没那么矫情。这样的一派和谐，让田朵心生感慨，唉，如果以前她能懂得夫妻之间要互相包容和忍耐，小宁也就不会受伤住院了，两个人也不会差点闹到离婚的地步。

4.1.2 坝基防渗处理

根据2007年5月8日的实测资料，现坝顶至今的最大沉降量已达25 cm。大坝两岸岩体的开挖边坡均较陡，易引起不均匀沉降而导致坝体产生横向裂缝，而实际左坝头防浪墙现已产生3.3 cm宽的裂缝。根据钻孔ZK203揭露，该裂缝附近的开挖边坡也只有1∶0.3左右；而右坝头原溢洪道泄槽两侧的开挖边坡为1∶0.2～1∶0.25。均不满足现行规范规定的“岩石边坡不宜陡于1∶0.5”的要求，存在坝体不均匀沉降的安全隐患。

4.2 坝顶及坝坡设计

根据《初步设计审查意见》中“原则同意坝顶结构及坝坡设计。建议进一步复核坝顶及防浪墙顶高程，细化坝顶结构设计，优化坝顶护面型式”的意见。结合坝顶高程计算结果，坝顶高程仍采用217.0 m，但防浪墙顶高程降低0.2 m，为218.0 m。

上游侧在高程215.5 m以上设C25W4F50钢筋砼“L”型防浪墙，高2.5 m，墙顶高程218.0 m。下游侧设C20F50砼挡墙，高1.5 m。坝顶采用沥青砼路面，厚7 cm，下设13 cm厚三渣土稳定层及20 cm的碎石垫层，并在路面以下埋设电缆管。坝顶下游侧设栏杆和路灯，路灯间距12.0 m。大坝上游坝坡在高 程 216.0～204.62 m 之 间 为 1∶2.0，在 高 程204.62～196.62 m 之间为 1∶2.5，在高程 196.62～183.62 m之间为1∶2.75，在204.62、196.62 m处分别设2 m宽的马道；大坝下游坝坡在高程216.0～188.12 m之间均为1∶2，在高程188.12 m以下为1∶3.5，在206.62、196.62 m处分别设2 m宽的马道，在高程188.12 m处设镇压平台。

因原上、下游坝坡不均匀沉降等原因而引起坡面不平整，局部严重凹陷，且部分块石已风化。为保证坝体安全，改善坝区环境，拆除上、下游原干砌块石护坡，对坝坡进行整治。对上下游坝坡局部沉降较大的部位，采用石渣先整平压实。对于上游面，拆除196.62 m高程以上原坝面的干砌块石护坡，采用20 cm厚C25砼预制块砌筑，下设C10无砂砼垫层和碎石找平层，厚各10 cm。对于下游面，拆除原坝面的全部干砌块石护坡，采用30 cm厚干砌条石砌筑，下设15 cm厚碎石垫层。为排除坝坡雨水，在下游两岸坝坡与地面交接处外侧设C20砼排水沟，排水沟宽50㎝，深50 cm。

5 结语

实践证明，城头水库大坝采用坝顶垂直砼防渗墙方案进行防渗加固处理是可行的，从后期的坝体渗流监测发现：位于防渗墙后的测压管测值变化平稳，与库水位基本无相关性，且测值水位下降较为明显，防渗墙防渗效果显著。工程完工后，大坝渗漏现象得到有效的控制，水库大坝运行正常，达到设计预期目标。

射波刀治疗后，口服S-1治疗2～3个疗程(剂量80 mg/m2，2次/日)，每个疗程28 d，间隔14 d。后期出现远处转移后可接受介入或静脉化疗等其他治疗手段。

今后浊漳河南源流域的工业仍会高速发展，流域正在构建以煤为基础的产业链，随着洁净能源、电力、煤化工、钢铁等产业的发展，相应的水资源消耗量和废水排放量都会有大的增加。浊漳河南源本段人工湿地水质净化工程的实施，既是改善水质的需要，也是实现水污染防治和环境保护规划目标的重要举措。

参考文献

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[2]陈文芳.套井粘土回填在土坝除险加固工程中的应用[J].水利建设与管理，2011，31（10）：211.

[3]任海民，于学涛，玄 鹏.水泥土防渗墙在胜利水库加固工程中的应用[J].水利建设与管理，2016（4）：5-8.