刘红艳

(德州市陵城区禹兴水利建筑工程有限公司，山东 德州 253500)

1 引言

水库渗漏问题是制约水库各项效益的一个重要因素[1-3]。针对这类型水库采取防渗加固治理是十分必要的[4-6]。以曹家塘坝为例，对大坝防渗加固工程进行分析。

曹家塘坝，位于邹平市西董镇任家峪村附近，拦河而建，始建于1977年，流域面积1.93 km2，干流长度1.799 km。曹家塘坝工程规模为小(2)型，水库死库容为0.34×104m3，兴利库容1.29×104m3。设计洪水标准为10 a一遇，相应库容2.82×104m3；校核洪水标准为50 a一遇，相应库容3.14×104m3。经过渗流复核，曹家塘坝目前主要存在以下问题：坝体、坝基渗透系数较高，出逸比降、大坝渗漏量较大，不满足相关规范要求。

2 防渗加固方案比选

2.1 地质条件

2.1.1 库区工程地质

坝址区地处河谷地貌，河谷底部高程一般在225.0 m～242.0 m，岩性以卵石、碎石土为主。由于地形坡降较大，河流源短流急，漫滩、阶地不发育，河谷地貌主要由河床组成，河床宽约30.0 m～40.0 m，河床岩性主要由冲积洪积的卵石及下伏的碎石土组成。

2.1.2 坝基工程地质

②-1层黄土状土(Q3alp)：黄褐色、硬塑，孔隙发育，含钙质结核，白色钙质条纹，含少量砂粒、砾石。根据室内试验，该层黄土状壤土湿陷系数δs为0.008～0.070，具轻微～中等湿陷性，湿陷起始压力为4 kPa～44 kPa，其湿陷系数、湿陷起始压力随深度变化无明显规律，为非自重湿陷性黄土。作为夹层分布于②层碎石土中。

②层碎石土(Q3alp)：杂色，中密，稍湿～饱和，直径一般6.0 cm～20.0 cm，磨圆度一般，局部碎石已风化。碎石含量一般30%～50%，局部高达70%。母岩岩性以安山岩、玄武岩为主。整个坝基均有分布，层厚14.9 m～26.90 m，层底高程209.09 m～214.09 m。动力触探击数16～20击。

坝基及库岸分布地层均为②层碎石土及②-1层黄土状土，根据现场注水试验资料其渗透系数为2.55×10-4cm/s～5.88×10-4cm/s，坝后河床抽水试验其渗透系数为1.65×10-4cm/s，平均值3.48×10-4cm/s，大致平均值为5.07×10-4cm/s，具中等透水性，塘坝坝基及库岸存在一定的渗漏问题。

2.2 截渗方案分析

通过前述地质分析，塘坝库区及坝基均存在渗漏问题，需采取经济合理的截渗方案处理。坝基防渗方案分两大类：一类是垂直截渗，一类是水平防渗。

2.2.1 方案一：垂直截渗方案

垂直截渗的方法较多，主要有垂直铺膜、深层搅拌桩、混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙、振动切槽防渗板墙等。按防渗体形成原理不同，可分为防渗材料置换式和介入式。置换式是指利用防渗材料代替原状地基材料，如薄混凝土防渗墙、振动切槽防渗板墙、垂直铺塑等，一般需采取机械成槽后，再施工防渗体。介入式是指采用防渗材料对原状地基直接改良使之具备防渗功能，如高喷板墙、深层搅拌桩等。

垂直铺塑方案：适用于防渗深度一般不大于12 m，根据本工程的截渗深度及技术要求以及国内类似工程施工经验，垂直铺塑方案不适用本工程。

深层搅拌方案：深层搅拌法防渗墙属于介入式防渗技术，利用水泥做为固化剂，通过深层搅拌机械，在堤身内部将软土强制搅拌后，由水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土改性硬化成具有整体性、低渗透性和一定强度的水泥土搅拌桩，由水泥土搅拌桩多桩切割搭接形成连续密实的墙体，即水泥土搅拌桩防渗墙。

高压喷射灌浆防渗墙方案，适用范围较广，但易出现开叉、搭接不严等现象，对不同土层的施工工艺参数难以把握，施工质量可控性差，无统一的设计、施工规范可遵循，本工程不宜采用。

混凝土防渗墙方案，成墙完整连续，质量有保证，防渗效果较好，有丰富成熟的施工经验，其渗透系数小于10-7cm/s，缺点是需要优质泥浆固壁，如遇流砂需加强施工管理，工程造价较高。

振动切槽防渗板墙浇筑砂浆时无导管，是在水中浇筑砂浆，浇筑过程中与水振动混合，在地上水库围坝中应用较少。

结合本工程情况，比选方案一设计如下：

坝坡采用复合土工膜(两布一膜)，自上而下分别为：混凝土预制块护坡厚0.12 m、碎石垫层厚0.1 m、复合土工膜(200 g/m2、PE膜厚0.5 mm、200 g/m2)、中粗砂垫层厚0.1 m。

坝基采用混凝土防渗墙(墙厚0.4 m)截渗，截渗深度为坝基以下24 m，深入基岩1 m。

2.2.2 方案二：水平防渗方案

近几年，由于库底铺土工织物防渗体工艺节省投资、施工方便，已在南水北调工程及其他平原水库防渗工程中大面积应用。

复合土工膜具有强度高，延伸性能较好，变形模量大，耐酸碱、抗腐蚀，耐老化，防渗性能好等优点，但对施工技术要求较高，且山区型水库地下水位变幅较大，采用复合土工膜截渗，库区土工膜截渗体发生气胀、水胀的几率大，需采取增设膜下排水排气层、增设逆止阀等排渗措施，不推荐采用。

钠基膨润土防水毯是一种新型防渗土工合成材料，主要分为针刺法钠基膨润土防水毯、针刺覆膜法钠基膨润土防水毯和胶粘法钠基膨润土防水毯。

针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)是由两层土工布包裹的钠基膨润土颗粒形成的毯状防渗材料(图1)，主要具有以下特点。

图1 针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)构造

1)施工简便，工期短：和其他防水材料比较，施工相对比较简单，不需要加热和粘贴，只需用膨润土粉末和钉子、垫圈等进行连接和固定。施工后不需要特别的检查，如果发现防水缺陷也容易维修，施工工期是现有防水材料中最短的。

2)耐久性好：钠基膨润土是天然无机材料，即使经过很长时间或周围环境发生变化，也不会发生老化或腐蚀现象，化学稳定性及抗老化能力优于有机防水材料。

3)绿色环保：膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境没有特别的影响，具有良好的环保性能。

结合本工程情况，比选方案二设计如下：

库底采用针刺法钠基膨润土防水毯防渗，自上而下分别为：覆土厚0.4 m、4000 g/m2针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)、库底土按要求碾压。

水库边坡采用针刺法钠基膨润土防水毯防渗，自上而下分别为：混凝土预制块护坡厚0.12 m，碎石垫层厚0.1 m，4000 g/m2针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)。

坝坡采用复合土工膜(两布一膜)防渗，自上而下分别为：混凝土预制块护坡厚0.12 m、碎石垫层厚0.1 m、复合土工膜(200 g/m2、PE膜厚0.5 mm、200 g/m2)、中粗砂垫层厚0.1 m。

2.3 防渗加固方案比选

通过计算，两种防渗方案处理后水库渗漏量及投资对比见表1。

表1 不同防渗型式总渗流量计算成果对比表 单位：m3/(m·d)

经初步估算，水平防渗方案投资约133万元，垂直截渗方案投资约217万元。

经比较，水平防渗方案在防渗效果及节省投资上均优于垂直截渗方案。综合考虑工程成本及防渗效果，确定曹家塘坝采用的截渗方式为水平防渗方案。

库底采用针刺法钠基膨润土防水毯防渗，自上而下分别为：覆土厚0.4 m、4000 g/m2针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)、库底土按要求碾压。

水库边坡采用针刺法钠基膨润土防水毯防渗，自上而下分别为：混凝土预制块护坡厚0.12 m，碎石垫层厚0.1 m，4000 g/m2针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)。

坝坡采用复合土工膜(两布一膜)，自上而下分别为：混凝土预制块护坡厚0.12 m、碎石垫层厚0.1 m、复合土工膜(200 g/m2、PE膜厚0.5 mm、200 g/m2)、中粗砂垫层厚0.1 m。

3 结论

由于曹家塘坝的建设年代较早，受当时经济技术条件限制，工程建设标准低，施工质量差，存在着较多安全隐患，通过安全复核，大坝现状渗流计算结果不满足相关规范要求，亟需采取防渗加固措施。结合库区工程地质条件和邻近地区工程经验，选取水平、垂直两种截渗方案进行比选。通过对比，水平截渗方案中针刺法钠基膨润土防水毯(GCL-NP)作为一种新型防渗土工合成材料，具有投资低、施工简便、耐久性好、绿色环保等特点，作为曹家塘坝截渗方案，可为类似工程提供参考。