张鹤云

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

壶流河水库下游坝坡渗水处理措施

张鹤云

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

对坝体下游坝坡渗水原因进行了分析，比较了振动沉模、劈裂灌浆和深层搅拌连续墙等防渗加固方案，确定采用振动沉模、防渗墙进行防渗处理，阐述了振动沉模防渗墙的设计要点。

振动沉模；防渗墙；劈裂灌浆；深层搅拌连续墙

1 工程概况

壶流河水库位于河北省蔚县暖泉镇东、县城上游6km处，是海河流域永定河支流壶流河中上游的中型水利枢纽工程，总库容8700万m3，控制流域面积1749km2。水库的主要任务是以防洪为主，结合灌溉。水库枢纽由拦河坝、泄洪洞、溢洪道和南、北灌溉洞组成。

拦河坝为均质土坝，最大坝高16.7m，坝顶长2724m，坝顶宽6.0m。河床段坝基为厚5m的砂及砂砾石，坝基采用开挖截水槽防渗，设褥垫式棱体排水；河床两岸坝段坝基为粘土、壤土，下游坝基设褥垫式排水。

工程运行中下游坝坡大面积浸湿，以致于水库降低水位运行，不能正常运用。

2 加固前坝体存在问题

1980年2月12日至2月26日观测资料分析，库水位由922.29m升至922.5m，0+600断面3号测压管（距坝顶中心线以下14m）水位从914.9m升至917.2m，突然抬高了2.3m，3月7日库水位升至922.52m时，3号测压管水位升至918.25m，较2月12日水位抬升了3.35m。为探讨水位变化原因，采用准150小土钻打孔进行观测，发现其水位变化在高程918.0～920m范围之内，水位上升段明显的坝段为桩号0+400～0+700，最严重的是0+ 500～0+650坝段，坝体孔内水位与高程919m坝面基本齐平，在下游坝坡高程919m处发现有水渗出。为避免渗流造成坝体滑坡，保证大坝安全，即开启泄洪洞将库水位由922.52m降至921.5m，此后，水库控制水位921m以下运行。

3 下游坝坡渗水原因

3.1 施工质量

依据建坝施工资料分析，发现大坝填土施工质量控制存在问题。大坝施工填筑历时18个月，在填筑过程中，坝体相结合的部位有未清理松散干土，洒水不及时；坝体和两岸结合部分的结合槽坡度不够或未刨毛，边角小区碾压困难，人工夯实质量难以保证，致使部分坝段出现软夹层，回填质量达不到设计要求。

由于大坝填筑为群众性施工，上工地的民兵多，车多，施工质量控制人员相对较少，无论土料土质、含水量、铺土厚度和碾压遍数都难以控制，压实质量差，难以达到设计要求。

1972年，大坝填筑关键期间，由于时间紧、任务大，又值汛期施工，各施工单位争抢进度，大坝填土超过要求厚度的情况时有发生，碾压不实，碾压质量很难达到设计要求。7、8月份又遇两次较大降雨，雨后坝面普遍形成塑性较大的软泥（俗称弹簧土），处理效果不彻底，坝体存有软夹层隐患。

为了冬季蓄水，桩号1+400～1+900坝段，从高程916.0m至917.0m，坝宽10m为冬季施工，随铺土随冻。第2年春解冻后，检验干密度为1.42～1.55g/cm3。1973年填土时，将冻融土部分进行了开挖处理，冻土翻挖0.4m后，再分层回填碾压，但返工不彻底，坝体填筑质量和施工方法存在问题。

3.2 钻孔成果分析

为了查清坝体填筑质量，1981年12月对坝体、坝基进行了外业地质勘探。

3.2.1 左坝段

左坝段桩号0+200～1+400为一级阶地，钻孔揭露的地层岩性为：高程890～903m为下更新统（Q1）湖相沉积黑色粘土、壤土互层。一般土质较好，天然容重19.5～20.5kN/m3，凝聚力40～110kPa，摩擦角18°～20°，渗透系数10-6～10-9cm/s。高程903～913m为上更新统（Q3）冲积、洪积层，其中高程903～906m为砂砾石，局部为含粘土砾石。该层厚度稳定分布于整个河槽，渗透系数值5m/d。高程906～913m为壤土夹细砂、砾砂透统体，渗透系数值9.7m/d。高程913～915.34m为全新统（Q4）壤土，黄土状壤土，土质疏松，层厚1～3m，标贯试验一般小于4击，无侧限抗压强度小于0.05MPa，压缩系数0.012，凝聚力68kPa，内摩擦角17.6°。地下水位较高，由左岸坡流向河床。

3.2.2 中坝段

中段桩号1+400～2+080为漫滩及河槽部分，高程903.5～904m以下到高程880m，为下更新统的湖相黑色粘土类土。高程905.4～906m为上更新统的洪积、冲积的砂卵石层。再上到高程908m，为全新统的洪积、冲积砂卵石层，砂卵石层总厚度4.4～5.16m，其中砂含量50%，砾石20%，卵石30%，卵石粒径20～50mm，成分为灰岩，少量为火成岩，含有较多泥质透水性不强。在含水层上部，主河道以北，即河漫滩地带覆盖厚1m的黄色壤土，褐色含角砾，软塑，天然容重16.1～16.2kN/m3。本段主要由砂卵石层组成，地基承载力较高，该层是坝基的主要渗漏段。

3.2.3 右坝段

右段桩号2+080～2+950为一级阶地。高程904m以下为下更新统湖相沉积坚硬黑色粘土类土，贯入击数在12击以上，最大达48击，抗压强度在0.15MPa以上，压缩系数0.014～0.03，凝聚力124～147kPa，内摩擦角5（°）～11.9（°）。高程904m以上到高程907～909m，为上更新统洪积、冲积、坡积的黄色和黑色粘土和砂卵石。其间在高程903.5～906m有厚1.7m的砂卵石透水层（该层与左、中段相近），上部紧密度中等下部较紧，含泥质，渗透系数25～29m/d。含水层上部的黑色壤土及其上部的黄色粘土，抗压强度较高，再上部的坡积、洪积黄色壤土，土质不均匀，含粘土团块，结构松散。此层到地表为全新统的黄色壤土和亚砂土，土质较软，抗压强度较低，一般小于0.05Pa，压缩系数0.025～0.043，属中压缩性土，凝聚力0.034～0.044 kPa，内摩擦角11.9°～19.8°，含水量较高，有的达30.6%。桩号2+700～2+950地段属山前倾斜平原段，下更新统（Q1）湖相黑色粘土类土，层面高程在坝7号孔处为911.8m，较左岸的层位约低4m。高程922.0m为上更新统（Q3）的冲积洪积粘性土，其上覆盖为全新统的冲洪积黄土状壤土，厚度随地形不同而异。地下水位919.13m高程，由右岸流向河床。由于粘土透水性弱，产生绕坝渗漏的可能性很小。

通过地质条件分析，中段地基抗剪强度、承载力均较高，是坝基渗漏的主要坝段。左、右坝段地基持力层均为全新统（Q4）黄土状壤土，左坝段的天然含水量28.5%～30.1%，干容重为13.31～13.68 kN/m3，凝聚力11～14kPa，内摩擦角为12.6°～16.9°。右坝段地基黄土状壤土，试验指标略高于左坝段，干容重14.7～14.4 kN/m3，凝聚力14～15kPa。由于坝基有较厚的粘性土，故坝基渗漏量远比中段小，尤其两坝肩形成绕坝渗流的可能性更小。中段透水性较强，北段较弱。两坝肩基本不存在绕渗条件。

3.2.4 软土层

坝体有两段夹有软土层带，分别位于桩号0+300～1+280和1+770～2+210之间。其中桩号1+775坝段附近有3个软土层带。重点检查的桩号0+453～0+650坝体（即测压管水位突变段）有3个软土层带，软土层带含水量为17%～21%，土质松软。

综合施工资料及坝体钻探资料分析，确定坝体下游坝坡渗水原因为坝体存在软弱夹层带，需采取坝体防渗加固措施解决下游坝坡渗水问题。

4 防渗方案选择

4.1 振动沉模防渗墙

优点是技术先进，工效高，工艺简单；质量控制直观、方便，能形成一道连续的厚度比较均匀的防渗墙，墙比较薄，没有接缝，成墙质量好；设备性能稳定，机械化程度高，便于控制；墙体固结时间短，施工速度快，20min可完成宽66cm、深17m的墙体沉模灌注工序；防渗墙单价约150元/m2，防渗墙总投资为310万元。缺点是施工机械设备繁杂笨重，设备造价在170万～180万元/套；对于土坝裂缝需用灌浆另行处理，抗震性能较差。

4.2 劈裂灌浆

优点是机械设备简单、轻便、灵活，可使坝体整体性加强，对稳定有利；技术比较可靠，可以较好地解决坝体渗漏问题；可以用单一技术解决坝体渗漏和裂缝问题；造价低，灌浆总投资为275.9万元；抗震性能较好。缺点是形成的防渗墙不均匀，墙体固结时间较长、施工速度慢，需要两道劈裂灌浆。

4.3 深层搅拌连续墙

优点是技术先进，工效高，工艺简单，设备造价在30万～40万元/套；能形成连续的防渗墙；地层适应性较振动沉模强；设备性能稳定，机械化程度高，便于操作。防渗墙单价为120～170元/m2，防渗墙总投资为310.6万元。缺点是不适于存在较硬的土层，易产生断齿、断杆等机械损坏，最大深度不宜超过15m；桩墙强度较低，渗透系数相对较大；连接处易开叉，下部不连续；对于土坝裂缝需用灌浆另行处理。

综上所述，振动沉模防渗墙技术具有工效高、成墙质量好、投资较低等优势，故选定为推荐方案。

5 振动沉模防渗板墙设计

5.1 板墙长度及深度的确定

坝体在0+595、0+625、1+775、2+223断面存在成带、成片的软夹层，因此对桩号0+290～1+290、1+760～2+260共计1500m范围内布置振动沉模防渗墙。平面位置布设在坝顶中心线上。

结合拦河坝坝顶56条较大裂缝，采取挖除回填处理方案，板墙顶高程确定为924.0m。

成片、成带的软夹层分布在高程918m附近，板墙底高程低于软土层2～3m，板墙底高程的确定为915.0m。

5.2 板墙厚度的确定

计算墙厚0.10m，设计墙厚取0.12m。

5.3 设计参数

振锤激振力570kN，振动频率1050次/min，模板宽度0.7m，厚度0.12m，长度10m，提升速度1～2m/min。浆液配比中水：水泥：粉煤灰：砂为1∶1∶0.9∶2，比重2.03g/cm3，抗压强度2～4 MPa。

5.4 技术控制指标

振动沉模板墙最小墙厚不小于12cm，且必须满足下列要求（保证率95%）：

（1）抗压强度不小于3.0MPa；

（2）弹性模量不大于1×103MPa；

（3）墙体渗透系数K≤1.0×10-7cm/s；

（4）破坏比降J＞500（28d）。

5.5 实施效果

工程实施后，已多次向北京输水，至今水库运行正常。

6 结语

（1）振动沉模成墙技术是一项堤坝防渗新技术，具有工效高、成墙质量好、投资较低等优势。对一般细颗粒地层条件，当建造板墙深度小于20m、厚度小于30cm的防渗墙时，宜优选振动沉模成墙技术。

（2）通过施工开挖基坑检查、钻孔检查以及建成8年多来的工程运行检查，证明振动沉模成墙技术质量可靠。

（3）壶流河水库振动沉模防渗墙技术在河北省内尚属首次应用，为水库防渗加固措施提供了新思路和工程实践。

［1］白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水出版社，2001.

［2］白永年，吴士宁，王洪恩等.土石坝加固[M].北京：水利水电出版社，1992.

［3］白永年，刘宪奎.土坝坝体和堤防灌浆[M].北京：水利电力出版社，1985.

［4］孙钊，夏可风.堤防及病险水库垂直防渗技术论文集[M].天津：天津科学技术出版社，2000.

［5］水利电力部第五工程局，水利电力部东北勘测设计院.土坝设计（上、下）[M].北京：水利电力出版社，1978.

［6］顾慰慈.土石（堤）坝的设计与计算[M].北京：中国建材工业出版社，2006.

［7］刘杰.土石坝渗流控制理论基础及工程经验教训[M].中国水利水电出版社，2006.

［8］王柏乐.中国当代土石坝工程[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

［9］郭庆国，蔡长治.土石坝建设实用技术研究及应用[M].郑州：黄河水利出版社，2004.

［10］水利水电土石坝工程信息网，中国水电顾问集团华东勘测设计研究院.土石坝技术（2005年论文集）[M].北京：中国电力出版社.2006.

［11］林昭.碾压式土石坝设计[M].郑州：黄河水利出版社，2003.

［12］汝乃华，牛运光.大坝事故与安全（土石坝）[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

Key Points of the Downstream Slope Water Seepage Treatment Design of Huliu River Reservoir

ZHANG He-yun
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，TianJin 300250，China）

s：The article analyses the reasons of downstream slope water seepage，and contrasting the schemes of seepage preventions of vibrating sink mold，the split grouting and the deep mixing continuous wall，bringing up the key points of vibration to sink mold impermeable wall design.

vibrating mold；cutoff wall；split grouting；deep mixing continuous wall

TV223.4

A

1672-9900（2012）02-0088-03

2012-01-31

张鹤云（1971-），女（汉族），河北乐亭人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计，（Tel）13602177802。