杨汝昆

（陕西省山阳县色河铺镇农业综合服务站，陕西 山阳 726400）

0 前言

凌塘水库位于江苏省镇江市丹徒区中心河上游的上党镇境内，是镇江市丹徒区最大的水库，属太湖湖西水系，积水面积25.5 km2，总库容1492万m3，始建于1958年，是一座以防洪灌溉为主、兼顾生产养殖的中型水库。水库枢纽工程为Ⅲ等工程，大坝为均质土坝。

该水库始建于上世纪50年代，经多次加高达现有规模。经过近50年运行，水库已出现一系列安全隐患，危及工程安全。凌塘水库距镇江市丹徒区(丹徒新城)仅5 km，若水库溃坝将直接冲击或淹没范围达10 km2，主要为扬溧高速公路、沪宁高速公路镇江支线、上党镇及附近人口较密集的村庄，威胁水库下游约5.1万亩耕地和1.3万人口的安全。

凌塘水库坝身于1958年填筑，后于1972年加高续建基本达设计标准，土坝填筑主要是人工，夯压不实，特别是1972年续建部分，没有经过质量检验。高水位期间，背水坡有较为明显的渗漏现象，1991年，当库水位达到27 m以上时，在背水坡0+380～0+580段，高程25.5 m存在散浸现象。故本文对凌塘水库土质坝渗漏原因进行综合分析，以期制定适用的防渗加固方案。

1 坝体填筑质量、渗透性及运行情况分析

1.1 坝体填筑质量

坝体填土的天然含水量为18.8%～28.1%，平均值24.3%；干密度为1.44 g/cm3～1.60 g/cm3，平均值1.54 g/cm3。根据击实试验知，坝身土最大干密度为1.64 g/cm3，压实度88%～97%，平均为94%，达不到《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001要求的3级及以下中低坝压实度96%～98%的要求，坝体土密实度稍差。由坝体各填土层的物理力学性质指标差异不大知，主坝坝体填筑基本均匀，但局部填土干容度较小，仅14.4 kN/m3（30孔），填土压实度合格率偏小，说明局部坝体填土质量较差。

1.2 坝体填土渗透性

本次勘察对坝体填土进行室内渗透试验及现场钻孔注水试验，测定其渗透性。坝体填土室内渗透试验结果见下表1，注水试验结果见表2。

表1 坝体填土室内试验渗透系数统计表

表2 注水试验成果一览表

由表1、表2可知，室内土工渗透试验平均值为5.14×10－5cm/s，注水试验确定的渗透系数K为 2.42×10－5～1.42×10－4cm/s，不能完全满足《碾压式土石坝设计规范》中“均质土坝坝体渗透系数不大于1×E-04 cm/s”的要求。根据现场注水试验结果可知，主坝上共进行注水试验8处，大坝中段“注2孔、105孔”①层渗透系数较大，达中等透水，不满足规范要求；23#钻孔中出现冲洗液漏水现象。

1.3 坝基渗透性

大坝0+167断面勘探剖面见图1，根据现场勘察、室内土工试验、原位测试结果，坝址区所揭示的地基土层，按其成因类型、地质年代及性状自上而下可分为:

②层（Q4al）:粉质粘土（中粉质壤土）。黄色、灰黄色，软塑-可塑，局部粉性大。本层为微-弱透水层，切面有光泽，一般为原地表土。层顶高程为17.3 m～27.1 m，层厚为0.8 m～8.0 m，平均厚度为4.4 m。

③层（Q3al）:粉质粘土（重、中粉质壤土）。黄色、灰黄色，可塑-硬塑，局部粉性稍大。不均匀，局部底部较上稍软。本层为微透水层。层顶高程11.8 m～26.8 m，平均厚度为6.2 m。

④层（k2）基岩。成分主要为浦口组砂岩，强～中风化。紫红色、暗黄色，块状构造，泥质胶结，裂隙被钙质等充填，为不透水层或极微透水层。本次勘探未钻穿。

坝基土室内渗透试验结果见表3。

表3 坝基土室内试验渗透系数统计表

图1 大坝0+167断面勘探剖面

对②、③层粉质粘土进行室内渗透试验，试验表明②、③层渗透系数为微～弱透水性；对④层砂岩进行压水试验，根据压水试验成果可知，该层透水率为0.16 Lu，为微透水性。

1.4 实际运行情况

高水位期间，背水坡高位有较为明显的渗漏现象，1991年，当库水位达到27 m以上时，在背水坡0+380 m～0+580即200 m长、高程25.5 m处存在散浸现象，出逸点高于坝高的三分之一（参考《堤防处理》），为非正常渗流，应进行处理。

2 防渗加固处理方案

文中1.2节提出的三个问题注水孔分布于0+110～0+310之间的高坝段。考虑到大坝系采用人工填筑，新老填土及分界线等处理不够彻底、碾压不实、高水位时背水坡渗流逸出点较高等因素，主坝高坝段及中坝段宜采用防渗措施处理，处理范围为0+000～0+650段。迎水坡护砌损坏，背水坡排水设施简易、不完整，部分坝段在高水位期间有渗水现象，因此应对主坝迎水坡护坡整修加固。

2.1 主坝坝身防渗处理方案

根据本水库除险加固的实际情况采用垂直防渗方案。深层搅拌桩法适用于软土层、砂性土的改良，防渗墙拟采用多头小直径深层搅拌机施工法，多头小直径深层搅拌喷灌浆防渗墙，适用于各类粘性土、冲填砂、砂性土，施工条件要求低、防渗效果好、结构简单。故采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙对其进行防渗处理。

2.2 防渗墙方案设计

防渗墙厚度按下式计算:

式中:T为最小防渗墙厚度，m；△H为最大上下游水头差，根据渗流计算得△H=3.50 m；[J]为防渗墙允许水力坡降，参考相关资料取30。

经计算，T=0.12 m。考虑施工可能带来的垂直偏差等，取有效厚度0.30 m，单桩直径为0.4 m，搭接处取最小成墙厚度0.30 m，桩间搭接13.5 cm，满足防渗要求。

多头小直径水泥土搅拌桩截渗墙水泥宜为普硅42.5级，水泥掺入量15%以上。要求室内水泥土无侧限抗压强度不小于1000 kPa（28天龄期），截渗墙现场取芯无侧限抗压强度不小于600 kPa，要求渗透系数达5×10-6cm/s以下。

桩进入第②层土以下不小于1 m，或进入第③层土以下0.5 m，本次坝体防渗墙为 0+000（溢洪道）～0+650(DCS04)段，工段长650 m，最大孔深13.7 m，总面积7700 m2。

2.3 背水坡反滤设计

根据《碾压式土石坝设计规范》，土石坝应设置坝体排水，用以降低浸润线和孔隙压力，改变渗流方向，防止渗流出逸处产生渗透变形，保护坝坡土不产生冻胀破坏。根据实际情况，本水库大坝可采用棱体排水或贴坡式排水。

由图2知，本水库大坝防渗处理后，下游坝坡出逸点高程已较低，故选择贴坡式排水。

2.4 坝基防渗处理方案

主坝背水坡坝脚现有护坝地宽12 m～18 m，宽度不足，护坝地外为鱼塘，据渗流稳定计算，护坝地外出逸比降均大于坝脚处出逸比降，护坝地外鱼塘有可能成为防渗薄弱环节，需加固处理。本水库周边其它中型水库护坝地宽度均为坝高的2倍左右，因此，本次除险加固拟进行填塘固基，使护坝地宽度达两倍坝高。

凌塘水库最大坝高为13.0 m，设计高坝段护坝地宽度为26.0 m，范围0+000～0+560，该段范围内现有护坝地高程在21.50 m左右，高低起伏、不齐整，本次除险加固拟将护坝地平整至高程22.50 m，需填塘固基范围为0+069～0+477，主坝填塘工段总长380 m，需填塘宽8 m～14 m。里程0+560～0+740的护坝地按8 m控制，按设计断面整平至高程28.0 m～30.0 m。

3 除险加固后的大坝稳定性计算

3.1 渗流计算

（1）计算工况的选用

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，结合凌塘水库的具体现状，渗流计算按以下工况进行:①水位在坝高1/3位置，稳定渗流；②正常蓄水位（兴利水位）26.0 m，稳定渗流；③设计洪水位28.13 m，稳定渗流；④校核洪水位29.23 m，稳定渗流；

（2）计算断面及计算参数

对DCS19(采用3-3’地质剖面)加固后断面采用河海大学工程力学研究所研制的水工结构有限元分析系统《AutoBANK v 4.0》进行计算。渗流量计算采用土层渗透系数的大值平均值，水位降落时浸润线计算采用各土层渗透系数的小值平均值，逸出点高度、比降等其它渗流计算均采用各土层渗透系数的平均值。计算参数见4。

（3）计算成果

主坝设计断面（DCS19）渗流计算成果见表5。由表5可知，主坝坝坡及坝基出逸比降均小于允许坡降，满足规范要求。故加固后主坝渗流稳定计算可以满足要求，渗流量有所减小，浸润线明显下降，逸出点高度也明显下降。

图2 主坝设计断面DCS19渗稳定计算

表4 凌塘水库大坝渗流及坝坡稳定计算参数采用表

表5 主坝设计断面（DCS19）渗流计算成果表

3.2 边坡稳定、抗滑、抗震计算

采用推荐方案对大坝进行除险加固后，对坝坡稳定进行计算。计算采用河海大学工程力学研究所研制的土石坝/堤防稳定分析系统《Slope v1.0》，并选用简化毕肖普法，计算采用各层土体的慢剪强度指标。

（1）计算工况

根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》，分析稳定渗流期的上下游坝坡、库水位降落期的上游坝坡的抗滑抗震稳定安全性，拟定采用工况如下。

1）上游坡

①危险水位（1/3坝高水位），坝体形成稳定渗流；②正常高水位26.50 m，坝体形成稳定渗流；③设计洪水位28.13 m，坝体形成稳定渗流；④校核洪水位29.23 m，坝体形成稳定渗流；⑤死水位21.70 m，坝体形成稳定渗流。

2）下游坡

①正常高水位26.50 m，坝体形成稳定渗流；②设计洪水位28.13 m，坝体形成稳定渗流；③校核洪水位29.23 m，坝体形成稳定渗流；④死水位21.70 m，坝体形成稳定渗流。

（2）计算成果

①主坝DCS19位于高坝段，进行边坡稳定、抗滑、抗震计算，地质剖面采用3-3’地质剖面。主坝DCS19设计断面边坡稳定计算结果见图3，凌塘水库大坝DCS19抗滑计算成果见表6，凌塘水库DCS19标准断面大坝抗震计算成果见表 7。

图3 主坝DCS19设计断面边坡稳定计算（单位:m）

表6 凌塘水库大坝DCS19抗滑计算成果表

表7 凌塘水库DCS19标准断面大坝抗震计算成果表

由图3知，几种工况下边坡稳定性均满足要求；由表6、表7可知，抗滑、抗震安全系数皆大于规范，满足要求。

4 结语

根据凌塘水库渗漏实际情况和水库现况，运用多头小直径深层搅拌桩防渗墙+增设贴坡式排水+填塘固基防渗加固方案设计，结合《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），采用水工结构有限元分析系统和土石坝/堤防稳定分析系统《Slope v1.0》分别对加固方案实施后的坝体进行渗流及坝坡稳定计算，大坝经除险加固后，能满足渗流稳定、抗滑、抗震要求。防渗加固方案施工后，大坝至今未再出现渗漏问题。因此，多头小直径深层搅拌桩防渗墙作为凌塘水库土质坝主要防渗加固措施，能有效解决凌塘水库土质坝防渗问题。结果可为类似均质土坝水库渗漏加固工程提供参考。