□彭远皓

（云南夏洲水利水电勘测设计有限公司）

0 引言

水库工程多位于崇山峻岭地带，正常蓄水位比较高，通常可达上千米，地质条件复杂，砂砾石覆盖层比较厚，经常会发生渗漏和绕渗问题。水库工程渗漏情况，对经济效益及节约水资源有很大影响。再加上水文地质比较复杂，不确定因素比较多。因此，为充分发挥出水库工程应有的作用和功能，就必须采取合理的防渗漏措施才能保证水库工程安全运行，提升工程效益。基于此，开展水库工程深厚砂砾石覆盖层防渗处理设计的研究就显得尤为必要。

1 工程概述

某水库工程总投资项目16.82 亿元，为碾压式沥青混凝土心墙坝体，高度为128.80 m，总库容为1.27亿m3，是一项综合性强的水库工程，由拦河坝、帷幕灌浆垂直防渗漏系统、溢洪洞、泄洪洞等共同组成。下部为冲击砂砾石覆盖层，呈现泥质半胶结状态，厚度在45～214 m 之间，砂砾石覆盖层的天然密度为2.15 g/cm3，干密度为2.13 g/cm3，渗透系数在3.74×10-3cm/s 左右，属于典型强透水底层。

2 深厚砂砾石覆盖层防渗处理技术对比分析

2.1 垂直防渗处理技术

此项技术相对比较成熟，和其他防渗技术相比，垂直防渗处理技术具有更加可靠的渗透稳定性，而且还能提升墙体的稳定性，此外，其检验优势也比较明显，广泛应用在深厚砂砾石覆盖层防渗处理中。

2.2 水平防渗处理技术

水平防渗处理技术的主要原理为：以混凝土作为弱水性材料，在水库工程的上游进行填筑和碾压，促使混凝土和坝体形成一个整体。和垂直防渗处理技术相比，此种技术最大的优点是可以有效控制渗漏量，但无法彻底根治渗漏问题，防渗效果比垂直防渗处理技术略差，但施工成本低，材料简单。

2.3 联合防渗处理技术

为最大限度提升深厚砂砾石覆盖层防渗处理效果，通常把幕墙结合防渗、水平防渗、垂直防渗相互结合，通过相应的施工技术将三者联合为一个整体。帷幕灌浆施工技术要想发挥出应有的效果，就必须嵌入到弱风化层中，在具体施工中，为降低施工成本，缩短施工工期，经常会降低防渗墙的凿孔难度。

3 深厚砂砾石覆盖层防渗处理设计

3.1 “上防下排”防渗设计思路

防渗处理效果对该水库工程运行的安全性及经济效益有重要影响，为行之有效的解决渗漏问题，在该水库工程的左岸通过“帷幕灌浆+交通洞+排水洞”的方式，形成一道连续的排水孔幕，从而实现“上防下排”的综合防渗处理效果。

3.2 防渗长度的确定

深厚砂砾石覆盖层造成该水库工程发生渗漏问题的主要原因，在布设帷幕时，该水库工程的年渗漏量为3 078.60万m3，设置300 m长帷幕时，年渗漏量降为3 034.40万m3；设置550 m长帷幕时，降为2 864.60万m3；设置700 m长帷幕时，降为2 784.20万m3。如果再加上坝肩帷幕及封闭效果比较好的库区帷幕，则年渗漏降为2 065.40万m3。从中可以看出550 m长帷幕和700 m长帷幕年渗漏量的变化并不是很大。设置帷幕的主要作用为延长渗径，并降低渗漏的坡降，避免高边坡发生坍塌影响水库工程运行的安全性，因此，选择550 m长帷幕即可满足实际需求。

3.3 深厚砂砾石覆盖层防渗处理方式的选择

对比三种防渗处理技术，在本工程设计中选择了垂直防渗处理技术，通过混凝土防渗墙+帷幕灌浆+悬挂式混凝土防渗墙+砂砾石帷幕灌浆的形式，组成“上墙下帷幕”的防渗体系。但该水库工程砂砾石覆盖层后超过200 m，缺乏可借鉴的施工经验，也无规可循，只能按照实际情况及时调整施工参数。

目前全球规模最大的防水帷幕为埃及阿斯旺防渗漏帷幕，为黏土心墙坝体，覆盖层为砂、砂砾、黏土和砂的互层，覆盖层深度为245 m，最大幕墙深度为208 m，通过帷幕灌浆施工方法完成施工任务。从1967年建成运行至今，防渗效果比较好，可参考借鉴其成功经验。

在具体设计过程，如果发现悬挂式混凝土防渗墙无法满足坝基渗透稳定性及控制流量的需求，可在其下方重新接灌浆帷幕实现全截断。比如冶勒水电站在基础施工中就采用了此种防渗处理方法，效果良好。

就目前我国深厚砂砾石覆盖层防渗处理技术发展现状而言，在悬挂式混凝土防渗墙下方接百米及以上深度的垂直防渗处理技术相对比较成熟，但防渗墙的造价成本远远大于帷幕灌浆防渗成本。就案例工程而言，开展防渗处理的主要目的是延长渗径，促使绕渗能够尽量远离坝体的高边坡，避免发生滑塌问题。所以为降低施工成本，在本工程设计中，主要采用了帷幕灌浆垂直防渗漏处理技术。但《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》明确规定了斜孔的最大深度为100 m，孔底允许偏差为2.50 m。但本工程钻孔深度超过200 m，远远大于规范的限定值，为形成连续帷幕，避免形成渗漏通道，通过合理调整孔距来控制斜孔深度，在帷幕灌浆时将排距控制在2.00 m左右，孔距控制在3.00 m左右，孔底最大允许偏差值如表1所示。

表1 帷幕灌浆时孔底最大允许偏差值表

就案例工程而言，选择的帷幕总长度为550 m，则帷幕灌浆孔布置形式为：2排灌浆孔、排间距2.00 m，孔距3.00 m，呈梅花桩布置，为保证防渗处理效果，孔底进入岩石的深度要控制在5 m以下，且注浆完成后渗透系数要控制在100 Lu以下。

3.4 排水孔幕设计

排水管长度计算公式为如下：

式（1）中，Lρsg表示排管的总长度；pp（x，y，z）表示排水孔对应位置的孔压值；ρw表示水库水资源的密度；g表示水资源的重力加速度。确定排水管长度时，要结合不同洞顶的实际高程，选择合理排水长度，案例工程防渗处理中排水管的长度可选择9～55 m。

工程防渗帷幕的总长度为550 m，虽然可以大幅度降低渗透系数及坡降，但渗透水泥坡降仍然有0.15超过允许范围值，位于坝体左岸起480 m 的防渗帷幕处，渗漏水量仍然比较大，对下游的高边坡仍然存在较大影响。为进一步降低水流向边坡渗漏，本工程在下游左岸高边坡位置设置了一排排水孔幕，用以拦截绕渗水流，降低坡降。

为进一步提升排水管布置的合理性，通过分析该工程左岸砂砾边坡的稳定性，可选择的布置方式有：3 m一排，3 m两排，2 m 一排，2 m 两排，1 m 一排，排间距都是2 m。其中3 m 一排布置方式孔压消散不够明显，再加上排水管间距比较大，水体仍然可以绕过排水管继续向下渗漏。3 m两排和2 m一排的防渗漏效果基本相同，孔压可降低50%～55%。后两种空压消散的效果最佳，经过排水管之后，孔压可以降到最低值，综合考虑性价比和有效性，决定采用2 m 一排布置方式，进而更好地提升防渗处理设计效果。

在砂砾土层上钻孔时容易发生掉块现象，增加排水管安装的难度，而且引发泥沙堵塞等问题，影响排水效果。因此，在具体施工中，采用了深厚砂砾石层渗流滤排水装置，实现对砂砾石层渗流的分层滤排水处理，有效解决排水孔坍塌和排水管堵塞问题，具体情况如图1所示。

图1 深厚砂砾石层渗流滤排水装置示意图

4 结语

综上所述，文章结合工程实例，探讨了水库工程深厚砂砾石覆盖层防渗处理，得出以下结论：

一是采用“上防下排”的综合防渗漏处理技术，可有效提升防渗效果，不同帷幕长度，年渗漏量存在一定的差异，但相比而言550 m 长帷幕和700长帷幕年渗漏量差距不是很明显，出于工程投资和经济性的考虑，选择550 m长帷幕即可。

二是垂直防渗处理技术可形成“上墙下幕”形式，防渗漏效果更加，也是本工程采用的主要防渗技术。

三是安装深厚砂砾石层渗流滤排水装置，可进一步降低对高边坡的影响，并防止发生排水管堵塞问题，是一项比较先进的技术，值得大范围推广应用。