浆砌石大坝防渗处理探讨

浆砌石大坝防渗处理探讨

黄昌南

黄昌南

广州市黄龙带水库管理处广东从化510960

摘要：浆砌石重力坝属一种应用广泛、历史悠久的实用型水坝，广州市黄龙带水库大坝属此种类型，因大坝运行近四十年，出现坝基、坝体和接触带有渗漏现象。本文通过广州黄龙带水库的安全鉴定和防渗处理实例，通过制定合理的有效的防渗处理方案并付诸实施，在一定程度上很好地解决了水库存在的渗漏方面工程问题，为工程的安全运行打下更坚实的基础。

关键词：浆砌石坝工程；防渗加固；方案

0引言：

中国用石块修堤筑坝历史悠久，早在2000多年以前就利用石块修建水利工程。浆砌石坝的适用范围较广，一般中、小型工程中，凡是石料丰富能建混凝土坝的地方一般都能建造同类型的浆砌石坝。我国80年代以前兴建了大量的浆砌石重力坝（图1），中国山区面积广大，石料丰富，1971年建成的河南群英坝，是世界最高的浆砌石重力拱坝，坝高100.5m。

浆砌石重力坝施工机械化较困难，发达国家较少采用，但在发展中国家，尤其在中国浆砌石坝发展很快，设计、施工水平都日益提高。[1]我国当前浆砌石坝发展有以下特点：①修建浆砌石坝的地形、地质限制条件和筑坝材料的要求有所放宽；②坝高逐渐增加；③轻型坝日益增多，造价降低，砌石工艺水平提高；④坝型多样化。

1工程概况和枢纽布置

黄龙带水库于1972年12月动工兴建，1975年11月竣工。水库位于从化市东北部，坝址以上干流长度21公里，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电综合利用的中型水库，总库容9003万立方米。水库大坝为浆砌石重力坝，坝长181.9米，最大坝高61.3米。

水库溢洪道设两扇8×7米弧形钢闸门，堰面采用克-奥型曲线，挑流消能。泄洪洞置于河床右岸的非溢流坝段，进口压力段底部为矩形断面，闸后无压段为方圆形断面。灌溉发电洞置于泄洪洞右侧的非溢流坝段，为圆形钢筋混凝土管，进口工作闸门采用卷扬式启闭机启闭。水库大坝如图2所示。

2水库大坝渗漏问题

浆砌石坝工作原理与同类型的混凝土坝相似[2]，大坝在设计上常常借用混凝土坝设计理论，按均质弹性体考虑各种浆砌石坝的结构。由于砌石体的透水性远大于混凝土，浆砌石坝体上游部位一般需设置专门的防渗设施和混凝土防渗面板、混凝土防渗墙、各坝段分缝沥青防渗、水泥砂浆勾缝防渗（用高标号水泥砂浆把质地良好的条石或料石砌筑成一层防渗层，并在表面进行勾缝）等，除此之处，为减少坝身和坝基渗透压力，要保证设置在坝体内排水系统的通畅，结合实际情况，通常在两岸岸坡和坝基下设置帷幕灌浆和增建基础排水系统。黄龙带水库浆砌石重力坝的基本结构和防渗设施也基本是按以上几个方面的要求布置。

浆砌石坝的主要建筑材料为石料和胶结材料[3]，胶结材料一般为水泥，结构孔洞很多，防渗水性能差，因此，一般的浆砌石大坝都允许存在正常渗漏水量。

黄龙带水库大坝渗漏一直基本处于正常可控范围，但随着运行年限的增大和水位和地质条件的变化以及各防渗设施的老化，从平时长期观测、检查的渗漏数据以及通过对大坝安全鉴定的复核计算数据反映：排除水位、温度、地下水位季节性变化等影响外，在同等条件下，大坝的渗漏水量比建坝早期有增大的可能，主要体现为：坝身渗漏现象较为普遍，左、右两坝肩158m高程以上的绕坝渗流较为明显。为确保水库安全运行，在此对大坝防渗的影响因素和处理方法作一些研究探讨，也是有必要的。

3水库大坝防渗不利因素分析

参考黄龙带水库建设的历史资料并结合水库大坝地质情况和工程实际，水库大坝应该是存在三个影响大坝渗漏的主要不利因素。

①黄龙带水库坝址以上属九连山山脉派生出的两支脉南昆山和青云山结合，是低山丘陵区。大坝坐落在“V”字形峡谷内，两岸岸坡180m高程以下，右岸约50°，左岸约40°，河床窄而深，宽约10～20m。土壤母岩以花岗岩为主，部分为石英岩和片页岩。赤红壤为主，土层深厚，富含有机质。从以上山脉走向和岩石成份、产状、倾角分析，花岗岩体的强度构成和倾角对水库大坝和水库坡面稳定是有利的，但是，花岗岩体中杂有其它岩体，形成结构的裂隙加上深厚土层中富含有机质，对水库坡面和大坝的稳定、防渗都是不利的。

②坝基由两种岩石组成，绝大部分为粗粒黑云母花岗岩，其中有三条宽约10～15m的细粒石英斑岩，呈陡立岩床状，沿着NE20°～40°断裂方向侵入花岗岩体中。两种岩石胶结良好，基岩断裂比较发育。主要分为四组，如表1：

伴随压性、压扭性断裂可见倾角平缓（倾角35°～40°）的裂隙，平缓裂隙受到风化作用、卸荷作用以后，往往形成连续而大致平行河谷的顺坡裂隙。张开、夹泥和地下水循环活动是主要特征，因此可以说，这组裂隙与水库蓄水后右坝肩绕坝渗漏严重密切相关。

③对大坝防渗而言，坝址两岸岩石风化程度不一。右岸基岩裸露，风化很浅。微风化基岩埋藏在地表以下2m～5m，左岸基岩风化很深，微风化基岩埋藏在地表以下30m～40m。微风化的花岗岩、石英斑岩岩性坚硬，其极限抗压强度在100MPa以上。岩石单位吸水率ω＝0.01L/min，地基岩性较好。左岸微风化花岗岩，单块岩石极限抗压强度最小值为13.8MPa，平均为44MPa。这个压力比大坝的应力大的多。岩石整体性好，块度大，仅个别地段存在由卸荷裂隙发展而成的风化夹层。根据施工灌浆和压水试验成果，弱风化基岩的裂隙一般闭合，透水较少，仅风化夹层吃浆量较大，但可灌性较好。由此看来，灌浆施工和压水试验成果与大坝两端岩层风化程度不一的问题体现是一致的，反过来也证明对两岸灌浆处理的方式是正确的。

4大坝防渗加固工程方案

4.1方案提出

为解决坝身渗漏和左、右两坝肩的绕坝渗流问题，就相应的防渗工程措施提出两种方案。

方案一：垂直防渗工程措施

在右坝肩0+000～0+070段布设约两排帷幕灌浆孔，孔深进入基岩相对不透水层以下，孔距2m左右；0+070向左坝肩往左0+181.9以及0+000向右坝肩往右0+035段布设一至二排帷幕灌浆孔，孔深进入坝基的相对不透水岩层，孔距2m左右。

灌浆技术要求：①坝体布孔，应用马格公式得出灌浆扩散半径，按照灌浆扩散半径进行布孔，采用固定孔距，各排孔位错开，按三角形布设，孔深距渗漏层距离应大于2米。②灌浆配制，浆液以水泥为主，可加入小比例黄粘土和河砂，浆液要求有足够流动性，且固结快，凝固体积收缩小，采用分段灌注施工。③灌浆机和孔口须安装压力表，控制好灌浆压力，重要孔洞应根据记录绘制过程线。

为了验证灌浆后的防渗效果，全坝段拟布设9个检查孔，灌浆试验孔与设计灌浆孔相结合不再增补。方案按照上述要求经核算，工程累计灌浆进尺约16000米，测压管钻孔进尺约一千米，总投资约630万元。

方案二：水平与垂直防渗相结合的工程措施

大坝上游长180m范围内的河槽，在当前淤积高程1m的基础上铺设一层防渗土工布；对两岸岸坡进行水泥高压喷浆；大坝迎水面高程135m以下浇筑混凝土防渗墙；高程135.00～171.01m之间浇筑混凝土防渗面板。同时解决坝基、坝身和绕坝渗流的防渗问题。经核算，完成以上工程量共需投资约680万元。

4.2方案分析

从坝基的防渗效果看：两个方案对降低坝基渗漏的扬压力基本相同，均能满足大坝防渗和抗滑稳定的要求。从减小坝身的渗漏角度看：第二方案较第一方案的防渗效果好，从工程造价大小角度看：第一方案较第二方案节省投资约50万元；从施工难度看：第二方案较第一方案复杂；但第一方案较第二方案的施工期长；另外，从水库安全运用和经济效益方面看；第二方案在施工期间需放空水库；而第一方案不影响水库的正常运行和发电收益。

由上面分析可知，第一方案较第二方案有更多的优点，经各方研究讨论，最终采用了第一种方案进行防渗加固。

5大坝防渗处理效果

水库除险加固完成后，通过对大坝渗漏等方面进行监测，得到大坝的渗漏数据进行相关数据分析和对比（见表3），最终结论如下：大坝的渗漏稳定性有了较大提高，坝体和坝基的渗漏情况有了明显的改善，灌浆质量良好，剩余水头系数满足了大坝抗滑稳定的要求，达到了预期的目标。

6结语

本文简单介绍黄龙带水库大坝工程的基本情况，结合工程的地理和地质条件及浆砌石重力坝的工程特点，提出工程普遍存在的渗漏问题，在针对该大坝三个主要防渗不利因素进行了较深入探讨后，形成二个备选处理方案，最终，在综合分析和权衡处理渗漏问题的目标效果预期、经济投入、施工难易程度、对运行和发电的影响等各方面因素后，以第一种方案完成防渗加固工程，最后，通过防渗加固前后的数据分析和对比，证明了防渗问题处理的前期理论分析和后期方案选定都是合理的。大坝的防渗效果突出，确保了水库安全运行和发电生产，为创造更多社会效益与经济效益打下坚实基础。

参考文献：

[1]华东水利学院等主编：《砌石坝设计》，水利出版社，北京，1980.

[2]邹爽.浆砌石坝防渗体的结构作用[J].水力发电，2009年第06期.

[3]杨坤刘裕.浆砌石大坝的施工技术研究[J].城市建设理论研究，2011年第25期.