 Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2013, 2, 205-208 http://dx.doi.org/10.12677/hjce.2013.24035 Published Online September 2013 (http://www.hanspub.org/journal/hjce.html) Reinforcement Impervious Project for Garden Reservoir Dam Jiaxiang Wang1, De xu We n2 1Hubei Dayu Water Resources and Hydropower Construction Co., Ltd., Wuhan 2Civil Engineering School, Wuhan University, Wuhan Email: wangjx528@163.com Received: Jun. 5th, 2013; revised: Jul. 12th, 2013; accepted: Jul. 26th, 2013 Copyright © 2013 Jiaxiang Wang, Dexu Wen. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which per- mits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: The dam of Qichun Garden Reservoir is a shell sand dam with clay core wall. Since the operation in 1956, leakage and other hazards have existed. Having been in bad repair for long years, it doesn’t meet current safety stan- dards and needs reinforcement processing. After the analysis of causes and the implementation of the relevant technical scheme, the integrated function of the dam has been improved significantly. Focusing on the work of grouting, the tech- nical scheme of reinforcement accumulates valuable experience for the similar projects in the future. Keywords: Shell Sand Dam with Clay Core Wall; Leakage; Grouting; Reinforcement 花园水库大坝防渗加固 王加祥 1，文德续 2 1湖北大禹水利水电建设有限责任公司，武汉 2武汉大学土木建筑工程学院，武汉 Email: wangjx528@163.com 收稿日期：2013 年6月5日；修回日期：2013年7月12 日；录用日期：2013 年7月26 日 摘 要：沉蕲春花园水库为粘土心墙砂壳坝，自 1956 年运行以来一直存在渗漏等隐患，由于年久失修，不符合 现行安全规范，需要进行加固补强处理。进行原因分析并实施了相应的技术方案之后，该坝的整体加固效果显 著。重点介绍了灌浆部分工作，其加固技术方案为今后同类型工程积累了宝贵的经验。 关键词：粘土心墙砂壳坝；渗漏；灌浆；除险加固 1. 引言 花园水库位于湖北省蕲春县境内，花园水库大坝 拦截长江一级支流蕲水支流狮子河，坝址坐落在湖北 省蕲春县狮子镇花园村，距蕲春县城 40 km，坝址以 上控制流域面积83.5 km2，总库容 1.002 亿m3，是一 座以灌溉、防洪兼发电、水产养殖等综合利用的大(Ⅱ) 型水库。 花园水库工程由枢纽和灌溉两大部分组成，枢纽 主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、老高输水涵洞、 高输水涵洞、低输水涵洞、坝后式水电站，灌溉有东 西两条干渠，全长 99.7 km。 花园水库主、副坝均为粘土心墙砂壳坝，其中主 坝长 592 m，副坝长 179.6 m，坝顶高程98.48 m，粘 土心墙顶高程 98.00 m，主副坝上游护坝均采用干砌 石护坡，下游护坡为草皮护坡。 2. 除险加固的安全问题分析 2.1. 安全隐患 花园水库于 1969 年正式投入运行以来，水库一 直存在安全隐患，主要表现在：1) 大坝渗漏[1]；2) 坝 Copyright © 2013 Hanspub 205  花园水库大坝防渗加固 坡不满足稳定要求；3) 上游坝面护坡缺损；4) 排水 不完善；5) 老高输水管为坝下埋管，洞身有 2处裂缝， 现已废弃，但未封堵，给大坝安全带来隐患；6) 低输 水隧洞结构砼强度偏低，存在碳化现象，钢筋锈蚀， 外露现象严重，输水管内壁局部有渗漏孔。根据 03 年水利部发布的《水库大坝安全鉴定办法》被定为三 类坝：实际抗御洪水标准低于部颁水利枢纽工程除险 加固近期非常运用洪水标准，或者工程存在较严重安 全隐患，不能按设计正常运行的大坝。 2.2. 原因分析 水库运行以来，大坝渗漏、设施不完善表现在坝 体和坝基方面，主要是心墙及坝体填筑质量较差、年 久失修是一方面原因。 花园水库大坝上游护坡为干砌石护砌，经多年运 行，护坡缺损较多，且施工质量较差，块石砌筑的缝 隙较大，搭接不牢，底部填塞不紧，存在架空现象。 花园水库大坝下游坝坡过陡，局部和整体抗滑稳定不 满足现行规范要求。另外坝面排水不完善，没有按规 定设置坝面排水系统。花园水库大坝下游坝脚设有反 滤坝，但未设反滤层，砌筑标准低，质量差，空隙大， 不能起到反滤作用，曾出现塌陷变形。花园水库大坝 坝顶高程不足，通过安全鉴定大坝坝顶高程应不低于 98.73 m，而实际坝顶高程为98.32~98.37 m，不满足 防洪要求。另外在坝顶上另建有浆砌石防浪墙，但没 有完工，还有80 m未建，且防浪墙墙体存在多处裂 缝，分缝未进行处理，底部大部分未与大坝心墙连接。 地质条件差导致大坝渗漏另一主要原因。 花园水库库区属大别山脉蕲北山区地带，地势东 北高、西南低，区域性岩体主要为燕山晚期侵入的二 长花岗岩，其外围的变质岩系为太古界大别群，麻桥 组黑云角闪斜长片麻岩和二长片麻岩，库区广布燕山 晚期侵入的二长花岗岩，局部有黑云角，闪斜长片麻 岩捕掳体，地表广泛分布第四系松散堆积物，主要为 坡，残积砂类土，库区断层构造较发育，坝区地层主 要为太古界大别群麻桥组变质岩及第四系冲积物及 坡残积细粒土质砂，在坝址区未发现断层，裂隙为主 要的构造形迹，岩体中主要发育有两组裂缝，1) 走向 NE50˚~60˚，倾 SE，倾角 50˚~84˚；2) 走向 NW315˚， 倾SW，倾 角70˚~85˚，坝基地层岩性以黑云角闪斜长 片麻岩为主，河床部位表部岩体为弱风化，两岸坝肩 表部为强风化岩体，强弱风化岩体均为中等透水岩 体，副坝基础岩体与主坝一致为太古界大别群麻桥组 黑云角闪斜长片麻岩，坝基表部岩体风化强烈，为中 等透水岩体[2]。 3. 防渗加固技术方案 3.1. 防渗加固技术方面的基本理论 改革开放以来我国水利工作部门积极致力于堤 坝防渗加固技术的分析与研究。目前，国内外常用的 堤坝防渗技术有：劈裂帷幕灌浆技术、高压喷射灌浆 防渗技术、土工膜防渗技术、振动沉模防渗板墙技术、 级配料灌浆技术、混凝土防渗墙技术、套孔冲抓回填 防渗技术等。这些技术是近年我国在治理堤坝险情方 面积累的一些成功经验。本文主要对劈裂帷幕灌浆技 术、土工膜防渗技术、级配料灌浆技术这三种防渗技 术进行分析研究[3]。 土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。根 据对应的加固机理，有下列几种主要加固措施： 1) 前堵型防渗。“前堵”即在临水侧采用防渗铺 盖、前戗、防渗斜墙和铺设土工膜等。但因堤坝临水 侧往往受到库水位的影响，这些措施的使用会受到一 定的限制。 2) 后排型防渗。“后排”主要是指在堤坝背水侧 采用压渗、导渗沟、减压沟和减压井等措施。 3) 中间截型防渗。“中间型”指在堤身中进行粘 土灌浆、劈裂灌浆、混凝土截渗墙和高压喷射灌浆 等[4]。 3.2. 防渗技术方案选择 原设计方案中心墙采用回填灌浆，接触带采用高 压旋喷灌浆，基岩采取帷幕灌浆。结合大坝灌浆以往 的经验，若大坝接触带采取高压旋喷灌浆，因孔深太 深，其灌浆效果无法得到保证，且没有一个较好的办 法对其进行质量检查，更不可能将大坝挖开进行检 查。另外针对心墙较薄的特点，上、下游间隔 3 m， 排距偏大，取得的灌浆效果较差。经过协商和灌浆试 验及专家论证，取消了接触带高压旋喷灌浆。 调整后采用帷幕灌浆的方式对坝基和坝肩进行 Copyright © 2013 Hanspub 206  花园水库大坝防渗加固 Copyright © 2013 Hanspub 207 幕，解决土坝坝体的渗透稳定问题。同时通过灌浆压 力的劈裂挤压作用，补充土坝坝体某些局部土区的小 主应力不足，恢复坝体的应力平衡，解决变形稳定问 题。 防渗处理。防渗由帷幕线设在大坝心墙中心线上游 侧，钻孔为一排，孔距1.5 m，帷幕深入相对隔水层； 采用充填式灌浆的加固方案对心墙进行防渗加固处 理，采用水泥粘土浆液。设计共布置 2排孔，由于心 墙顶部较溥，故将灌浆排距调整为 1.5 m~2.0 m，其 中 一排利用帷幕灌浆孔，另一排，即在心墙中心线下游 侧桩号 0 + 277.48~0 + 309.55 m之间心墙灌浆孔距为 3 m，其余部位灌浆孔距为1.5 m，灌浆孔布置在坝顶。 接触带采用水泥灌浆，共布置 2排孔，与心墙灌浆同 孔同心。 3.4. 防渗施工 花园水库灌浆包括心墙灌浆、接触带灌浆和基岩 灌浆三部分[5]。根据设计应达到的灌浆效果，大坝灌 浆前，根据设计图纸，将坝顶截去至 96.98 m高程。 按每 10~20 m人工开挖探槽，找到原大坝粘土心墙， 确立心墙轴线，依实际心墙位置放样桩位施工。 3.3. 劈裂帷幕灌浆技术简介[3] 为对坝体心墙和坝基进行加固和防渗处理，要求 从坝顶及两岸延长段向坝体和基岩钻孔灌浆。其中， 坝体心墙进行充填灌浆，灌注粘土水泥浆。心墙与基 岩接触面以下1 m及其以上2~4 m，进行防渗帷幕灌 浆，灌注水泥浆。坝基强、弱风化岩石以内进行水泥 帷幕灌浆，根据设计灌浆帷幕下线，采取自下而上分 段灌浆法；灌浆方式采用孔内循环式灌浆，段长 2~10 m。以上三种灌浆，要求在同一孔中进行，即“一孔 三用”。 该技术为我国独创。劈裂帷幕灌浆技术内部包含 了土坝坝体劈裂灌浆、地基劈裂灌浆。土坝坝体劈裂 灌浆，该项技术曾获得过我国水利部门和国家科技部 门颁发的多项奖励，这是对该项技术的充分肯定，这 项技术从研发成功到今天已经近三十年了，土坝坝体 劈裂灌浆技术在我国国民经济建设的“七五”时期被 广泛的运用到了水坝的防渗工作当中。地基劈裂灌浆 与土坝坝体灌浆相同，都在一定时期内为我国的水坝 防渗工作做出了积极贡献，并获得了国家的肯定。所 谓劈裂灌浆是指，沿坝轴线布置灌浆孔，运用坝体应 力分布规律，利用灌注泥浆的压力将坝体沿坝轴线方 向有控制性的将坝体劈开，并向灌浆孔内注入适当的 泥浆，使之形成一道近于竖直且连续的浆体防渗帷 3.5. 试验段的灌浆效果 花园水库帷幕灌浆试验段见图 1。施工钻孔进尺 379.4 m，其中心墙 220.6 m(待灌），基岩 158.8 m，基 岩水泥注入量36.36 t，单位注入量 229 kg/m；心墙接 Figure 1. The profile of curtain grouting test section 图1. 花园水库大坝试验段帷幕灌浆综合剖面图  花园水库大坝防渗加固 Table 1. The table of grouting construction section partition 表1. 灌浆施工区段划分表 区号 折点桩号 区段桩号 区段轴线长(m) 备注 1 0 − 030~0 + 000 30 右坝肩延长段 2 0 + 159.6 0 + 000~0 + 159.6 159.6 3 0 + 341.6 0 + 159.6~0 + 341.6 182.0 4 0 + 341.6~0 + 400 58.4 5 0 + 400~0 + 502 102 心墙灌浆单排孔 6 0 + 502~0 + 625 123 7 0 + 719 0 + 625~0 + 719 94 8 0 + 791.2 0 + 719~0 + 791.2 72.2 触带防渗灌浆灌浆进尺21.2 m，水泥注入量 80 kg， 为孔内和管内吃浆，灌段基本不吸浆。 心墙灌浆前心墙的渗透系数为10−3 cm/s，灌浆后 心墙的渗透系数为 10−6~10−7 cm/s，土的渗性得到很大 改善，满足设计要求。帷幕灌浆透水率较灌浆前大为 减小，且均小于5 Lu，达到设计要求。 3.6. 加固方案 本次大坝加固内容包括上游坝坡干砌石护坡翻 修、下游坝坡加培及植草护坡、坡顶加高、防洪墙重 建、下游压坡和输水隧洞(管)进行加固处理[6]施工等。 花园水库主、副坝均为粘土心墙沙壳坝，坝轴线呈折 现布置，坝长 771.6 m，其中主坝长 592 m，副坝长 179.6 m。因灌浆轴线较长，施工时，采取分区段进行， 根据坝体特点、以折点为界，沿坝轴线共分 9个施工 区段，见表 1。 大坝灌浆防渗质量评定以分析检查孔压水成果 为主，结合钻孔、灌浆记录及和测试成果，对各单元 进行质量评定[7]。 4. 加固效果评价 对于上游排 49 个帷幕灌浆检查孔，根据检查孔 压水试验，所有压水试验均合格，符合规范及设计要 求。对于上游排心墙灌浆检查孔 13 个，下游排7个， 心墙检查孔送样20 组，渗透系数均小于 1 × 10−5 cm/， 滿足要求。 本次大坝加固坝体外部经过上游坝坡干砌石护 坡翻修等措施，坝体内部及坝基经过灌浆，使大坝整 体性能得到提高，为以后安全运行提供了保障，其技 术加固方案为今后同类型工程累积了宝贵的经验。 参考文献 (References) [1] 王晓初, 贺中润. 花园水库上、下坝址渗漏量计算分析[J]. 黑 龙江水利科技, 2011, 4: 70-71. 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