[摘 要]本文结合水库工程实际，经3种可实施方案对比分析，采用在原防渗系统的迎水面作C30常规混凝土防渗面板的防渗加固方案，通过周密的设计和施工，防渗加固效果显著，大坝坝体形成了连续完整的防渗帷幕，有针对性地解决原有质量问题及安全隐患，并提高了水库的蓄水位，增加了发电量，增强了大坝的安全稳定性。
[关键词]水库大坝、加固设计、存在的问题、防渗
1 前言
该水库控制流域面积254km2，水库总库容2.988亿m3，是一座以灌溉、防洪为主，结合供水、发电的综合利用大（2）型水库。水库工程包括枢纽工程和配套工程2部分。枢纽工程包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞、发电引水隧洞、发电厂和升压站等建筑物。拦河坝坝顶长435m，宽度6m，坝顶高程59.3m，最大坝高49.3m，坝顶设有1.1m的混凝土防浪墙。大坝为沥青混凝土斜墙砂砾石坝，坝体主要由河床砂砾石填筑而成。大坝防渗体由坝体沥青混凝土斜墙和坝基混凝土防渗墙组成。
2 大坝防渗加固设计分析
2.1 坝顶构造
原坝顶防浪墙拆除，新建“L”型混凝土防浪墙，墙顶。
2.2 坝基防渗
在原混凝土防渗面板上游侧再设一道厚80cm的C20混凝土防渗墙，两墙间的中心距离为2.80m，施工平台高程为12.0m，防渗墙底高程为-5.0m，最大墙深17.0m，防渗墙336.0m，分为42个槽段，每个槽段长8.0m。混凝土防渗墙墙体材料采用C20低弹模混凝土。两道防渗墙间和新建混凝土防渗墙上游侧1.20m范围内、10.0m高程以上的砂卵砾石予以挖除，上游侧开挖边坡为1∶1，新混凝土防渗墙10.0m高程以上墙体凿除。在高程10.0m以上、两道防渗墙之间以及防渗墙上部新设C30混凝土头墙，高2.60m。其余部分用黏土夯实回填，回填顶高程为13.0m，顶宽3.60m。混凝土头墙与每道混凝土防渗墙之间设2道BW-Ⅱ遇水膨胀止水条。2道防渗墙之间砂卵砾石和两岸岸墙基础以及底高程-5.0m以上的两岸防渗墙基础采用帷幕灌浆处理，以形成封闭的坝基防渗系统。原防渗墙头部不凿除，新建的C30混凝土头墙高2.60m，底宽2.00m。原河床段坝面部分圆弧段切除白漆涂层和挖除#60沥青混凝土封闭层，在其上面布置两道宽5.0m、厚35～62cm的C30混凝土趾板。
3 大坝主要存在的问题
经长期检查观测、钻孔取样检测及资料分析，大坝主要存在以下几个方面的问题：
1）坝体渗漏。沥青混凝土斜墙老化严重，其渗透系数、劈裂抗拉强度、挠跨比、弯拉应变值等主要指标均不满足规范要求和原设计要求。其中，渗透系数为0.6×10-6～617×10-6cm/s，远大于原设计渗透系数不大于10-8cm/s指标的要求；小梁抗弯挠度比为0.86%～1.19%；劈拉强度仅为0.33～0.44MPa。运行期中反复发生严重裂缝；沥青混凝土面板老化也较为严重，其防渗能力已大为降低，渗透系数已增大100多倍。反弧段面板防渗底层沿坝轴线方向已拉裂，虽然经过多次修补，但是未能根本解决问题。从1993年的裂缝检查记录与2002年检查记录比较分析来看，裂缝的长度、宽度都在延伸。1993年的缝到2002年，其长度增加了46.8%，0+321.00m桩号裂缝在1993年检查的记录宽度为10mm，2002年己扩展到50mm。
2）坝基渗漏。坝基混凝土防渗墙已有局部损坏，导致防渗墙后砂砾坝体的渗流比降增大，已超过其容许比降而发生局部渗透变形。坝基及坝体砂砾石填筑料为管涌性土，是大坝防渗系统存在的致命问题，将导致渗流稳定的局部破坏和大坝结构失稳。
4 大坝防渗加固方案比选
针对该工程的特点和大坝防渗系统存在的质量问题，需进行防渗加固处理。若对大坝防渗面板只进行局部修补，则可能导致局部裂缝修补不能到位，使修补的裂缝继续开裂。此外，考虑到沥青混凝土面板日后会继续老化，防渗性能会进一步下降，使裂缝的开裂速度和频率加快，将引起大坝的破坏。因此，大坝必须进行全面防渗加固处理。
4.1 大坝防渗加固方案研究
根据该工程的特点和存在的问题，大坝防渗系统全面防渗加固处理，有以下2大方案可供选择：
4.1.1 在原防渗系统上进行全面防渗加固
在原防渗系统上进行全面防渗加固方案，有坝基防渗加固和坝体防渗加固2种方案可分别进行比选。对于坝基防渗加固，可考虑高压喷射灌浆、混凝土防渗墙等方案。若采用高压喷射灌浆，由于坝基松散砂卵砾石层和含泥砂卵砾石层中存在直径大于30cm的卵砾石，施工难度较大且防渗效果难以保证；混凝土防渗墙施工简单，其成墙整体性好，厚度均匀连续，质量可靠，防渗效果好，观测方便，耐久性好。
相对高压喷射灌浆方案而言，混凝土防渗墙是一种稳妥可靠的加固处理方案。因此，在原防渗系统上进行坝基防渗加固处理时，选用混凝土防渗墙方案。对于坝体防渗加固处理，结合该工程的特点，可考虑采用迎水面M40钢丝网水泥砂浆面板防渗加固、迎水面#100沥青混凝土面板防渗加固和迎水面C30常规混凝土面板防渗加固等方案。
4.1.2 建立新的防渗系统进行防渗加固处理
拦河坝建立新的防渗系统进行防渗加固采用混凝土防渗墙方案。并选择悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆（墙底高程-20.0m）和非悬挂式混凝土防渗墙2个方案进行比较。
1）悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案。先挖除42.0m高程以上部分上游侧坝体，开挖底宽10.48m（下游侧距离坝轴线7.0m），开挖边坡为1∶1.50。防渗墙施工平台高程为42.0m。防渗墙轴线位于坝轴线（坝顶防浪墙上游面下游3.0m）上游侧32.50m。防渗墙长381.0m，墙厚1.20m，底高程为-20.0m，两岸岸坡段与基岩连接。防渗墙两岸设宽为2.4m的C20混凝土岸墙。对于-20.0m高程以下的坝基泥砾层采用帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔距为2.0m，孔深深入坝基基岩相对隔水层以下5m。防渗墙施工完成后，将防渗墙顶部以下1.0m全部凿除，新建C20混凝土头墙（高2.0m）。
2）非悬挂式混凝土防渗墙防渗加固方案。除要求非悬挂式混凝土防渗墙墙底嵌入基岩内1.0m外，防渗墙施工平台以上坝体和防渗墙结构与悬挂式（墙底高程-20.0m）混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案相同。经对上述2个方案的布置与计算比较，悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案应力小，可以满足墙体材料的应力要求，渗流稳定可以满足要求，渗流量较大，投资小；而非悬挂式混凝土防渗墙防渗加固方案应力大，不能满足墙体材料的应力要求，渗流稳定可以满足要求，渗流量较小，投资大。
4.2 大坝防渗加固实施方案比选
综上所述，结合该工程实际的拦河坝防渗加固处理备选方案有：迎水面C30常规混凝土面板（保留原沥青混凝土防渗面板）、迎水面C30常规混凝土面板（拆除原沥青混凝土防渗面板）及混凝土防渗墙3种。3种方案在结构布置设计、止水结构设计、施工组织设计、工程量和投资分析等。混凝土防渗面板（保留原沥青混凝土防渗面板）方案具有防渗可靠、耐久性及安全度较高、渗漏量小、施工与运行管理方便、防渗处理较彻底、施工度汛风险性小、投资较省等优点。
5 结束语
针对水库大坝工程特点，经过对迎水面C30常规混凝土面板（保留原沥青混凝土防渗面板）、迎水面C30常规混凝土面板（拆除原沥青混凝土防渗面板）及混凝土防渗墙3种可实施方案进行全面分析比较，最终推荐选用混凝土防渗面板（保留原沥青混凝土防渗面板）方案并对大坝进行防渗加固设计。大坝防渗加固后的实际运行表明，该方案切实可行，消除了隐患，提高了工程的安全度。
[关键词]水库大坝、加固设计、存在的问题、防渗
1 前言
该水库控制流域面积254km2，水库总库容2.988亿m3，是一座以灌溉、防洪为主，结合供水、发电的综合利用大（2）型水库。水库工程包括枢纽工程和配套工程2部分。枢纽工程包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞、发电引水隧洞、发电厂和升压站等建筑物。拦河坝坝顶长435m，宽度6m，坝顶高程59.3m，最大坝高49.3m，坝顶设有1.1m的混凝土防浪墙。大坝为沥青混凝土斜墙砂砾石坝，坝体主要由河床砂砾石填筑而成。大坝防渗体由坝体沥青混凝土斜墙和坝基混凝土防渗墙组成。
2 大坝防渗加固设计分析
2.1 坝顶构造
原坝顶防浪墙拆除，新建“L”型混凝土防浪墙，墙顶。
2.2 坝基防渗
在原混凝土防渗面板上游侧再设一道厚80cm的C20混凝土防渗墙，两墙间的中心距离为2.80m，施工平台高程为12.0m，防渗墙底高程为-5.0m，最大墙深17.0m，防渗墙336.0m，分为42个槽段，每个槽段长8.0m。混凝土防渗墙墙体材料采用C20低弹模混凝土。两道防渗墙间和新建混凝土防渗墙上游侧1.20m范围内、10.0m高程以上的砂卵砾石予以挖除，上游侧开挖边坡为1∶1，新混凝土防渗墙10.0m高程以上墙体凿除。在高程10.0m以上、两道防渗墙之间以及防渗墙上部新设C30混凝土头墙，高2.60m。其余部分用黏土夯实回填，回填顶高程为13.0m，顶宽3.60m。混凝土头墙与每道混凝土防渗墙之间设2道BW-Ⅱ遇水膨胀止水条。2道防渗墙之间砂卵砾石和两岸岸墙基础以及底高程-5.0m以上的两岸防渗墙基础采用帷幕灌浆处理，以形成封闭的坝基防渗系统。原防渗墙头部不凿除，新建的C30混凝土头墙高2.60m，底宽2.00m。原河床段坝面部分圆弧段切除白漆涂层和挖除#60沥青混凝土封闭层，在其上面布置两道宽5.0m、厚35～62cm的C30混凝土趾板。
3 大坝主要存在的问题
经长期检查观测、钻孔取样检测及资料分析，大坝主要存在以下几个方面的问题：
1）坝体渗漏。沥青混凝土斜墙老化严重，其渗透系数、劈裂抗拉强度、挠跨比、弯拉应变值等主要指标均不满足规范要求和原设计要求。其中，渗透系数为0.6×10-6～617×10-6cm/s，远大于原设计渗透系数不大于10-8cm/s指标的要求；小梁抗弯挠度比为0.86%～1.19%；劈拉强度仅为0.33～0.44MPa。运行期中反复发生严重裂缝；沥青混凝土面板老化也较为严重，其防渗能力已大为降低，渗透系数已增大100多倍。反弧段面板防渗底层沿坝轴线方向已拉裂，虽然经过多次修补，但是未能根本解决问题。从1993年的裂缝检查记录与2002年检查记录比较分析来看，裂缝的长度、宽度都在延伸。1993年的缝到2002年，其长度增加了46.8%，0+321.00m桩号裂缝在1993年检查的记录宽度为10mm，2002年己扩展到50mm。
2）坝基渗漏。坝基混凝土防渗墙已有局部损坏，导致防渗墙后砂砾坝体的渗流比降增大，已超过其容许比降而发生局部渗透变形。坝基及坝体砂砾石填筑料为管涌性土，是大坝防渗系统存在的致命问题，将导致渗流稳定的局部破坏和大坝结构失稳。
4 大坝防渗加固方案比选
针对该工程的特点和大坝防渗系统存在的质量问题，需进行防渗加固处理。若对大坝防渗面板只进行局部修补，则可能导致局部裂缝修补不能到位，使修补的裂缝继续开裂。此外，考虑到沥青混凝土面板日后会继续老化，防渗性能会进一步下降，使裂缝的开裂速度和频率加快，将引起大坝的破坏。因此，大坝必须进行全面防渗加固处理。
4.1 大坝防渗加固方案研究
根据该工程的特点和存在的问题，大坝防渗系统全面防渗加固处理，有以下2大方案可供选择：
4.1.1 在原防渗系统上进行全面防渗加固
在原防渗系统上进行全面防渗加固方案，有坝基防渗加固和坝体防渗加固2种方案可分别进行比选。对于坝基防渗加固，可考虑高压喷射灌浆、混凝土防渗墙等方案。若采用高压喷射灌浆，由于坝基松散砂卵砾石层和含泥砂卵砾石层中存在直径大于30cm的卵砾石，施工难度较大且防渗效果难以保证；混凝土防渗墙施工简单，其成墙整体性好，厚度均匀连续，质量可靠，防渗效果好，观测方便，耐久性好。
相对高压喷射灌浆方案而言，混凝土防渗墙是一种稳妥可靠的加固处理方案。因此，在原防渗系统上进行坝基防渗加固处理时，选用混凝土防渗墙方案。对于坝体防渗加固处理，结合该工程的特点，可考虑采用迎水面M40钢丝网水泥砂浆面板防渗加固、迎水面#100沥青混凝土面板防渗加固和迎水面C30常规混凝土面板防渗加固等方案。
4.1.2 建立新的防渗系统进行防渗加固处理
拦河坝建立新的防渗系统进行防渗加固采用混凝土防渗墙方案。并选择悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆（墙底高程-20.0m）和非悬挂式混凝土防渗墙2个方案进行比较。
1）悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案。先挖除42.0m高程以上部分上游侧坝体，开挖底宽10.48m（下游侧距离坝轴线7.0m），开挖边坡为1∶1.50。防渗墙施工平台高程为42.0m。防渗墙轴线位于坝轴线（坝顶防浪墙上游面下游3.0m）上游侧32.50m。防渗墙长381.0m，墙厚1.20m，底高程为-20.0m，两岸岸坡段与基岩连接。防渗墙两岸设宽为2.4m的C20混凝土岸墙。对于-20.0m高程以下的坝基泥砾层采用帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔距为2.0m，孔深深入坝基基岩相对隔水层以下5m。防渗墙施工完成后，将防渗墙顶部以下1.0m全部凿除，新建C20混凝土头墙（高2.0m）。
2）非悬挂式混凝土防渗墙防渗加固方案。除要求非悬挂式混凝土防渗墙墙底嵌入基岩内1.0m外，防渗墙施工平台以上坝体和防渗墙结构与悬挂式（墙底高程-20.0m）混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案相同。经对上述2个方案的布置与计算比较，悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案应力小，可以满足墙体材料的应力要求，渗流稳定可以满足要求，渗流量较大，投资小；而非悬挂式混凝土防渗墙防渗加固方案应力大，不能满足墙体材料的应力要求，渗流稳定可以满足要求，渗流量较小，投资大。
4.2 大坝防渗加固实施方案比选
综上所述，结合该工程实际的拦河坝防渗加固处理备选方案有：迎水面C30常规混凝土面板（保留原沥青混凝土防渗面板）、迎水面C30常规混凝土面板（拆除原沥青混凝土防渗面板）及混凝土防渗墙3种。3种方案在结构布置设计、止水结构设计、施工组织设计、工程量和投资分析等。混凝土防渗面板（保留原沥青混凝土防渗面板）方案具有防渗可靠、耐久性及安全度较高、渗漏量小、施工与运行管理方便、防渗处理较彻底、施工度汛风险性小、投资较省等优点。
5 结束语
针对水库大坝工程特点，经过对迎水面C30常规混凝土面板（保留原沥青混凝土防渗面板）、迎水面C30常规混凝土面板（拆除原沥青混凝土防渗面板）及混凝土防渗墙3种可实施方案进行全面分析比较，最终推荐选用混凝土防渗面板（保留原沥青混凝土防渗面板）方案并对大坝进行防渗加固设计。大坝防渗加固后的实际运行表明，该方案切实可行，消除了隐患，提高了工程的安全度。
