【摘 要】：黄壁庄水库副坝原采用水平防渗，由于地质条件异常复杂，基础渗漏严重，需要除险加固处理。经过论证，决定改水平防渗为垂直防渗，
防渗墙总截渗面积近30万m2。施工中采用了适用于具体地层条件地施工设备。工程建成一年多,经检测分析运行正常。
【关键词】： 防渗墙；垂直防渗；设计
中图分类号：TV641.203.1(222)         文献标识码：B         文章编号：1000-0860(2005)04-0036-03

     　　　　　Design of  vertical anti-seepage system for secondary dam of Huangbizhuang Reservoir

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　SUN Ji-jiang 

 　     (Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower  Tianjin 300250, china)

Abstract :    THE  anti-seepage  system  for secondary dam of Huangbizhuang Reservoir consisted of a horizontal anti-seepage system
originally , however, which  is  necessary  to  be  strengthened due  to the serious seepage  of the  foundation with the complicated
geolo gical condition therein. In accordance with the demonstration concerned,the horizontal seepage system is decided to be replaced
by a vertical one  with  the total  impervious  area  of  nearly  3000000m2. The construction equipments adaptable to the actual geol
-ogical condition  are  used  in  the construction.  After the completion for one year more,the anti-seepage system operates normally
with  a  better  impervious  effect through the relevant examination and analysis.
Key words:  anti-seepage wall; vertically anti-seepage; design                 

1  工程概况
    副坝坝型除局部坝段为碾压式均质土坝外，大部分为水中填土均质坝。坝顶长6907.30m，最大坝高19.20m，坝顶高程129.20m，防浪墙顶高程130.40
m。副坝在除险加固前，存在铺盖裂缝、坝顶裂缝、坝后渗透破坏和减压井、排水沟涌砂淤堵等影响大坝安全的隐患。 经多方案综合技术经济比较，采用
“坝顶组合垂直防渗方案”对副坝进行加固处理，即结合坝顶裂缝处理，将坝顶临时下挖一定深度形 成足够宽度的工作面（施工平台高程127.00m），后
向下做混凝土防渗墙，垂直贯穿坝体和坝基覆盖层入岩一定深度， 并在基岩浅层存在溶洞和破碎带发育地段的基岩进行灌浆处理， 改水平防渗为垂直防
渗，以解决副坝存在的安全隐患。
2  垂直防渗工程设计
    2.1  混凝土防渗墙

    防渗墙采用板槽式搭接型，轴线位于坝轴线上游2.9m处，即防浪墙位置。防护长度左起0+840.00m，右至5+700.00m为4860m。防渗墙顶高程为125.50
m，墙底：全风化基岩入岩2.0m；强风化基岩入岩1.5m；弱风化基岩入岩1.0m。在设计入岩深度内遇到未穿透的溶洞 时，打穿溶洞后入岩0.5m；在设计入
岩深度内遇到未穿透的断层破碎带时，入断层破碎带3.0m。 墙高一般在60m左右，墙厚80cm，墙体 材料采用普通混凝土C10W8，截渗面积271481m2。
    2.2  高喷防渗墙
    2.2.1  旋喷墙
    桩号0+120.50m～0+840.00m处基岩上覆地层主要为（砂）壤土和中粗砂层，坝顶以下平均深度29.2m，最大深度35m，垂直防渗墙选 用旋喷墙， 墙底
部与基岩相接，造孔时入岩0.5m，墙顶高程125.50m。其中桩号0+835.00m～0+840.0m长5m的混凝土防渗墙与旋喷墙接头段，采用双排孔旋喷墙的形式。采
用三重管法， 孔距不大于0.9m，单孔成桩直径：砂层不小于1.3m，土层不小于1.1m。旋喷墙厚度为 60cm，成墙指标：抗压强度土层为R28≧3.0Mpa， 砂
层为R28≧5.0Mpa；抗折强度土层为T28≧0.5Mpa，砂层为T28≧1.0Mpa；墙体渗透系 数K≦i×10-6cm/s，墙体总面积为17660m2。
    2.2.2  摆喷墙
    桩号6+550.00m～6+750.00m马山段，因山前地下水补给及坝基存在砾卵石层透镜体等，加固前地下水位明显偏高，该段采用摆喷墙截渗。墙底部与基
岩相接，造孔时入岩0.5m，墙顶高程119.0m。孔距不大于1.2m，摆角40度，折线搭接。墙体渗透系数K≦i×10-5cm/s。
    2.3  墙底基岩灌浆
    灌浆范围为防渗墙未穿透溶洞和破碎带的地段，总长度约1150m，灌浆轴线在防渗墙轴线上游1.0m处。灌浆孔间距2.0m，灌浆深度为岩面下13m。灌浆
参数：灌浆压力为1.0MPa～1.2Mpa;灌浆浓度采用6个水灰比比级，5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1，开灌水灰比为 5:1。
3  主要计算分析与评价
    3.1  渗透状态分析与评价
    在初设阶段,对桩号1+600.00m、3+118.00m、5+200.00m 断面进行了二维渗流有限元计算， 1998年又进行了整体三维渗流有限元计算， 2002年2月、
10月又分别进行了渗流复核计算， 对4号塌坑段进行了三维渗流有限元计算， 对6号塌坑段取典型断面进行了二维渗 流有限元计算，主要研究振冲碎石
桩进行加固处理后对渗流场和渗透稳定性的影响。2000年在副坝整体三维渗流有限元计算的基础上， 对坝基溶洞段进行了局部细化，研究溶洞对坝体、
坝基覆盖层渗流和渗透稳定性的影响。
    分析计算结果表明：在基岩较完整时，坝内设防渗墙可以有效阻挡地下水的渗透，降低坝体的渗透坡降；当基岩有破碎带时，增加灌浆帷幕，也会有
效降低坝体上游水力梯度，从而提高坝体的渗透稳定性。设置防渗墙及灌浆帷幕后，渗透坡降均降至允许值以下。 同时建防渗墙后， 副坝渗流量大大减
少，也使防渗墙下游的地下水位在95.00m附近变化， 此结果与目前运行状态坝下水位基本一致。下游渗流量大幅度减少消除了渗透破坏的隐患。对于6号
塌坑段，碎石桩可以起到较好的排水作用，有效降低坝体内浸润线；防渗墙可有效改善由碎石桩造成的坝体上游水力梯度增大，使坝体渗透坡降减小。在
防渗墙和碎石桩的共同作用下，可合理解决坝体的渗透稳定问题。在碎石桩间距较小时，库水位骤降基本不会造成碎石桩周围的局部渗透稳定问题。对于
坝基存在溶洞的情况，如果溶洞未与强透水岩层相通，对坝体上游区的水力梯度影响不大；如果溶洞顶部岩石很破碎，其渗透性接近砂砾石层，须进行帷
幕灌浆，封闭破碎带和溶洞的渗流通道，降低坝体及其附近的渗透坡降，就可以保证副坝安全运行。
    3.2  抗滑稳定分析与评价
    初步设计中，对桩号1+600.00m、3+118.00m、5+200.00m断面进行了抗滑稳定计算，当时用瑞典法控制。2003年对上述断面及6号塌坑断面又用Bishop
法进行了抗滑稳定分析。
    分析结论，计算工况选择偏于安全的组合，在有库水位骤降的工况中，假定骤降后上游坝体内的浸润线仍与骤降前相同；在有地震的工况中，增设了
将土体内摩擦角减小2度的工况。得出一般坝段及 6号塌坑段上游或下游坝坡在各种工况组合下的抗滑稳定安全系数均满足现行规范要求， 副坝处于安全
状态。
    3.3  应力应变分析与评价
    3.3.1  一般坝段坝体及防渗墙的应力变形分析
    初步设计阶段进行了坝体及防渗墙的应力变形分析，采用二维有限元对桩号1+600.00m、3+118.00m、5+200.00m 三个断面分别按墙 体竣工期 （水位
110.00 m）、正常蓄水位120.00m、设计洪水位125.84 m和校核洪水位128.00m四种工况计算。同时还分别进行了防渗墙 混凝土弹模E=18000MPa、E=28000
MPa、E=500MPa和E=100MPa的比较分析。由于实际弹模为20100MPa，因此在安全复核时采用与此最接近 的混凝土弹模E=18000MPa时的计算结果进行评价。
坝体及坝基各种土料采用邓肯—张模型，混凝土防渗墙及墙底沉渣采用线弹性模型。由于当时尚未进行坝料的三轴试验，计算参数参考国内其它工程类似
坝料的土工试验成果确定。
    2003年又采用二维有限元对上述断面防渗墙的应力变形做了进一步的分析， 根据试验成果确定材料参数，在防渗墙两侧设置非线性Goodman接触面单
元和墙底沉渣单元，参数由清华大学水利水电系根据其它工程类比确定。
    3.3.2 塌坑段工程处理后的应力变形分析
    加固后的塌坑坝段坝体结构十分复杂，为了验证碎石桩的处理效果和工程处理后混凝土防渗墙、坝体及上游贴坡的受力状态， 2003年对6号塌坑坝段
进行了非线性三维有限元分析。计算中岩土材料采用摩尔—库仑本构关系， 防渗墙混凝土采用线弹性模型。 为较地模拟碎石桩及碎石桩之间土的受力情
况，在有限元网格中对每根桩都进行了单元剖分。 此外， 考虑到塌坑影响范围较大，除开挖回好填外，仍有部分坝体受到扰动，因此计算中在回填土和
原坝体土之间设置了厚度为3m的扰动土层。
    3.3.3  坝体应力变形安全评价
    对于一般坝段，坝体最大沉降发生在坝体底部约为25cm，蓄水作用对坝体沉降分布规律影响不大。 下游坝体水平位移指向下游， 随库水位升高而增
大，最大水平位移约为10cm。最大压应力发生在坝基土体与基岩交界处，最大值约为1.0MPa。在各种计算工况中，应力水平均小于1.0， 坝体坝基内无剪
切破坏区。
    对于6号塌坑段，由于碎石桩抗剪强度较高，设置碎石后，坝体对防渗墙的支撑作用加强， 墙前坝体应力水平有所改善，说明采用碎石桩加固该段坝
体的措施是有效的。
    3.3.4  防渗墙应力变形安全评价
    对于一般坝段，在水荷载作用下，防渗墙向下游位移，其变形主要是弯曲变形。最大水平位移发生在墙体中上部,约为7.9cm。墙体整体以受压为主，
最大压应力未超出混凝土抗压强度。由于墙体发生弯曲变形，因此在防渗墙下游侧出现拉应力，但大部分坝段墙体最大拉应力小于设计抗拉强度。最大拉
应力为1.07MPa，大于设计抗拉强度,尚未超过极限抗拉强度。且该最大拉应力发生在校核洪水位工况防渗墙下游侧的很小范围内，墙体横断面仍以受压为
主，因此短时间滞洪不应造成不良后果，分析墙体是安全的。
    对于6号塌坑段，防渗墙最大拉应力出现在下游面接近碎石桩底部的位置，数值约为0.99MPa，基本满足防渗墙强度要求,分析塌坑段墙体也是安全的。
作者简介：孙继江(1955-)男,汉,教高,总工