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土壩除險加固安全復核及套井回填粘土﹢防滲技術應用

文檔作者：史天波1 陳文斌2 文檔來源： 1.貴州中水建設管理股份有限公司 2.西北農林科技大學水利與建筑工程學院		點擊數：	更新時間： 2025年08月29日
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第29 卷 第4 期
2017 年8 月
浙江水利水電學院學報
J.Zhejiang Univ of Wat.Res ＆ Electric Pow. VoAl.u2g9. 20N17o.4 DOI： 10.3969／j.issn.2095－7092.2017.04.007
土壩除險加固安全復核及套井回填粘土
防滲技術應用
史天波1 ，陳文斌2
（1.貴州中水建設管理股份有限公司，貴州貴陽 550002；2.西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌 712100）
摘 要：團結水庫大壩設計標準低、施工質量差和運行維護落實不到位等，在高水位蓄水運行中，存在壩頂高程不
滿足防洪標準、壩體滲漏和壩基壩肩接觸段滲漏等問題，且呈加劇趨勢.為消除水庫安全隱患，經實地踏勘和鉆芯
取樣，結合大壩安全復核結果，優選壩頂培厚增高與套井回填粘土防滲相結合的除險加固修復方案.防滲加固處理
后，大壩防洪標準、壩體滲流和抗滑穩定性等特性指標均滿足規范要求，大壩滲漏問題得到有效控制.
關鍵詞：壩體滲漏；套井回填；滲透比降；防滲加固
中圖分類號：TV641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1008 －536X（2017）04－0036－05
Safety Review and Application of Casing Well Backfill Clay Anti－seepage
Control Technology for Earth－fill Dam Reinforcement
SHI Tian－bo1 ， CHEN Wen－bin2
（1.Guizhou Zhongshui Construction Management Co .， Ltd.， Guiyang 550002， China； 2.College of Water Resource and
Architecture Engineering， Northwest Agriculture and Forestry University， Yangling 712100， China）
Abstract：The problems of the crest elevation cannot meet the flood control standard ， and the leakage exists both in the dam
body and the contact belt at dam foundation and abutment and in increasing trend in the dam of Tuanjie Reservoir ， which
were caused by low design standard， poor construction quality， unplaced operation and poor maintenance measures and oth －
er reasons.In order to eliminate the leakage problems of the reservoir ， combined with the dam safety review results， the
field surveying and drill core sampling are conducted ， the anti－seepage reinforcement scheme with increasing crest ’s height
and thickness as well as casing well backfill clay anti －seepage has been adopted.After dam reinforcement treatments， the
flood control standards， dam seepage characteristics and anti－sliding stability and other indicators can meet the regulatory
requirements， and the dam leakage problems have been successfully processed .
Key words：dam leakage； casing well backfill； seepage gradient； anti－seepage and reinforcement
收稿日期：2017－02－27
基金項目：國家科技支撐計劃項目（2015SXC21P35）；中央高校
基本科研業務費專項基金（37809506）
作者簡介：史天波（1967 －），男，貴州貴陽人，高級工程師，主要
從事水利水電工程建設與管理工作.
土壩具有就地取材節省“三材”、結構簡單便于
加高擴建、施工技術工序少便于組合機械快速施
工、壩身變形適應性強對地基要求低等優點，在水
利水電工程中得到廣泛推廣與應用.土壩作為地
形、地質條件適應性和經濟性均較優越的主流壩
型，在深厚覆蓋層、較差地基條件、寬闊河谷等流域
中，起到較好的應用成果和研究進展，尤其在結構
造型、技術指標、施工工藝等方面出現較多創新和
突破[1] .但由于當時歷史背景的制約，許多大壩屬
于典型“群眾運動、土法上馬”工程，在幾十年運行
中，工程老化、退化嚴重，壩體滲漏、接觸帶滲漏甚
至壩坡崩塌失穩等，直接影響到大壩安全穩定運
行[2] .本文結合大壩除險加固安全復核成果，采取
合理防滲修復工程措施，以便安全可靠、節能經濟
地解決工程隱患. 萬方數據
1 工程概況
團結水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、引水
發電和生態養殖等綜合利用的小（1）型水庫工程.
該水庫于1968 年12 月動工修建，1975 年02 月竣
工，水庫壩址以上集水面積為0.52 km2 ，引水面積
2.73 km2 ，河道長度1.08 km，比降為2.35％.水庫
正常蓄水位657.50 m，正常庫容378.50 ×104 m3 ，
死庫容66 ×104 m3 ，興利庫容302.50 ×104 m3 ，總庫
容423.50 ×104 m3.水庫大壩樞紐由均質土壩、右岸
開敞式溢洪道和右岸壩下引水涵管等組成，壩長
115 m，頂寬4.8 ～5.2 m，防浪墻高0.8 m.
2 大壩滲漏現狀及原因分析
大壩填筑材料為均質土，現狀壩頂高程661.20
～661.50 m，最大壩高25 m，壩頂長115 m.上游壩
坡為塊石護腳，坡比1 ∶2.8，壩坡面不平整；下游壩
坡被上壩公路分為兩級，上、下半部坡比1 ∶2.5，并
設置墊褥式棱形排水反濾體.下游壩腳未設置排
水，雜草叢生，現場勘察發現下游壩坡后存在大面
積潮濕至沼澤化區域，多處存在管涌、砂沸滲透變
形等問題.
大壩壩體雖歷經1998 年、2007 年和2011 年3
次修復加固，但也只是拆除部分原反濾體，培厚減
緩下游壩坡等簡單工程措施，沒有進行系統加固修
復處理.經現場踏勘并結合設計文件和竣工檔案資
料進行綜合分析，大壩壩體主要存在以下病險問
題：（1）上、下游壩坡面平整度較差，表面雜草叢生，
且未設置排水和反濾設施，下游壩腳存在大面積潮
濕至沼澤化區域.（2）下游壩面及壩腳存在明顯漏
水點，有的甚至呈現射流和管涌狀態，滲漏量高達
32 L／s.（3）大壩壩基和壩肩處地質條件較差，以第
四系殘坡積層為主，庫水沿壩體與壩基和兩壩肩基
巖接觸帶間存在滲漏通道，滲透系數不能達到現行
規范要求指標.
由于設計標準偏低，人工挑抬填筑技術水平
差，盲目追求施工進度，后期檢修養護措施落實不
到位等諸多因素的影響，壩基清淤不徹底、未設置
截水、止水結構、工程填筑質量差壩體密實度低、壩
體缺土或存在雜物等，導致大壩存在地基處理不
好、填筑質量差沉陷裂縫、壩坡崩塌滑坡等問題，嚴
重威脅到大壩運行的安全穩定性[3 －4] .因此，急需對
壩體結構進行全面系統的安全復核，并優選技術、
經濟等均較優越的防滲除險加固措施，有效解決大
壩滲漏病害.
3 壩體結構安全復核及除險加固防滲
處理
3.1 壩體加固前安全復核結論
穩定計算按《水庫大壩安全評價導則》
（SL258—2000 ） 和《碾壓式土石壩設計規范》
（SL274—22001 或DL—2T5395—22007）等相關規
范要求選擇荷載組合[5] ，采用“STAB2008 土質邊坡
穩定計算程序”，不考慮滲透壓力，按簡化Bishop 法
對壩坡穩定安全系數進行復核.復核結果表明：（1）
防洪標準低.按照設計50 年一遇，校核200 年一遇
的洪水標準進行分析，大壩結構安全標準不滿足現
行規范要求，為“C”級三類壩.（2）滲透系數不滿足
規范要求.大壩存在嚴重壩體滲漏和基巖接觸滲漏
問題，滲透系數指標不滿足規范要求.（3）滲漏面積
大，但結構整體穩定.壩腳存在大面積潮濕至沼澤
化區域，存在滲漏通道，但結構應力和抗滑穩定性
安全系數滿足規范指標要求.
3.2 均質土壩除險加固防滲處理
3.2.1 壩頂高程確定
水庫正常蓄水位657.50 m，對應庫容378.50 ×
104 m3.經調洪計算，水庫設計洪水位（P =2％）為
658.45m，對應庫容396.50 ×104 m3 ；水庫校核洪水
位（P =0.5％） 為659.15 m，對應庫容402.50 ×
104 m3.多年平均年最大風速W =12.6 m／s，風區長
度D =620 m.根據《碾壓式土石壩設計規范》
（SL274—2001）推薦公式，計算得壩頂高程復核成
果（見表1）.
表1 壩頂高程計算結果
工況條件洪水位／m 風浪爬高R ／m 安全加高A ／m 超高Y ／m 現狀壩頂高程／m 確定壩頂高程／m
設計洪水位（P =2％） 658.45 1.47 0.5 1.97 661.20 ～661.50 663.47 校核洪水位（P =0.5％） 659.15 1.12 0.3 1.42 661.20 ～661.50 662.92 第4 期 史天波等：土壩除險加固安全復核及套井回填粘土防滲技術應用 37
萬方數據
經計算：正常運用（50 年一遇設計洪水位）條件
下，大壩安全超高Y =1.97 m，計算得壩頂安全高程
為663.47 m；非常運用（200 年一遇校核洪水位）條
件下，大壩安全超高Y =1.42 m，計算得壩頂安全高
程為662.92 m.為確保大壩滿足防洪標準，最終確
定大壩高程為663.50 m.
3.2.2 壩體除險加固防滲處理
根據大壩安全鑒定結果，大壩存在壩頂高程不
滿足現行防洪標準、壩體滲漏和壩基壩肩接觸帶滲
漏等問題.除險加固防滲原則是通過加高培厚大壩
和采取合理防滲措施，截斷壩體滲漏通道，確保大
壩滿足防洪及抗滲安全穩定性要求.
（1）壩頂結構加高培厚設計
由于壩頂現狀高程661.20 ～661.50 m 不能滿
足現行規范條件下的防洪標準，需在現狀壩頂高程
增加1.97 m 超高，計算確定實際增加2.0 m，相應
壩頂高程663.50 m.經技術、經濟等方面的綜合比
較，決定利用壩體土將壩頂增高培厚到663.50 m 高
程，壩頂從4.6 ～4.9 m 加寬至5.2 m，加固后壩頂
與上游壩坡通過1 ∶2.8；下游壩坡通過1 ∶2.5 坡
比進行連接.
（2）大壩防滲處理
結合大壩滲漏現狀及壩體結構體型，優選粘土
斜墻和套井回填2 種方案進行對比分析.①粘土斜
墻防滲方案：沿壩坡開挖到粘土斜墻防滲層設計斷
面后，采用粘土斜墻填筑夯實施工，即在壩體內部
新增一層粘土斜墻作為防滲層.基礎開挖，要求粘
土防滲層深入到基巖相對不透水層以下0.5 m.
②套井回填粘土防滲方案：在壩頂通過套井回填粘
土防滲技術，將粘土利用套井充填入大壩內部，實
現壩體結構的防滲加固處理[5 －6] .套井孔徑為
110 cm，井距為80 cm，粘土層有效防滲厚度
100 cm.其中，壩橫0 ＋032.50 到壩橫0 ＋055.00 和
壩橫0 ＋96.50 到壩橫0 ＋115.00 段，由于滲漏點和
滲漏量較大， 采用雙排套井回填防滲， 排拒為
0.8 m；余下壩段采用單排套井回填防滲.接觸帶套
井要求嵌入壩基和壩肩強風化基巖0.8 ～1.5 m，達
不透水層.
根據地質勘察資料，水庫壩址區主要以第四系
殘坡積層為主，覆蓋層較厚，采用粘土斜墻防滲方
案，存在開挖量大、開挖堆土占地面積大、回填粘土
需求量大、綜合投資較高、施工工期較長等缺點.而
套井回填粘土防滲方案，通過在壩體滲漏部位造井
分層回填粘土夯實，以形成連續粘土防滲墻，堵截
壩體內部存在的滲流通道，起到防滲加固修復目
的.同時，此防滲方案無需大體量開挖，施工工程量
小、施工工藝技術較為成熟、施工工效高且造價低，
實際應用防滲效果非常好[7] .綜合技術、經濟、施工
條件等方面的因素進行對比，優選與工程滲漏特性
及除險加固實際相匹配的套井回填防滲加固修復
方案.
3.3 大壩套井回填防滲加固后結構安全復核
3.3.1 大壩防滲加固后滲流分析
經對壩體典型斷面壩體填筑材料物理特性分
析后，獲得壩體各部位滲透系數指標.①壩體水平
位置：壩體土2.42 ×10 －4 cm／s，壩基土2.31 ×
10 －4 cm／s； ② 壩體垂直位置： 壩體土3.87 ×
10 －4 cm／s，壩基土1.49 ×10 －4 cm／s.從分析結果表
明，壩基土由于填筑施工前壩基清淤處理不徹底，
壩體土由于施工碾壓夯實質量較差，導致壩基土和
壩體土整體滲透系數較大，不滿足《碾壓式土石壩
設計規范》（SL274—2001）要求的“防滲土料滲透系
數≤1.0 ×10 －4 cm／s”的技術指標，綜合防滲性能較
差[8] .為了提高大壩壩基土和壩體土整體防滲性
能，套井粘土施工中采用的粘土材料，要求其滲透
系數≤0.1 ×10 －4 cm／s.
按照SL274—2001 或DL—T5395—2007 推薦
計算組合條件，結合工程特性，選擇2 種運行工況
進行滲流計算分析.①正常運行工況：正常蓄水位
657.50 m ＋穩定滲流期，設計洪水位658.45 m ＋穩
定滲流期；②非常運行工況：校核洪水位659.15 m
＋穩定滲流期.采用理正滲流分析軟件，計算得各
工況條件下流網圖和滲流分析結果（見圖1 和
表2）.
從表2 可以看出，大壩采取整體加高培厚和套
井回填防滲加固修復后，大壩最大滲透比降出現在
非常運用條件（校核洪水位＋穩定滲流期）的套井
部位，滲透比降為2.26，滲流量為0.46 m3 ／d，滿足
《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001）要求的砂
壤土最大滲透比降≤[3]的技術指標.大壩防滲加
固修復后，整體滲流穩定性較好.
3.3.2 大壩防滲加固后結構穩定性分析
大壩防滲加固修復后，按圓弧滑動進行壩坡滑
動穩定性分析，結果（見表3）.
38 浙江水利水電學院學報 第29 卷
萬方數據
圖1 各工況條件下流網圖
表2 壩體滲流分析結果
運用條件（穩定滲流期） 上游水位／m 下游水位／m 最大滲透比降滲流量／（m3 ／d）
正常運用工況
正常蓄水位 657.50 638.50 1.87 0.36 設計洪水位 658.45 638.50 1.95 0.38 非常運用工況 校核洪水位 659.15 638.50 2.26 0.46 表3 壩坡抗滑穩定計算成果
運用條件（穩定滲流期） 上游水位／m 下游水位／m 位置安全系數K 允許安全系數K′
正常運用工況
正常蓄水位 657.50 638.50 下游壩坡 1.72 1.25 設計洪水位 658.45 638.50 下游壩坡 1.68 1.25 非常運用工況 校核洪水位 659.15 638.50 下游壩坡 1.39 1.15 從表3 可知，大壩防滲加固處理后整體穩定性
較好，正常運用工況下最小安全系數為1.68；非常
運用工況下最小安全系數為1.39，均大于規范
[K≥1.25]和[K′≥1.15]的技術指標.
4 結 論
團結水庫均質土壩因受設計標準低、施工技
術不足、建設資金和施工進度緊張、后期運維體
系不健全等諸多因素影響，尤其是地基清理不徹
底、壩體土夯實不充分、養護維護措施不到位等，
造成大壩出現壩體滲漏、壩基及壩肩接觸帶滲
漏、壩體浸潤線偏高等問題，嚴重影響到大壩的
安全穩定運行，急需進行全面安全復核和采取合
理防滲加固修復措施，有效提高大壩運行的安全
穩定性.
（1）大壩安全鑒定結果表明，壩頂高程防洪標
準不滿足現行規范要求，壩體和壩基存在嚴重滲漏
問題，急需采取有效工程措施提高大壩防洪和抗滲
綜合性能.
（2）經技術經濟的綜合比較，優選壩頂增高培
厚與套井回填粘土防滲相結合的除險加固方案.修
復處理后，壩體滲流和壩坡穩定性分析結果表明，
加固后大壩各特性指標均滿足規范要求，防滲加固
修復效果明顯.
（3）加固工程竣工后，選擇10 個抽樣鉆孔進行
注水試驗，結果表明大壩整體滲透系數降低到0.28
×10 －4 cm／s，滿足規范≤1.0 ×10 －4 cm／s 的技術指
標，防滲合格率100％，且歷經多次高水位蓄水運行
和汛期大流量考驗，壩體滲漏和壩基壩肩接觸滲漏
問題得到有效處理.
參考文獻：
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情懷水文化
鹽官海塘及海神廟
“八月十八潮，壯觀天下無。”浙江錢塘江口呈喇叭形，海潮涌來時，受地形收束影響，潮頭陡立，尤以北岸海鹽、海寧一段
為險，形成了蔚為天下奇景的錢塘匯大潮。南宋周密《武林紀事》記載，潮水“玉城雪嶺，際天而來，大聲如雷霆，震撼激射，吞
天沃日，勢極雄豪”。因潮災猖獗，塘岸屢遭沖毀，良田、民宅毀壞無數，為御潮患，海塘應運而生。海寧鹽官海塘即是其中杰
出者。
從東漢到明清，錢江兩岸百姓修堤筑塘從未間斷，海塘結構亦日臻完善，從最初御潮力極低的土塘，發展為柴塘、土石塘、
石塘。清康熙五十九年（1720 年），海潮江流改道，直逼海寧城（鹽官），始筑石塘500 余丈，石塘之內培筑土埝。至清乾隆二年
（1737 年），鹽官南門外繞城魚鱗石塘建成，乾隆五十九年（1794 年）海寧魚鱗大石塘基本告竣，迄今賴之。據地方志載，自宋
代起，鹽官海塘的重大修筑均由中央委官統轄，督辦塘工，其中僅雍正一朝13 年間，共修筑海塘18 次，計各類塘工54 080 丈，
用銀34 萬余兩，并啟后世浙西海塘的歲修制度。
鹽官海塘下承木樁，各樁間填土并夯實，塘之高者18 層，每層均用長5 尺、厚1 尺、寬1 尺5 寸之上等條石“丁順間砌”，各
層之寬度自下而上依次遞減收分，相鄰條石間用糯米漿和灰漿靠砌，并嵌以鐵錠和鐵鋦，以使互相勾連鞏固。石塘之后附土
以支持塘身。因海塘側面呈附梯狀往上收縮，狀似魚鱗，故又名魚鱗石塘。現存鹽官海塘以占鰲塔為中心，全長1 100 m，塘面
寬10 m，為海寧海塘中歷史最久、最有代表性的一段。夕陽西下，但見長堤如龍，進伸海天深處，布列規整的條石如魚鱗熠熠
閃光。海塘上另有天風海濤亭、占鰲塔、中山亭及鎮海塘鐵牛諸勝，是觀潮的絕佳之地。
海神廟敕建于清雍正八年（1730 年），專祀“浙海之神”，并列祀海神及有功于海塘者，是我國保存最為完整的海神廟之
一，也是江南地區現存規模最大的敕建官式建筑遺存?，F尚存石坊、石獅、石筑廣場、慶成橋、御碑亭等遺跡。規制完整，布局
嚴謹，做法考究，石坊、石獅、柱礎、石欄板及大殿檐柱皆用漢白玉石料，顯示出皇家督造的氣度，是一處官式結構與地方文化
有機結合的典范建筑。清代皇帝曾多次臨御，遺有雍正與乾隆之父子碑。
數百年來，鹽官海塘見證了錢塘江畔先民抵御洶涌潮水的歷史，不愧“捍海長城”之譽。
摘自浙江水文化網
40 浙江水利水電學院學報 第29 卷

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