水庫土壩滲流穩定分析及除險加固措施

陳 剛

(貴州省水利投資有限責任公司，貴陽550002)

1 大壩滲流穩定分析計算

滲流穩定計算的目的是復核當前的滲流狀態能否保證大壩按設計條件安全運行。由于有的水庫無滲流觀測設施，滲流安全評價根據水庫相關地質資料并結合現場檢查綜合分析、評價［1－2］。

1.1 與滲流有關的設計施工情況

主要包括2個方面內容:

1.1.1 壩體

大壩填筑體物理力學參數建議值，考慮壩體填筑料的不均勻性，參照鄰近水庫綜合實驗資料，提出大壩填筑體物理力學參數建議值見表1。

表1 大壩填筑體計算參數的建議值

壩體填土為粉質黏土，孔隙比建議值0.600。

1.1.2 壩基

在施工過程中，應對壩基主河槽段進行清基處理。根據相關地質報告，確定相關要素，如某工程壩基(肩)巖性主要由砂質泥巖、礫巖組成，其中礫巖層滲透系數為8.7 ×10 －5，屬弱透水性。

1.2 大壩運行中出現的滲透異常現象

大壩主體座落在K2j 地層之上，壩基巖性以磚紅色砂質泥巖為主，夾雜長石英砂巖。左右壩肩巖性以泥巖為主。巖體穩定，工程地質條件良好。

根據土工試驗結果判斷大壩壩體不存在滲漏。大壩清基不徹底，造成壩肩、壩體和壩基接觸帶滲漏，現場檢查為外坡壩腳散浸［3］。

1.3 滲流計算分析

主要包括3個方面的內容:

1.3.1 計算理論依據

選取主河槽段大壩樁號0 +100 斷面進行計算。計算工況分兩種:

1)正常蓄水位958.00 m，下游無水。

2)校核洪水位959.817 m，下游無水。大壩為均質土壩，根據地質報告，壩基為砂質泥巖，微透水，依據相關規范，近似按不透水地基上有棱體排水的均質土壩進行計算。

1.3.2 滲流計算原理與方法

滲流計算采用北京理正巖土滲流分析計算軟件5.6PB1 版進行計算，該計算程序可用于各種防滲排水措施土石壩的二維穩定和非穩定滲流計算，可直接得出滲流水頭分布和滲流量，并自動繪出浸潤線和等水頭線［4－6］。

1.3.3 滲流計算工況及參數

根據相關規定，結合長生溝水庫的實際情況，滲流分析包括以下 5 種工況:校核洪水位為959.817 m，設計洪水位為959.365 m，正常水位為958.000 m。

1)工況Ⅰ:上游校核洪水位 +下游相應的最低水位。

2)工況Ⅱ:上游設計洪水位 +下游相應的最低水位。

3)工況Ⅲ:上游正常水位 + 下游相應的最低水位。

4)工況Ⅳ:上游校核洪水位至死水位+下游相應的最低水位。

5)工況Ⅴ:上游死水位+下游相應的最低水位。

水庫大壩為土石壩，根據地勘專業提供的資料及工程經驗類比，該水庫大壩滲流分析采用的滲透系數見表2。

表2 大壩滲透系數表

1.3.4 滲流計算成果

滲流計算成果見表3 和圖1 －5。

表3 大壩現狀滲流計算成果表

1.4 計算成果分析

根據判別公式對壩體土的滲透變形形式進行判別:

式中:PC為土的細粒顆粒含量，以質量百分率計，%;n 為土的孔隙率;可知本工程壩體發生流土破壞，其允許滲透坡降計算公式為:

式中:Gs 為土粒比重;n 為土的孔隙率;KB 為流土安全系數，此處采用2。

圖1 上游校核洪水位時穩定滲流時的位勢分布

圖2 上游設計洪水位時穩定滲流時的位勢分布

圖3 上游正常水位時穩定滲流時的位勢分布

圖4 上游校核洪水位驟降至死水位時穩定滲流時的位勢分布

圖5 上游死水位時穩定滲流時的位勢分布

土粒密度及孔隙率通過類似工程類比得知，大壩允許滲透坡降［J］ =0.53。經計算，長生溝水庫大壩最大滲透坡降J =0.19，小于大壩允許滲透坡降［J］=0.53，不存在發生滲透破壞的可能。

綜上所述，根據《水庫大壩安全評價導則》SL258—2000 的要求，將該水庫大壩的滲流穩定安全性級別定為B 級。但是還應做好相關除險加固措施，預防安全事故的產生。

2 水庫土壩除加固措施

水庫土壩的加固措施可以依據其特性進行分類，主要包括:液化加固、地震震害加固、裂縫以及滲透破壞加固［7－8］。

以下主要介紹滲透破壞加固方法、滑坡加固方法以及裂縫加固方法。

2.1 滲透破壞加固方法

此種方法一般在遇到水庫土壩的壩基以及壩體的滲流問題時被使用，使得水庫上游以及下游不會發生滲流現象，以此將土壩的抗滲透能力進行提高。

2.1.1 防滲加固方法

在上、中游設置切斷透水壩基的垂直防滲措施有:土質截水槽、混凝土防滲墻、樁柱式防滲墻、黏土防滲墻、防滲板墻、灌漿帷幕、泥漿槽防滲墻、自凝灰漿防滲墻，混凝土防滲墻和灌漿帷幕的組合等等［9］。

2.1.2 排滲加固方法

在運用防滲加固的方法之后，還要利用其它一些防水措施，比如褥墊排水以及棱體排水措施，壩體內豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設備，能夠有效地將水庫上游的漏水現象進行消除，使得下游壩基的水頭以及浸潤線能夠下降。

2.2 滑坡加固方法

水庫的土壩一旦產生滑坡或者裂縫的問題，那么必須進行地質勘查以及相關試驗工作，對產生滑坡的原因進行有效的分析，根據相關滑坡治理的原則，對土壩進行加固設計。通常情況下，利用土石壩中常用的主動滑動段減重和滑坡體前緣拋石固腳，加重壓坡的方法。

2.3 裂縫加固方法

在土壩的個性災害中，最為普遍的一種現象就是裂縫的產生，通常多數情況下發生的時間為水庫蓄水運行的時間段，甚至可以在壩體的表面就能看到裂縫，還有一些裂縫則隱藏在壩體的內部，只有對土壩進行開挖，才能將裂縫發現。

土壩裂縫的治理應根據檢查的情況和觀察資料，判斷裂縫的特征、規模和部位等，正確分析裂縫產生的原因，采取有針對性的措施，適時進行加固處理。

裂縫加固方法一般是開挖回填、裂縫灌漿以及兩者相結合。其適用范圍如下:

1)開挖回填:適用于黏性土，裂縫≤5 m。

2)裂縫灌漿:適用于黏性土，壩體內裂縫和非滑動的表面裂縫。

3 結 語

可以預測，今后由于地形、地質、土地淹沒、移民、環境和經費等因素，我國新建水庫的困難，將會逐漸增大，會愈來愈要求現在運行中的水庫延長壽命和擴大效益。

同時，由于洪水的隨機性，也只能在某一防洪標準下設防，只能起到一定程度的保證作用。在我國眾多的情況下，今后水庫垮壩也難以完全避免。

因此，我們的目標是切實加強水庫安全管理工作，充分發揮工程的效益，最大限度地控制水庫失事，并使垮壩災害縮小到最低限度。

［1］年夫喜，劉家明，楊冬君，等. 八角廟水庫主壩加固滲流穩定分析［J］. 水利與建筑工程學報，2010(04):23 －24.

［2］龔雪，方朝陽. 漕河水庫大壩滲流分析及加固設計方案探討［J］. 水電能源科學，2009(04):56 －57.

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［4］劉杰，武建萍，高麗梅. 水庫除險加固后土壩的滲流穩定分析［J］. 內蒙古農業科技，2010(01):77.

［5］董占坤，梁林林. 蓮花水電站大壩滲流分析［J］. 大壩與安全，2004(06):52 －53.

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［7］白永年. 中國堤壩防滲加固新技術［M］. 北京:中國水利水電出版社，2001.

［8］陸付民，李建林. 堤防防滲加固方法研究［J］. 人民黃河，2004，26(09):07 －08.

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