某水庫大壩滲流安全評(píng)價(jià)

□雷銀拴 □張居平 □花春奎

（1河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司；2鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

1 工程概況

某水庫位于淮河一級(jí)支流寨河主干青龍河上游，工程于1966年動(dòng)工，1971年底竣工并蓄水投入運(yùn)用，原規(guī)劃采用100 a一遇洪水設(shè)計(jì)、1000 a一遇洪水校核，控制流域面積102 km2，總庫容1.22億m3，水庫是淮河上游一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用于一體的大（2）型水庫。

2 壩體現(xiàn)狀填筑質(zhì)量評(píng)價(jià)

工程投入運(yùn)行后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘和質(zhì)量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，大壩背水坡右岸臺(tái)地段出現(xiàn)多處滲水，局部形成沼澤；右壩頭全風(fēng)化斑狀角閃片巖，屬于弱～微透水性，強(qiáng)風(fēng)化巖體屬弱透水。大壩壩體上部為代替料，下游坡有大面積散浸、滲水，左岸壩肩為強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，裂隙節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，壩體岸坡出現(xiàn)接觸滲漏，有集中明流；右壩肩曾出現(xiàn)大面積滲水，雖經(jīng)處理但不徹底；壩基防滲處理不滿足規(guī)范要求；副壩均存在滲流異常現(xiàn)象，大壩下游坡出現(xiàn)嚴(yán)重散浸，壩后大面積沼澤。大壩壩基處理不徹底，工程質(zhì)量不合格，壩體填筑質(zhì)量差，心墻防滲土料不滿足規(guī)范要求。

3 壩體現(xiàn)狀滲流安全評(píng)價(jià)

3.1 壩基滲流安全評(píng)價(jià)

主壩河槽段采用截水槽防滲，截水槽深入基礎(chǔ)弱風(fēng)化角閃片巖并緊密結(jié)合，上部與粘土心墻、防滲鋪蓋相接。從測(cè)壓管的位勢(shì)圖看，粘土截水槽底在各種庫水位下滲透都是安全的。臺(tái)地段壩基為重粉質(zhì)壤土，上游采用原表層壤土作鋪蓋防滲，底部設(shè)粘土截水槽。從測(cè)壓管的位勢(shì)圖看，臺(tái)地段壩基滲流是穩(wěn)定。

從壩基運(yùn)行情況看，壩腳處長(zhǎng)年滲水，已形成沼澤化，這是因?yàn)閴位植看嬖趶?qiáng)風(fēng)化巖體，具有中等透水性，施工時(shí)未作處理，而在埋設(shè)測(cè)壓管位置處壩基為弱透水性，因而出現(xiàn)測(cè)壓管觀測(cè)情況與實(shí)際不符的現(xiàn)象。

兩壩頭防滲除在山頭做有粘土心墻與山坡結(jié)合槽外，并在上游山坡都做有1.00 m厚的粘土包山防滲鋪蓋。兩壩頭沒有設(shè)測(cè)壓管，但從水庫多年的運(yùn)行情況看，在右壩頭壩體與基礎(chǔ)結(jié)合部位有滲水點(diǎn)，左壩頭結(jié)合部分有集中滲水現(xiàn)象，這說明右壩頭壩基滲流不穩(wěn)定。

3.2 壩體滲流安全評(píng)價(jià)

浸潤(rùn)線觀測(cè)是監(jiān)視壩體滲透安全的主要方法之一。原設(shè)計(jì)3個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面有3個(gè)觀測(cè)管。具體見圖1、圖2、圖3。為1978-2002年浸潤(rùn)線觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線，從圖中可以看出，管水位變化較為平緩，有隨庫水位升降的趨勢(shì)，且有明顯的滯后現(xiàn)象，1#浸潤(rùn)線管始終保持高水位狀態(tài)，說明壩體滲透異常。

圖1 大壩0+140斷面觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線圖

圖2 大壩0+275斷面觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線圖

圖3 大壩0+400斷面觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線區(qū)

根據(jù)觀測(cè)資料分析，主壩壩體實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線值高于設(shè)計(jì)理論值；從現(xiàn)場(chǎng)勘查情況看，水庫正常蓄水時(shí)，大壩背水坡84.38 m平臺(tái)以上至88.88 m高程的草皮護(hù)坡上，出現(xiàn)大面積浸潤(rùn)性滲水，且在下游壩坡上出現(xiàn)一條干濕分明的分界線，滲漏嚴(yán)重處，有明水出逸。這是因?yàn)閴误w代替料滲透系數(shù)不滿足要求，心墻后代替料內(nèi)部分滲水難以排出，因而抬高了壩體浸潤(rùn)水位，出現(xiàn)壩體實(shí)際浸潤(rùn)線較高等異常現(xiàn)象。同時(shí)因壩體填筑質(zhì)量不均，部分壩段滲漏量大，浸潤(rùn)線觀測(cè)管水位偏高，因此主壩壩體滲流性態(tài)不安全。

4 主壩防滲處理措施

根據(jù)大壩現(xiàn)狀運(yùn)行情況，于2009-2011年對(duì)大壩進(jìn)行了除險(xiǎn)加固處理，壩基、壩體防滲處理措施如下：

4.1 壩基防滲處理

壩基基巖主要為弱～微風(fēng)化斑狀角閃片巖。因壩基和左右壩肩基巖及接觸帶存在滲漏問題，本次設(shè)計(jì)需對(duì)主壩壩基及兩岸壩肩進(jìn)行防滲處理。

4.1.1 工程防滲標(biāo)準(zhǔn)

按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，1級(jí)、2級(jí)壩及高壩灌漿后基巖的透水率宜為3～5 Lu，本次壩基帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)透水率按5 Lu進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1.2 灌漿范圍

根據(jù)壩基的實(shí)際情況，壩基灌漿范圍樁號(hào)為0-050～0+635段（向左壩肩延長(zhǎng)50 m，向右壩肩延長(zhǎng)74 m），共長(zhǎng)685 m。

4.1.3 灌漿孔布置

采用單排帷幕灌漿，灌漿軸線布置與壩體塑性混凝土防滲墻軸線一致，距新壩軸線偏向上游3.7 m。按三序孔施工，終孔孔距1.5 m。共布設(shè)灌漿孔457孔。

4.1.4 帷幕深度確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定和滲流分析、防滲要求，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)研究確定帷幕深度。壩基防滲帷幕幕底高程在施工前應(yīng)按先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)確定，本階段初步確定帷幕深度如下：兩壩肩及主河槽段帷幕深入微風(fēng)化巖層，臺(tái)地段（0+225～0+430）采用懸掛式帷幕，帷幕深度為15 m。

4.1.5 帷幕厚度、漿液擴(kuò)散半徑及帷幕結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

帷幕厚度與孔距、排距有關(guān)，帷幕厚度、漿液擴(kuò)散半徑按下式計(jì)算：

式中：T—帷幕厚度，m；

N—帷幕鉆孔的排數(shù)；

R—漿液擴(kuò)散半徑，m；

該工程采用一排帷幕，即，孔距D=1.5 m，經(jīng)計(jì)算，T=0.87 m，R=0.87 m。

帷幕體內(nèi)水力坡降采用下式計(jì)算：

T—帷幕厚度，m；

H—水頭差，m。以0+187斷面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，Iα=0.5，＜幕體允許水力坡降10，帷幕結(jié)構(gòu)滿足要求。

4.1.6 灌漿方法和方式

采用在新建混凝土防滲墻內(nèi)（壩體防滲）預(yù)埋灌漿導(dǎo)管法灌漿，灌漿方法采用自上而下分段灌漿法，灌漿方式優(yōu)先采用循環(huán)式。

4.1.7 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔方法

帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時(shí)，在規(guī)定的壓力下當(dāng)注入率≤0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min,，當(dāng)注入率≤1.0 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，然后灌漿可以結(jié)束。

灌漿結(jié)束后應(yīng)在左右岸布設(shè)檢查孔，檢查孔數(shù)量按灌漿孔總數(shù)10%設(shè)置，左岸布設(shè)16個(gè)，右岸布設(shè)10個(gè)，檢查標(biāo)準(zhǔn)為灌漿后基巖透水率＜3～5 Lu，檢查孔應(yīng)在灌漿結(jié)束后14 d進(jìn)行，檢查結(jié)束后按技術(shù)要求進(jìn)行灌漿和封孔。灌漿孔封孔應(yīng)采用“分段壓力灌漿封孔法”。灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷可按照相關(guān)技術(shù)規(guī)定處理。

4.2 壩體塑性混凝土防滲墻防滲處理

防滲墻的厚度應(yīng)滿足墻體抗?jié)B性、耐久性、滿足墻體應(yīng)力和變形的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮到地質(zhì)情況及施工設(shè)備等因素。

由于國內(nèi)防滲墻設(shè)計(jì)無規(guī)范，防滲墻的滲透計(jì)算和滲透穩(wěn)定分析以及強(qiáng)度、變形計(jì)算尚無規(guī)范的計(jì)算方法和理論。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降確定墻體厚度（d），計(jì)算公式如下：

式中：Iα—帷幕體內(nèi)的水力坡降；

式中：ΔHmax—作用在防滲墻上的最大水頭差，m。

K—抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取3～5；

Jmax—防滲墻滲透破壞坡降，取300。

根據(jù)已建成的混凝土防滲墻統(tǒng)計(jì)，防滲墻允許承受的水力坡降Jp=Jmax/K，可達(dá)到100，當(dāng)K=5時(shí)，Jp為60，假定防滲墻承受的最大水頭差與壩前水深相同。計(jì)算得：d=0.27～0.46 m，根據(jù)其他工程經(jīng)驗(yàn)，本工程取防滲墻厚度為0.60 m。

塑性混凝土的配制強(qiáng)度根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、強(qiáng)度保證率及離差系數(shù)等指標(biāo)應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定。塑性混凝土的彈性模量、強(qiáng)度、滲透系數(shù)主要取決于水泥用量。塑性混凝土防滲墻的配合比應(yīng)根據(jù)其強(qiáng)度、彈性模量及滲透系數(shù)等設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，通過室內(nèi)試驗(yàn)成果，經(jīng)過綜合分析確定。

5 主壩防滲效果

5.1 滲流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

工程除險(xiǎn)加固增加 0+080、0+140、0+275、0+400、0+500 五個(gè)滲流監(jiān)測(cè)斷面，共計(jì)10根浸潤(rùn)線管和5根測(cè)壓管（含滲壓計(jì)），分別監(jiān)測(cè)壩體及壩基的滲流情況。

5.2 滲流效果分析

2010年12月前壩基及壩體的防滲處理完成，到2011年5月完成了浸潤(rùn)線管及測(cè)壓管安裝，開始大壩滲流監(jiān)測(cè)，進(jìn)行大壩除險(xiǎn)加固后的防滲效果分析。主河槽及兩岸臺(tái)地段浸潤(rùn)線管及測(cè)壓管與庫水位關(guān)系如下圖所示：

圖4 大壩0+140斷面觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線圖

圖5 大壩0+275斷面觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線圖

圖6 大壩0+400斷面觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線圖

根據(jù)上述觀測(cè)管水位與庫水位歷時(shí)曲線圖分析（具體見圖4、圖5、圖6）：目前大壩防滲處理效果較好，壩體、壩基不存在滲漏情況；由于大壩未經(jīng)高水位運(yùn)行，加固后的防滲效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

6 結(jié)論

文章根據(jù)水庫大壩測(cè)壓管實(shí)測(cè)資料，綜合分析了大壩的滲流工作性態(tài)。水庫大壩整體滲流狀況穩(wěn)定，滲流未見異常情況。基巖帷幕灌漿和塑性混凝土防滲墻起到了較好的防滲效果，滲透比降小于規(guī)范允許值；部分測(cè)點(diǎn)水位雖有波動(dòng),但無明顯的趨勢(shì)性變化；靠上游的測(cè)壓管,受上游水位的影響較大；靠下游的測(cè)壓管，測(cè)值逐漸穩(wěn)定，各測(cè)壓管時(shí)效變化平穩(wěn)。壩基滲水均為清水，從滲流量分析，壩基滲流是穩(wěn)定的。

目前水庫除險(xiǎn)加固后防滲效果尚未經(jīng)高水位運(yùn)行驗(yàn)證，測(cè)壓管監(jiān)測(cè)壩體和壩基滲流時(shí)，也只能從宏觀上反映大壩滲流體的運(yùn)行情況，而局部滲透破壞現(xiàn)象不能及時(shí)反映，建議加強(qiáng)高水位運(yùn)行時(shí)主河槽壩段及兩岸臺(tái)地的滲流監(jiān)測(cè)，同時(shí)加強(qiáng)壩基防滲體局部滲流破壞的監(jiān)測(cè)，為工程的安全運(yùn)行提供參考依據(jù)。