水庫大壩防滲設計思路與具體方案研究

李杰

摘要：由于各種原因，我國的許多水庫大壩存在滲漏、老化等安全隱患，文章主要通過對影響水庫大壩滲漏的危險性因素的分析，來探討加固水庫大壩的具體措施。

關鍵詞：水庫；大壩加固；防滲技術

水庫是我國水利事業中的一項重要工程，也是被廣泛采用的一種防洪措施，有著攔蓄洪水的作用，同時還可以起防洪、蓄水灌溉、供水、發電等作用，水庫大壩興建以來，為我國國民經濟和社會發展做出了重要貢獻。但另一方面，水庫大壩安全一旦出問題，發生垮壩，將嚴重威脅著下游人民的生命財產安全，甚至會影響社會穩定。

一、水庫大壩防滲設計要求及施工選擇

（一）水庫大壩的防滲要求

根據水庫大壩的設計要求以及實際使用情況，要求其防滲設計需要達到標準，進而保障大壩的實際使用安全以及使用壽命。具體的與水庫的承載力的初始設計有關，本虛擬水庫大壩的設計選擇水庫容量為3000萬立方米，水庫的基本功能為灌溉與發電并存的功能性水庫大壩建設。施工的環境為紅壤粘土土質局部具有巖石風化成。對防滲的要求偏高。

（二）水庫大壩的防滲施工選擇

水庫大壩的防滲施工選擇需要本著安全、有效、經濟為基本原則。在保障了大壩主體的安全以及防滲效果的有效性的基礎之上通過對施工難度以及施工成本進行綜合考慮，確定大壩防滲的施工方案以及施工設計。

根據目前主要采用的大壩防滲施工方式有：土壩、堆石壩混合壩體；粘土斜墻防滲技術兩個方面。具體的特點施工特點如下：土壩、堆石壩混合壩體：采用分段施工的方式進行，對于壩底的施工方式采用堆石壩進行防滲施工，中間采用粘土層與大壩進行粘合，并在堆土墻之上至壩頂的主要滲透區域進行土壩建設，土壩采用粘土土質進行填充，并以混凝土做防滲外墻的整體施工方式進行。此種施工方式的主要特點是利用不同填充物之間的顆粒互補原則能夠起到較好的防滲效果，但是在施工過程中由于工藝復雜，分層明顯，對設計以及施工的要求較高。同時，由于分段的防滲壩體的施工工藝對于施工時間的要求較高。

二、防滲主體設計

（一）參數的計算

參數的計算主要分為對材料的防滲系數的計算進而得到材料的搭配比例；對壩體防滲結構計算進而得到粘土斜墻的施工參數兩個方面：

（1）材料的防滲系數計算。有表可以看出防滲粘土的水平防滲系數較高，適宜于作為防滲斜墻的主體填充物存在，而地基的防滲系數垂直防滲系數較低，需要在設計過程中增加其垂直厚度，以增加其總體的防滲效果。

（2）壩體防滲結構計算。對于防滲斜向的壩體設計進行了人為的底部混凝土層的加厚以及填充粘土層的加厚處理，一方面滿足防滲斜墻的防滲功能，另一方面對壩體結構安全進行加固處理。能夠更有效的延長水壩的防滲效果以及使用壽命。

（二）防滲斜墻的總體設計

防滲斜墻的總體設計分為三部分進行：內墻的設計、外墻的設計以及地基的設計。對于內墻的設計需要加強其對防滲功能的要求進而保障大壩主體的安全，而對于外墻的設計則要適當較低防滲要求，避免夾層滲透水壓的平衡，進而增加大壩的使用壽命與維修難度。而由于施工地質的原因對于地基設計則需要進行一系列加強處理以增加地基的防滲效果。

大壩地基的原始層為沙石結構，防滲效果低，容易造成水體對大壩的>中刷，進而對于地基的防水層設置采用了粘土鋪設加強混凝土施工的方式進行，在傳統的設計原則的情況下增加地基混凝土層的厚度與寬度，進而增加其水平與垂直方向的防滲透效果。具體設計采用3000cm的水平施工距離以及120cm的垂直施工距離對防滲效果進行有效的保障。

三、設計中需要注意的三個問題

在大壩防滲透設計過程中主要需要注意分層設計理念的實現、不均勻斜墻的設計、非初始地基的設計等三個主要問題：

（一）分層設計理念的實現

所謂的分層設計理念是指在實際的施工以及設計階段需要考慮到不同的水層帶來的不同水壓而造成的滲透可能性的不同，進而在設計的過程中對不同問題以及不同的環境所設計不同的方案進行處理，具體的處理方式包括了對填充物密度的區別設計以及對填充厚度的區別設計兩個方面，在對于填充物密度的區別設計方面主要體現在對施工的要求中，對不同環節以及層面的大壩防滲填充物進行不同力度的灌漿以及壓實處理，進而達到當下層面的滲透力平衡的目的。而對于防滲斜墻的不同填充厚度的區別設計主要體現在不同的填充物與混凝土外墻的比例影響了防滲斜墻的滲透壓以及防滲系數，對重點呢區域如水面點、水底結合點等高滲透強度的區域可以適當增加混凝土外墻的厚度，降低填充物等方式來達到不同厚度的組合進而增加防滲安全性的目的。

（二）不均勻斜墻的設計

傳統的防滲斜墻設計采用標準梯形的施工概念，由上至下為直線式施工。在前人的研究過程中發現以不均勻的弧線施工方式能夠較好的增加水平以及垂直的防滲效果。因此在設計的過程中建議采用外弧線的設計方式，具體實現過程為底部厚、頂部薄的非均勻、非直線設計方式。與相同的厚度直線設計方式相比較，垂直防滲效果由于單位滲透分壓的降低能夠有效提高防滲系數20%以上。在水平的防滲透效果方面同樣的理由可以降低有效的防滲透面積與體積進而提高防滲效果15%左右。

（三）非初始地基的設計

所謂的非初始地基設計是指在在原有的地基設計過程中延長地基的水平方面延伸，一方面能夠有效的降低由于水庫底部高滲透系數帶來的不遵從滲透對防滲墻的損害。另一方面可以有效的增加水平防滲地基與垂直防滲強的切合程度，同時保障了不均勻斜墻設計的可能性。最終達到整體增加防滲效果的目的。

四、結語

大壩的防滲處理工作已經成為水庫建設的重中之重，必須要高度重視防滲工作，一方面要確保排除隱患，另一方面也要確保經濟合理。這既要求水庫設計部門強化責任和風險管理，建立有效地獎懲機制，又要工作人員保持高度的警惕，自覺學習，銘記肩上重任，充分利用一切技術措施保證水庫大壩的安全。

（作者單位：荊州市水利水電勘測設計院）endprint