黏土心墻壩射水造砼防滲墻加固效果分析

謝濤　曾秀娟

【摘要】以實際工程為例，通過滲流計算和上下游壩坡穩定計算分析了黏土心墻壩經射水造砼防滲墻加固后的防滲效果，結果表明：大壩加固后，壩體浸潤線大幅降低，防滲墻前后總水頭削減了40%，滲流量減少了10%，下游壩坡的抗滑穩定性得到大幅提高，并且解決了壩基滲漏問題；可為類似工程提供了借鑒和參考。

【關鍵詞】黏土心墻壩；防滲加固；射水造砼防滲墻；滲流；抗滑穩定

1、 工程概況

毛村水庫位于上饒市廣豐區西北部，水庫總庫容180.9×104m3，是一座小（一）型水利工程。水庫大壩為黏土心墻壩（4級），最大壩高30.3m，頂寬3m，底寬9m，大壩下游高程119.8m以下為貼坡排水體。

2 、大壩存在的問題

毛村水庫大壩興建于1958年，主要是依靠大規模的人工挑土完成，無機械碾壓，壩體填筑質量較差，下游壩坡有大面積的散浸現象，壩腳有多處集中漏水點。勘察結果表明：大壩心墻填筑土料主要分為兩層，上層黏土質礫，土體松散，滲透系數較大，黏粒含量不滿足規范要求；下層含砂低液限黏土滲透系數也大于規范值，心墻防滲作用不明顯；壩基含砂低液限黏土層存在滲漏問題。上述問題嚴重影響到大壩的安全運行。

3 、防滲效果分析

經綜合分析比較，毛村水庫大壩采用射水造砼防滲墻方案進行加固，并在下游壩腳處新建排水棱體。砼防滲墻頂略高于校核洪水位，底部伸入基巖，砼防滲墻的有效厚度為0.4m。

3.1 計算方法及工況

采用二維穩定—非穩定滲流理論的有限元法計算滲流，壩坡穩定采用簡化畢肖普法進行計算。

穩定滲流及下游壩坡穩定計算工況：①正常蓄水位；②設計洪水位；③校核洪水位。

非穩定滲流上游壩坡穩定計算工況：④正常蓄水位降至死水位；⑤設計洪水位降至死水位；⑥校核洪水位降至死水位。

3.2 滲流計算結果及分析

從圖1可以看出，加固前浸潤線穿過大壩時呈均勻下降趨勢，降幅較小，在心墻前后沒有顯著跌落。其產生的原因主要是：心墻土層滲透系數與壩殼土相當，防滲性能不明顯，浸潤線呈現均質壩的走勢。從表1計算結果來看，大壩加固前各工況下浸潤線逸出點遠高于貼坡排水體頂高程，浸潤線直接從下游壩坡面出逸，易發生滲透破壞；壩基土最大滲透坡降為0.44～0.51，接近或大于其允許值0.45，與壩殼土接觸帶易發生滲透破壞，這與大壩下游壩坡大面積的散浸、滲漏現象相吻合。

大壩加固后，滲流形態符合土石壩防滲墻滲流規律，浸潤線在砼防滲墻前后急劇跌落，水頭削減達到了40%以上；心墻下游壩體浸潤線大大降低，逸出點位于排水棱體處，排水棱體起到了很好的排水效果，阻止了下游壩坡發生滲透破壞；砼防滲墻水平滲透坡降遠小于其允值80，壩基土滲透坡降降低到0.37～0.40，小于其允許值0.45，壩基土與壩殼土接觸帶不再發生滲透破壞，壩基滲漏問題得到改善。此外，大壩加固后，滲流量也減少了10%左右。

3.3 壩坡抗滑穩定計算結果及分析

表2計算成果表明，加固前大壩下游壩坡抗滑穩定均不滿足規范要求，加固后下游壩坡的抗滑穩定安全系數顯著提高，達到了規范要求值。這是因為，大壩加固后，下游浸潤線大幅降低，減小了土體孔隙水壓力，增大了土體間的抗剪強度，壩坡整體穩定性得到增強。

非穩定滲流期時，上游壩坡的抗滑穩定安全系數能滿足規范要求；加固后，抗滑穩定安全系數得到進一步提高，幅度約為9%。這是因為，上游壩坡在非穩定滲流期隨著庫水位降落，抗滑穩定安全系數逐漸減小，直至壩體內水含量減小到一定值[2-3]，而防滲墻加固后，壩體下游滲透系數減小，壩體內水的滲流速度減緩，上游壩體安全系數達到最小值的歷時變長，在同一時刻下表現出比加固前更高的安全系數。

4、 結語

毛村水庫大壩經射水造砼防滲墻加固后，在滲流及穩定方面均有很大改善：

（1）大壩加固后，防滲墻前后水頭削減明顯，下游壩體浸潤線大幅降低，浸潤線直接從排水棱體出逸，大壩滲流量減少了10%，壩基土滲透坡降降低到了其允許值以下，下游壩坡不再產生滲透變形，壩基不再發生滲漏現象。

（2）大壩加固后，穩定滲流期下游壩坡抗滑穩定安全系數得到了大幅提高，防止了下游壩坡發生失穩破壞，在一定條件下還增強了非穩定滲流期上游壩坡的穩定。

毛村水庫除險加固工程竣工并投入運行以來，防滲效果良好，取得了較好的工程效益，可為其他相似工程提供借鑒和參考。

參考文獻：

[1] SL274-2001，碾壓式土石壩設計規范[S].

[2] 張建博，杜應吉.防滲體形式對土壩除險加固工程滲流穩定的影響[J].武漢大學學報（工學版），2014，47 （1）：50-53.

[3] 岳慶河，劉福勝.非穩定滲流作用下土石壩邊坡穩定分析[J].中國農村水利水電，2008 （11）：66-68.