探討峽谷型水庫壩體滲流原因及防護措施設計

李仲媛

（鐵嶺市南城子水庫有限公司，遼寧 開原 112304）

1 工程概況

水庫大壩運行過程中易發生穩定性差、壩體滲漏、泄洪能力不足等問題，如若未對其進行有效處理將會嚴重影響水庫大壩的安全運行[1，2]。本文以某流域中峽谷水庫工程為研究對象。經注水、壓水等實驗發現，該水庫的壩體建筑基體不均勻、壩體建筑質量較差，且壩基和壩體的防滲性能不理想。參考案例工程的滲透情況，本文根據水庫周圍環境等因素制定合理的加固方案，用以保證水壩的安全運行。

實驗對象所處地理環境較為復雜，勘探結果顯示：此區域的地質構造復雜度較高，且有較大程度的不穩定性。水庫所處地區全年降水量約為495 mm，降水主要集中在7～9月份之間。因降水量較大經常發生水澇災害甚至洪災。該地區年蒸發量及分配比如圖1所示，年平均降雨量分布情況如圖2所示。

圖1 年蒸發量及分配比示意圖

圖2 年平均降雨量分配示意圖

2 水庫壩體滲流分析

一般來說，導致水庫出現滲流的原因有兩種：一是水庫所處位置的地基中砂石顆粒分布不均，較細的沙石向較大的孔隙移動，導致上游的滲透系數增加，滲流的損失卻減少，最終導致下游的水壓增加，產生滲流；二是河流的下游粘土薄層的流網位勢較高，細沙層與粘土相互作用下將產生滲流現象。

為此，本文使用有限元模型對水庫壩體的滲流進行模擬分析，根據壩體的斷面數據計算河流下游流量、壩體的滲流數值，過程如下：

公式（1）和公式（2）中：

q1、q2—分別表示河流下游流量、壩體的滲流數值；

K—表示壩體的滲透率；

H—表示河流上游的水域深度；

h—表示水庫的水域深度；

m—表示邊坡比值數據；

α0—表示初始滲流深度；

L—表示壩體滲流過程的距離。

水庫壩體的浸潤線計算公式為：

公式（3）中，Y表示浸潤線長度。根據以上公式的計算結果，計算壩體的主要滲流處的坡降比值如下：

公式（4）中：

J—表示壩體滲流處的坡降比值；

ΔH—表示河流上游的水域深度變化產生的能量差值；

L—表示壩體滲流過程的距離。

在此基礎上，對水壩展開勘探和數據分析后發現，水庫壩后下游泄洪口的滲流主要原因有以下幾種：①水庫壩體表面附著約7m厚的松散堆積物，砂質泥巖與群砂巖構成的下伏基巖不易風化，特別是巖體的強風化厚度達到5 ～15 m；②水庫壩體的坡度在40°～47°之間，不具備機械施工條件，帷幕灌漿作業施工困難。加之在壩體建設初期，壩軸線0+175～0+125 m段未使用灌漿作業、0+175～0+220 m段灌漿作業效果較差，從而未達到堵塞效果。

3 防滲透措施設計

3.1 確定加固方案

3.1.1 固結灌漿加固

固結灌漿加固的目的是對壩體的進一步完善，并加強巖石的力學指標。目前，水庫壩體的滲流防護主要使用的是帷幕灌漿，該方法可以有效減少壩體的透水性。帷幕灌漿的工作原理是根據壩體的透水率，采用特制的固化材料在壩體滲流處使用三排漿孔進行灌漿作業。

3.1.2 高壓噴射灌漿

本方案使用多種噴射方式用高壓將漿液進行高速噴射，進而提升水庫壩體的防護滲透的能力。

3.2 泄洪洞、溢流堰改造方案

在建設時考慮到周圍環境及氣候天氣等方面的影響，本工程對泄洪溢流設施非常地重視。泄洪洞、泄洪道、水工隧洞等均是按照規范標準建設，且各自配有獨立的控制室。

本水庫的水工隧道的泄洪能力公式為：

公式（5）中：

μ—表示水流流量參數；

ω—表示水工隧洞的斷面面積；t0—表示多方的水能總和；

p—表示水流勢能。

溢流堰泄洪流量計算過程如下：

公式（6）中：

θc—表示泄洪水流量的收縮指數；

f—表示水流溢流指數；

n—表示泄洪閘附帶孔數；

b—表示溢流孔寬度；

V—表示溢流堰水能流速。

此外，本方案還在工程的泄洪洞進出口處增設岸邊檢修控制室，建造時采用鋼筋砼構造。河流的下游在壩體改建處增加長度為32 m、寬度為30 m、高度為28 m的WES實用型三孔溢洪堰。將水壩原有洞口拆除，并在左側的山體上使用錨噴支護，將高程降低1 m后進行擴挖。

4 結論

本文結合某流域中峽谷水庫工程，在分析水庫環境因素與工程施工情況的基礎上，總結水庫主要滲流原因，并根據案例工程中水壩滲透情況，結合水壩環境因素制定有針對性的防護滲流加固方案，從而確保水庫安全運行。