河北唐山陡河水庫大壩滲流穩定性分析

見立紅

(唐山市陡河水庫事務中心，河北 唐山 063021)

1 工程現狀

陡河水庫位于河北省唐山市東北15 km處陡河上，控制流域面積530 km2，占流域總面積的39.5%，總庫容5.152億m3，是一座防洪、城市供水和農業灌溉綜合利用的大(2)型水庫。水庫樞紐工程由主壩、副壩、輸水洞、溢洪道等建筑物組成，大壩壩型為均質土壩。樞紐工程采用千年一遇洪水設計，萬年一遇洪水校核，設計抗震烈度為8度。攔河壩為均質土壩，全長7364.0 m，設計頂高程44.0 m，防浪墻頂高程45.3 m，壩頂寬度5.0 m。當前工程安全穩定運行[1-5]。

2 主壩滲流分析

2.1 壩基的透水性

據地勘資料，主壩河床壩段壩基巖體透水率q=3.95～9.25 Lu，左壩段壩基巖體透水率q=4.5～7.1 Lu，右壩段壩基巖體透水率q=3.1～9.6 Lu，均屬弱透水性等級。參照《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2020)要求，主壩壩基透水層厚度約為2.20 m，透水性主要受巖石構造裂隙影響，一般隨巖石風化程度減弱及深度增加呈減小趨勢。

2.2 壩基及繞壩滲漏

根據運行情況及原左壩肩防滲處理情況，帷幕灌漿防滲性能一般，局部灌漿質量存在缺陷。考慮已運行十余年，后期帷幕防滲作用將遞減，難以保證大壩防滲要求。根據地勘資料，大壩清基至弱風化變質砂巖，壩基混凝土厚度約1 m，壩體與壩基弱風化變質巖體接觸地段透水率q=9.25～9.6 Lu。參照按透水率q≤5 Lu作為相對不透水層控制標準，存在壩基滲漏。經調查，大壩左、右壩肩山體結合部均存在滲漏，其中左壩肩存在管涌狀滲漏，2006年進行了補充帷幕灌漿處理，效果良好；右壩肩山體結合部高程33.0 m處見管涌狀漏水，滲漏量與庫水位正相關，庫水位32.8 m時滲漏量約2.2 L/s。綜合分析，大壩存在壩基滲漏及繞壩滲漏問題。

2.3 壩體滲漏

依據地勘資料，大壩壩體為砌石體，由塊石、水泥砂漿組成。ZK2鉆孔0～10.2 m(標高38.2～37.5 m)深度施工過程中鉆孔全漏水，注水試驗流量>42 L/min，于孔底滲漏，無法維持水頭穩定，滲透系數>2.213×10-2～7.709×10-3cm/s。

混凝土防滲墻位于大壩上游側，墻厚0.8 m，為鋼筋混凝土結構。防滲墻混凝土粗骨料礫石成份主要為花崗巖及石英巖，礫石粒徑一般為2～5 cm，礫石含量約為30%，總體混凝土質量一般，可見有許多蜂窩狀小氣孔，氣孔直徑一般為1～3 mm，不影響防滲效果。據現場踏勘發現，溢流壩下游面左側高程約39.0 m左右處可見兩處滲漏痕跡。因此，大壩混凝土防滲墻防滲性能總體良好，壩體存在局部滲漏[6]。

3 副壩滲流穩定分析

3.1 計算斷面及滲流參數的選擇

(1)計算代表斷面采用地處主河槽、壩高最大、受三維繞滲影響較小的斷面。

(2)計算參數：計算參數據以本次地勘資料分析選用，陡河水庫副壩壩基無區域性斷裂構造通過，地勘時也未發現節理裂隙存在，因此本次滲流計算可不考慮壩基分區計算。各土層的滲數系數以室內土工實驗成果為主，壩體土層及滲透系數取值詳見表1。

表1 大壩滲透系數分區

3.2 滲流計算

3.2.1 計算工況

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2020)規定，滲流計算應包括以下水位組合情況：① 上游正常蓄水位34.0 m與下游相應的最低水位。② 上游設計洪水位40.3 m與下游相應的水位。③ 上游校核洪水位43.4 m與下游相應的水位。

基于水文調洪計算成果，陡河水庫正常蓄水位為34.0 m；設計洪水標準為1000 a一遇洪水，設計洪水位40.3 m；校核洪水標準為10 000 a一遇，校核洪水位為43.4 m。校核洪水位降至溢洪道進口底高程的降落時間為24 h。下游水位的確定：均取下游壩腳高程20.0 m。

3.2.2 計算內容

(1)確定壩體浸潤線位置，繪制壩體壩基等勢線分布圖。

(2)確定壩體壩基滲流量。

(3)計算壩體土的滲透比降。

(4)確定庫水位降落時上游壩坡內浸潤線位置[7]。

3.2.3 滲流計算結果

采用北京理正軟件研究所編著的《理正滲流計算軟件》，按有限元數值分析法計算的各工況的壩體浸潤線位置、壩體及壩基等勢線和滲漏量以及壩體最大水平滲透坡降見表2。

表2 大壩穩定滲流計算成果

3.2.4 滲流計算結果分析

穩定滲流計算成果表明：計算工況下大壩穩定滲流性態符合心墻土壩滲流場分布規律，滲流量較小，最大水平滲透坡降0.38小于壩體土允許滲透坡降0.42，但設計及校核洪水工況下壩后出逸點高出現有排水體頂高程，不利壩坡穩定。

非穩定滲流計算表明：庫水位自校核洪水位降至正常蓄水位時，上游水位下降5.09 m，降落歷時為72 h，壩體內自由水面降低較小，壩體內孔隙水壓力未消散，不利于壩坡穩定。庫水位自正常蓄水位降至壩基278.00，上游水位僅下降5 m，降落時間較長(10 d)，壩體內自由水面降低較小，壩體內孔隙水壓力消散較慢，不利于壩坡穩定。

4 討論與分析

4.1 主 壩

主壩帷幕灌漿防滲性能一般，局部灌漿質量存在缺陷。后期帷幕防滲作用將遞減，難以滿足大壩防滲要求。大壩壩基為弱風化變質砂巖，壩體與壩基接觸段透水率q>5 Lu，存在壩基滲漏。右壩肩有管涌狀漏水，滲漏量與庫水位正相關，滲流量較大。綜合分析，大壩存在壩基滲漏及繞壩滲漏。大壩砌石壩體施工質量較差，壩體空隙率較大、透水性較強，但大壩上游側設有混凝土防滲墻，防滲性能總體較好。溢流壩下游面見有兩處滲漏痕跡。綜上所述，大壩防滲性能總體良好，壩體存在局部滲漏。陡河水庫防滲設施基本完好，但存在壩基滲漏及繞壩滲漏問題，右壩肩呈現集中滲漏，結合大壩結構穩定分析成果，認為大壩的滲流性態已不安全。參照《水庫大壩安全評價導則》(SL 258—2017)分級劃分標準，主壩滲流安全性為C級。

4.2 副 壩

副壩穩定滲流性態符合心墻土壩滲流場分布規律，滲流量較小，最大水平滲透坡降0.38小于壩體土允許滲透坡降0.42，但設計及校核洪水工況下壩后出逸點高出現有排水體頂高程，在壩坡出逸，存在滲透破壞安全隱患。結合大壩結構穩定分析成果，認為大壩的滲流性態基本安全。參照標準SL 258—2017分級劃分標準，大壩滲流安全性為A級。

5 結 語

(1)主壩河床壩段壩基巖體屬弱透水性，大壩存在壩基滲漏及繞壩滲漏問題，大壩混凝土防滲墻防滲性能總體良好，壩體存在局部滲漏。大壩滲流性態已不安全，主壩滲流安全性為C級。

(2)副壩穩定滲流計算結果表明，滲流性態符合土壩滲流場分布規律，滲流量較小；非穩定滲流計算表明，庫水位自校核洪水位降至正常蓄水位時，壩體內自由水面降低較小，壩體內孔隙水壓力未消散，不利于壩坡穩定。

(3)陡河水庫均質土壩壩體滲流存在一定隱患，建議采取有效工程措施完善大壩防滲體系，提高壩體、壩基及壩體與壩基的防滲性能，必要時可增設大壩滲流觀測系統，及時監測大壩滲流狀況，確保大壩安全運行。