李小閏

(清遠(yuǎn)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東清遠(yuǎn)511518)

1 工程概況

板洞水庫(kù)工程位于連南瑤族自治縣大麥山鎮(zhèn)板洞村，壩址以上集雨面積為23.08 km2。水庫(kù)建于1990年5月，水庫(kù)總庫(kù)容3 792萬(wàn)m3，是一座以供水為主，兼顧防洪、發(fā)電、灌溉等綜合利用的中型水庫(kù)。樞紐工程主要由主副壩、泄洪洞、發(fā)電輸水隧洞、供水隧洞及電站廠房等建筑物組成，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。

主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高38.50 m，壩頂高程869.80 m，壩頂長(zhǎng)120 m，壩頂寬6.60 m。迎水坡坡比自上而下為 1∶2.72、1∶2.91，背水坡坡比自上而下為 1∶2.31、1∶2.67、1∶2.94 和 1∶2，壩腳為干砌堆石排水棱體。水庫(kù)正常蓄水位866 m，100 a一遇設(shè)計(jì)洪水位867.36 m，1000 a一遇校核洪水位868.23 m。工程建成蓄水后未進(jìn)行過(guò)安全鑒定或加固工作，目前主壩壩腳滲漏量較大，滲漏點(diǎn)在棱體上部出露，存在工程隱患。因此需對(duì)主壩進(jìn)行滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算，分析問(wèn)題所在，為下一步加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算

2.1 滲流計(jì)算斷面及參數(shù)

主壩布置有3排測(cè)壓管，分別為樁號(hào)0+030(km+m)、0+065及0+085?？紤]0+065斷面為最大壩高橫斷面，測(cè)壓管位于主河床，測(cè)壓管水位受兩岸山體地下水、壩頭繞滲等影響最小，最能反應(yīng)壩體的實(shí)際情況，滲流復(fù)核取該斷面進(jìn)行。工程滲流特性參數(shù)根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告和原設(shè)計(jì)資料確定，壩體為均質(zhì)土壩，壩體滲透系數(shù)取大值平均值k=6 ×10－4cm/s，上、下游坡平均坡比為1∶2.88、1∶2.76。

2.2 滲流計(jì)算工況、方法及成果

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274－2001)規(guī)定，并參照相關(guān)規(guī)范要求，滲流計(jì)算考慮水庫(kù)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種不利情況，結(jié)合水庫(kù)工程實(shí)際情況，計(jì)算以下5種水位組合:

工況1:上游正常蓄水位866 m，下游無(wú)水。

工況2:上游設(shè)計(jì)洪水位867.36 m，下游無(wú)水。

工況3:上游校核洪水位868.23 m，下游無(wú)水。

工況4:上游1/3壩高水位844.10 m，下游無(wú)水。

工況5:泄洪洞堰頂高程862 m水位，下游無(wú)水。

根據(jù)規(guī)范，對(duì)1級(jí)、2級(jí)壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計(jì)算滲流場(chǎng)的各種滲流因素，其他情況可采用公式進(jìn)行計(jì)算。本工程級(jí)別為3級(jí)，滲流計(jì)算可直接采用水力學(xué)公式計(jì)算，可滿足工程精度要求，計(jì)算內(nèi)容包括壩體滲漏量、浸潤(rùn)線等。主壩基礎(chǔ)為花崗巖，壩體排水為褥墊與堆石棱體復(fù)合式排水，主壩浸潤(rùn)線按不透水地基的均質(zhì)土壩情況計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，各工況下土壩滲流計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 土壩滲流計(jì)算成果表

2.3 滲流實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值對(duì)比

2.3.1 觀測(cè)資料整理與分析

對(duì)1999～2008年(2003年資料缺失)歷年的測(cè)壓管(測(cè)壓管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)觀測(cè)資料進(jìn)行整理，經(jīng)統(tǒng)計(jì)和分析為:①測(cè)壓管水位變化規(guī)律基本正常，管中水位始終低于庫(kù)水位，隨庫(kù)水位變化而變化;②選擇2001年、2005年和2006年水庫(kù)水位基本相同(2001年水位866.62 m、2005年866.76 m、2006年866.64 m)比較，測(cè)壓管Ⅰ、Ⅱ與庫(kù)水位的相關(guān)性明顯，靈敏度高，測(cè)壓管Ⅲ水位有逐年抬高的跡象，可能受下游棱體堵塞后水位抬高有關(guān)。

將歷年最大滲漏量觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析:①在運(yùn)行最高水位866.76 m時(shí)主壩反濾體滲流量最大值為887 m3/d，壩腳滲漏量隨水位的上升而增大，呈正比關(guān)系;②在歷年相同水位下的滲流量基本較穩(wěn)定，在865 m水位以上后滲漏量有逐年加大的趨勢(shì)。

2.3.2 正常蓄水位下實(shí)測(cè)成果與計(jì)算值

從現(xiàn)有測(cè)壓管觀測(cè)資料看，在正常蓄水位附近時(shí)間分別為1999年9月21日、2005年6月15日、2006年8月19日和2008年7月22日，繪制實(shí)測(cè)和計(jì)算浸潤(rùn)線圖，見(jiàn)圖1。

圖1 正常蓄水位下計(jì)算浸潤(rùn)線與實(shí)測(cè)對(duì)比圖

從上圖看，實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線均比計(jì)算的高，局部測(cè)點(diǎn)最大達(dá)3 m。分析造成實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線偏高的可能因素:①理論計(jì)算是假設(shè)壩體為均質(zhì)土壩，各層的滲透性是一樣的;實(shí)際施工時(shí)壩體是分層碾壓的，各層碾壓的均勻程度和密實(shí)度相差較大，各層的滲透性是不一樣的，因此造成理論計(jì)算與實(shí)測(cè)成果的偏差;②壩腳棱體發(fā)生局部堵塞，抬高了壩體滲流水的出露點(diǎn)，從而抬高了整個(gè)測(cè)壓管的水位;③壩體表層土疏松，壓實(shí)不夠，在雨季時(shí)表層水滲入到測(cè)壓管內(nèi)，影響到測(cè)壓管水位的抬高。由以上情況，壩體實(shí)際浸潤(rùn)線可在實(shí)測(cè)與理論計(jì)算成果間擬合一條浸潤(rùn)線，擬合時(shí)以靠近實(shí)測(cè)資料為準(zhǔn)。

在正常蓄水位實(shí)測(cè)滲漏量為603 m3/d，比理論計(jì)算值大1.40倍，分析造成實(shí)測(cè)滲漏量大的可能因素:①壩體實(shí)際并非為均質(zhì)土壩，各層的密實(shí)度及滲透性都是不一樣的，資料顯示高程853.80～854.80 m干密度達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求;②壩體填土以黏土質(zhì)砂為主，27件土工試樣中有11件小于設(shè)計(jì)干密度，約占40%，可見(jiàn)大壩總體上壓實(shí)效果較好，但局部欠壓實(shí);③地勘資料顯示左壩基局部存在中等透水的全風(fēng)化土，可能存在壩基或接觸帶滲漏。

2.3.3 設(shè)計(jì)和校核洪水位下實(shí)測(cè)成果與計(jì)算值

水庫(kù)建成后最高蓄水位為866.76 m，未達(dá)到過(guò)設(shè)計(jì)和校核洪水位，無(wú)法進(jìn)行直接論證對(duì)比。在正常蓄水位測(cè)壓管資料和設(shè)計(jì)洪水位的理論計(jì)算成果基礎(chǔ)上，擬合壩體在設(shè)計(jì)洪水位下的實(shí)際浸潤(rùn)線，作為壩坡穩(wěn)定分析的數(shù)據(jù)。壩體填土平均滲透系數(shù)K=6×10－4cm/s，預(yù)計(jì)在未來(lái)高水位運(yùn)行時(shí)壩體可能出現(xiàn)滲漏量增大或下游壩坡出現(xiàn)滲水點(diǎn)，對(duì)壩體安全有一定影響，需進(jìn)行防滲處理，如灌漿或防滲墻等。

2.4 滲透穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)地勘資料，壩體填土為中壤土，不均勻系數(shù)Cu＞5的粗粒土。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487－2008)附錄G，細(xì)顆粒含量(孔隙率n=0.43)，背水坡滲透變形判別為流土。流土型臨界水力比降 Jcr=(Gs－1)(1－n)=0.94(土料比重 G=2.65)，考慮安全系數(shù) K=2，則［J］=Jcr/2=0.47。參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286－98)附錄E，主壩背水坡面滲透比降與水庫(kù)水位組合工況無(wú)關(guān)，背水面平均坡降m2=2.76，則浸潤(rùn)線滲出點(diǎn)的滲透比降JA=1/(1+m22)1/2=0.34，堤坡與不透水面交點(diǎn)JB=1/m2=0.36，計(jì)算滲透比降均小于允許比降［J］，背水坡滿足滲透穩(wěn)定要求，同時(shí)壩腳也設(shè)置了堆石排水棱體。

3 結(jié)論

綜上所述，壩體目前在正常水位時(shí)滲流基本正常，未出現(xiàn)異常滲流，但實(shí)測(cè)滲漏量較計(jì)算值偏大，這與壩體平均滲透系數(shù)K大于規(guī)范要求的大壩土料滲透系數(shù)≤1×10－4cm/s有關(guān)。排水棱體溢出點(diǎn)集中且較高，水流為清水。背水坡逸出段滿足滲透穩(wěn)定要求。按《水庫(kù)大壩安全導(dǎo)則》，滲流安全性評(píng)級(jí)可評(píng)為B級(jí)，在運(yùn)行管理中需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

水庫(kù)未經(jīng)受設(shè)計(jì)洪水位等高水位運(yùn)行，大壩存在局部不密實(shí)和左壩基滲透性較大，壩坡表層土松散等，下一步加固時(shí)建議壩體進(jìn)行截滲處理，排水棱體疏通等措施，使壩體浸潤(rùn)線降低，滲漏量減小，加大壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)。

［1］李想，藺慧敏，李磊.土壩的滲流問(wèn)題分析及其挖制措施［J］.黑龍江水利科技，2009，37(4):114 －115.