劉光慶 ，伊佳倩，于德全

(1.大連市水利規(guī)劃設(shè)計院，遼寧 大連 116021;2.瓦房店市水利局，遼寧 瓦房店 116300)

1 水庫壩基存在的問題

世耀水庫位于遼寧省大連市長興島臨港工業(yè)區(qū)世耀村境內(nèi)，是一座集防洪、生態(tài)景觀及淡水養(yǎng)殖于一體的小(2)型水庫。

根據(jù)地質(zhì)勘察，大壩黏土心墻底部與巖石基礎(chǔ)之間存在1.5 m厚的中砂層和1.4～2.2 m厚的碎石層。根據(jù)地勘資料，中砂層滲透系數(shù)為3 ×10－3～1×10－2cm/s，透水性等級為中等透水，碎石層滲透系數(shù)為0.05～0.07 cm/s，透水性等級為強透水。巖石基礎(chǔ)中部分強風(fēng)化巖石透水率超過10.0 Lu，達(dá)到18.1 Lu，屬于中等透水等級。防滲處理前壩基存在較大的滲漏問題，壩后積水嚴(yán)重。

2 壩基防滲處理前滲流安全分析

2.1 滲流計算

世耀水庫大壩為黏土心墻壩，排水體不完整，破損嚴(yán)重(本次按無排水體計算)，壩基按有限深透水地基考慮，故可采用下列理論公式對其進(jìn)行滲流計算。計算工況:上游正常高水位39.10 m，下游無水。

壩體的滲流量計算公式如下:

式中:q 為通過壩體及壩基的單寬滲流量，m3/s·m;h2為心墻后滲流水深，m;k1為心墻的滲透系數(shù)，取5×10－9m/s;k2為壩體填筑料的滲透系數(shù)，取2 ×10－6m/s;k0為壩基透水層的滲透系數(shù)，取5 ×10－5m/s;Les為地下輪廓線總長度，m;Ls為非完整截水墻的等效水平長度，m;ζ 為阻力系數(shù);σ 為透水截水墻對不透水截水墻的阻力系數(shù)比值，取1.0。

式中其余符號詳見圖1。

圖1 透水地基上有截水墻的土壩滲流計算示意圖

計算結(jié)果:世耀水庫通過壩體及壩基的單寬滲流量為q=6.29 ×10－5m3/s·m，心墻后滲流水深為h2=6.33 m。

心墻后壩體浸潤線計算公式為:

式中:y 為各計算點浸潤線距壩底高度，m;x 為各計算點的橫坐標(biāo)值，m。

計算結(jié)果見表1。

表1 浸潤線高度計算成果表

2.2 滲透穩(wěn)定分析

沿出滲段的滲透比降計算公式為:

式中:J 為沿出滲段的滲透比降;m2為下游壩坡坡度，2.25;h0下游壩坡上的出逸高度，0.86 m。

計算結(jié)果見表2。

第二階段：1998年到2001年。關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境保護(hù)的《關(guān)于向環(huán)境謹(jǐn)慎釋放轉(zhuǎn)基因生物指令》和《外源性污染物標(biāo)識條例》這兩部代表性的法律先后制定出來。一開始，歐盟只是禁止在成員國范圍內(nèi)再進(jìn)行轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的銷售經(jīng)營，從這時候開始，對于轉(zhuǎn)基因食品的管制變的嚴(yán)格起來，到后來，不止于農(nóng)產(chǎn)品的一切轉(zhuǎn)基因生物都被歐盟禁止在歐盟成員國范圍內(nèi)交易，這完全堵塞了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在歐盟出現(xiàn)的可能性。這一階段歐盟風(fēng)險預(yù)防原則最明確，在該原則的指導(dǎo)下，歐盟關(guān)于轉(zhuǎn)基因的立法逐步完善。

表2 沿出滲段的滲透比降計算結(jié)果表

由計算結(jié)果可得出:當(dāng)y' 取任何值時，沿出滲段的滲透比降J均＞J允許=0.2。

沿下游地基表面的滲透比降計算公式為:

式中:J 為沿下游地基表面的滲透比降;其它符號及取值同上式。

計算結(jié)果見表3。

表3 沿下游地基表面的滲透比降計算結(jié)果表

由計算結(jié)果可得出:當(dāng)x' 取值在0.5 m以內(nèi)時，沿下游地基表面的滲透比降J均＞J允許=0.2。

2.3 滲流及滲透穩(wěn)定計算成果分析

通過計算，大壩單寬滲流量為q=6.29 ×10－5m3/s·m，按滲漏長度100 m計，估算其年滲漏總量為19.89萬m3，水庫年平均來水量在39.45萬m3，則滲漏量占其50%，水庫滲漏嚴(yán)重。

通過計算，當(dāng)y' 取任何值時，沿出滲段的滲透比降J均＞J允許=0.2;當(dāng)x' 取值在0.5 m以內(nèi)時，沿下游地基表面的滲透比降J均＞J允許=0.2。可見，大壩下游壩坡及地基表面均有產(chǎn)生滲透破壞的安全隱患。

3 壩基防滲處理措施

本次設(shè)計針對于壩基存在強透水中砂、碎石層的情況，采用高壓噴射灌漿方式對該強透水層進(jìn)行防滲處理，處理長度141.72 m，高度為1.00～4.37 m，所成防滲墻上部與黏土心墻搭接長度＞1.0 m，下部深入基巖0.5 m。設(shè)計采用單排高壓旋噴套接形式，鉆孔深度為6.17～23.81 m，孔距1.0 m，分為2 序孔，采用自下而上噴漿法。高壓旋噴噴墻體滲透系數(shù)控制在1 ×10－6cm/s，允許滲透比降為80～100，固結(jié)體強度應(yīng)達(dá)到0.4 MPa。水泥采用強度等級為32.5 的普通硅酸鹽水泥，具體配合比及相關(guān)施工參數(shù)根據(jù)以上指標(biāo)通過試驗確定。

4 壩基防滲處理后滲流安全分析

水庫大壩采取了壩基防滲處理并重建下游壩腳排水體后，對其進(jìn)行滲流安全分析。

4.1 滲流計算

壩基進(jìn)行高壓旋噴防滲處理后，相當(dāng)于將原有黏土心墻筑至不透水巖基，切斷了原有壩基的透水土層，加之下游壩腳排水體重新砌筑完整，故可采用下列公式對滲流進(jìn)行理論計算。計算工況為上游正常高水位39.10 m，下游無水。

壩體的滲流量計算公式為:

式中:q 為通過壩體及壩基的單寬滲流量，m3/s·m;H2心墻后滲流水深，m;k2為心墻的滲透系數(shù)，取1 ×10－8m/s(按高壓旋噴墻體滲透系數(shù)確定);k1為壩體填筑料的滲透系數(shù)，取2 ×10－6m/s;k3壩基透水層的滲透系數(shù)，取5 ×10－5m/s;H1為上游水深，m;T為透水層深度，m;h 為心墻后滲流水深，m;δ 為心墻平均厚度，m。

式中其余符號詳見圖2。

圖中具體參數(shù)如下:

計算結(jié)果:世耀水庫除險加固后通過壩體及壩基的單寬滲流量為q=5.22 ×10－7m3/s·m，心墻后滲流水深為h=0.049 m。

圖2 土壩滲流計算示意圖

心墻后壩體浸潤線計算公式為:

式中:y 為各計算點浸潤線距壩底高度，m;x 為各計算點的橫坐標(biāo)值，m。

計算結(jié)果見表4。

表4 浸潤線高度計算成果表

4.2 成果分析

通過計算，大壩單寬滲流量為q=5.22 ×10－7m3/s·m，按滲漏長度100 m計，估算其年滲漏總量為0.17 m3，水庫年平均來水量在39.45萬m3，則滲漏量占其0.43%，水庫滲漏量較之壩基防滲處理前的19.89萬m3減少很多，表明壩基防滲處理效果明顯。

黏土心墻后的滲流水深從防滲處理前的6.33 m降低至處理后的0.049 m，且壩體浸潤線逸出點位于下游壩腳處的排水棱體上，由于排水棱體已做好反濾層，則可保證壩下游坡土體不會發(fā)生滲透破壞。

5 結(jié)論

通過對水庫壩基防滲處理前后的工況建立計算模型，并合理選用計算公式，對大壩滲流安全進(jìn)行理論計算對比、分析后，確定壩基防滲所采用的高壓噴射灌漿方式是可行的、合理的和有效的。

目前，整座水庫除險加固已全部完成，正常運行期進(jìn)行觀測，其防滲效果良好，壩下無積水現(xiàn)象，證明實際防滲效果與理論計算結(jié)果基本吻合。

［1］李煒.水力計算手冊［S］.北京:中國水利水電出版社出版，2006.

［2］華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊［S］.北京:水利電力出版社，1984.