陳 剛

(貴州省水利投資有限責(zé)任公司，貴陽(yáng)550002)

1 大壩滲流穩(wěn)定分析計(jì)算

滲流穩(wěn)定計(jì)算的目的是復(fù)核當(dāng)前的滲流狀態(tài)能否保證大壩按設(shè)計(jì)條件安全運(yùn)行。由于有的水庫(kù)無(wú)滲流觀(guān)測(cè)設(shè)施，滲流安全評(píng)價(jià)根據(jù)水庫(kù)相關(guān)地質(zhì)資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查綜合分析、評(píng)價(jià)［1－2］。

1.1 與滲流有關(guān)的設(shè)計(jì)施工情況

主要包括2個(gè)方面內(nèi)容:

1.1.1 壩體

大壩填筑體物理力學(xué)參數(shù)建議值，考慮壩體填筑料的不均勻性，參照鄰近水庫(kù)綜合實(shí)驗(yàn)資料，提出大壩填筑體物理力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表1。

表1 大壩填筑體計(jì)算參數(shù)的建議值

壩體填土為粉質(zhì)黏土，孔隙比建議值0.600。

1.1.2 壩基

在施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)壩基主河槽段進(jìn)行清基處理。根據(jù)相關(guān)地質(zhì)報(bào)告，確定相關(guān)要素，如某工程壩基(肩)巖性主要由砂質(zhì)泥巖、礫巖組成，其中礫巖層滲透系數(shù)為8.7 ×10 －5，屬弱透水性。

1.2 大壩運(yùn)行中出現(xiàn)的滲透異?，F(xiàn)象

大壩主體座落在K2j 地層之上，壩基巖性以磚紅色砂質(zhì)泥巖為主，夾雜長(zhǎng)石英砂巖。左右壩肩巖性以泥巖為主。巖體穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件良好。

根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果判斷大壩壩體不存在滲漏。大壩清基不徹底，造成壩肩、壩體和壩基接觸帶滲漏，現(xiàn)場(chǎng)檢查為外坡壩腳散浸［3］。

1.3 滲流計(jì)算分析

主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容:

1.3.1 計(jì)算理論依據(jù)

選取主河槽段大壩樁號(hào)0 +100 斷面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況分兩種:

1)正常蓄水位958.00 m，下游無(wú)水。

2)校核洪水位959.817 m，下游無(wú)水。大壩為均質(zhì)土壩，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，壩基為砂質(zhì)泥巖，微透水，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，近似按不透水地基上有棱體排水的均質(zhì)土壩進(jìn)行計(jì)算。

1.3.2 滲流計(jì)算原理與方法

滲流計(jì)算采用北京理正巖土滲流分析計(jì)算軟件5.6PB1 版進(jìn)行計(jì)算，該計(jì)算程序可用于各種防滲排水措施土石壩的二維穩(wěn)定和非穩(wěn)定滲流計(jì)算，可直接得出滲流水頭分布和滲流量，并自動(dòng)繪出浸潤(rùn)線(xiàn)和等水頭線(xiàn)［4－6］。

1.3.3 滲流計(jì)算工況及參數(shù)

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，結(jié)合長(zhǎng)生溝水庫(kù)的實(shí)際情況，滲流分析包括以下 5 種工況:校核洪水位為959.817 m，設(shè)計(jì)洪水位為959.365 m，正常水位為958.000 m。

1)工況Ⅰ:上游校核洪水位 +下游相應(yīng)的最低水位。

2)工況Ⅱ:上游設(shè)計(jì)洪水位 +下游相應(yīng)的最低水位。

3)工況Ⅲ:上游正常水位 + 下游相應(yīng)的最低水位。

4)工況Ⅳ:上游校核洪水位至死水位+下游相應(yīng)的最低水位。

5)工況Ⅴ:上游死水位+下游相應(yīng)的最低水位。

水庫(kù)大壩為土石壩，根據(jù)地勘專(zhuān)業(yè)提供的資料及工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比，該水庫(kù)大壩滲流分析采用的滲透系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 大壩滲透系數(shù)表

1.3.4 滲流計(jì)算成果

滲流計(jì)算成果見(jiàn)表3 和圖1 －5。

表3 大壩現(xiàn)狀滲流計(jì)算成果表

1.4 計(jì)算成果分析

根據(jù)判別公式對(duì)壩體土的滲透變形形式進(jìn)行判別:

式中:PC為土的細(xì)粒顆粒含量，以質(zhì)量百分率計(jì)，%;n 為土的孔隙率;可知本工程壩體發(fā)生流土破壞，其允許滲透坡降計(jì)算公式為:

式中:Gs 為土粒比重;n 為土的孔隙率;KB 為流土安全系數(shù)，此處采用2。

圖1 上游校核洪水位時(shí)穩(wěn)定滲流時(shí)的位勢(shì)分布

圖2 上游設(shè)計(jì)洪水位時(shí)穩(wěn)定滲流時(shí)的位勢(shì)分布

圖3 上游正常水位時(shí)穩(wěn)定滲流時(shí)的位勢(shì)分布

圖4 上游校核洪水位驟降至死水位時(shí)穩(wěn)定滲流時(shí)的位勢(shì)分布

圖5 上游死水位時(shí)穩(wěn)定滲流時(shí)的位勢(shì)分布

土粒密度及孔隙率通過(guò)類(lèi)似工程類(lèi)比得知，大壩允許滲透坡降［J］ =0.53。經(jīng)計(jì)算，長(zhǎng)生溝水庫(kù)大壩最大滲透坡降J =0.19，小于大壩允許滲透坡降［J］=0.53，不存在發(fā)生滲透破壞的可能。

綜上所述，根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》SL258—2000 的要求，將該水庫(kù)大壩的滲流穩(wěn)定安全性級(jí)別定為B 級(jí)。但是還應(yīng)做好相關(guān)除險(xiǎn)加固措施，預(yù)防安全事故的產(chǎn)生。

2 水庫(kù)土壩除加固措施

水庫(kù)土壩的加固措施可以依據(jù)其特性進(jìn)行分類(lèi)，主要包括:液化加固、地震震害加固、裂縫以及滲透破壞加固［7－8］。

以下主要介紹滲透破壞加固方法、滑坡加固方法以及裂縫加固方法。

2.1 滲透破壞加固方法

此種方法一般在遇到水庫(kù)土壩的壩基以及壩體的滲流問(wèn)題時(shí)被使用，使得水庫(kù)上游以及下游不會(huì)發(fā)生滲流現(xiàn)象，以此將土壩的抗?jié)B透能力進(jìn)行提高。

2.1.1 防滲加固方法

在上、中游設(shè)置切斷透水壩基的垂直防滲措施有:土質(zhì)截水槽、混凝土防滲墻、樁柱式防滲墻、黏土防滲墻、防滲板墻、灌漿帷幕、泥漿槽防滲墻、自凝灰漿防滲墻，混凝土防滲墻和灌漿帷幕的組合等等［9］。

2.1.2 排滲加固方法

在運(yùn)用防滲加固的方法之后，還要利用其它一些防水措施，比如褥墊排水以及棱體排水措施，壩體內(nèi)豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設(shè)備，能夠有效地將水庫(kù)上游的漏水現(xiàn)象進(jìn)行消除，使得下游壩基的水頭以及浸潤(rùn)線(xiàn)能夠下降。

2.2 滑坡加固方法

水庫(kù)的土壩一旦產(chǎn)生滑坡或者裂縫的問(wèn)題，那么必須進(jìn)行地質(zhì)勘查以及相關(guān)試驗(yàn)工作，對(duì)產(chǎn)生滑坡的原因進(jìn)行有效的分析，根據(jù)相關(guān)滑坡治理的原則，對(duì)土壩進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。通常情況下，利用土石壩中常用的主動(dòng)滑動(dòng)段減重和滑坡體前緣拋石固腳，加重壓坡的方法。

2.3 裂縫加固方法

在土壩的個(gè)性災(zāi)害中，最為普遍的一種現(xiàn)象就是裂縫的產(chǎn)生，通常多數(shù)情況下發(fā)生的時(shí)間為水庫(kù)蓄水運(yùn)行的時(shí)間段，甚至可以在壩體的表面就能看到裂縫，還有一些裂縫則隱藏在壩體的內(nèi)部，只有對(duì)土壩進(jìn)行開(kāi)挖，才能將裂縫發(fā)現(xiàn)。

土壩裂縫的治理應(yīng)根據(jù)檢查的情況和觀(guān)察資料，判斷裂縫的特征、規(guī)模和部位等，正確分析裂縫產(chǎn)生的原因，采取有針對(duì)性的措施，適時(shí)進(jìn)行加固處理。

裂縫加固方法一般是開(kāi)挖回填、裂縫灌漿以及兩者相結(jié)合。其適用范圍如下:

1)開(kāi)挖回填:適用于黏性土，裂縫≤5 m。

2)裂縫灌漿:適用于黏性土，壩體內(nèi)裂縫和非滑動(dòng)的表面裂縫。

3 結(jié) 語(yǔ)

可以預(yù)測(cè)，今后由于地形、地質(zhì)、土地淹沒(méi)、移民、環(huán)境和經(jīng)費(fèi)等因素，我國(guó)新建水庫(kù)的困難，將會(huì)逐漸增大，會(huì)愈來(lái)愈要求現(xiàn)在運(yùn)行中的水庫(kù)延長(zhǎng)壽命和擴(kuò)大效益。

同時(shí)，由于洪水的隨機(jī)性，也只能在某一防洪標(biāo)準(zhǔn)下設(shè)防，只能起到一定程度的保證作用。在我國(guó)眾多的情況下，今后水庫(kù)垮壩也難以完全避免。

因此，我們的目標(biāo)是切實(shí)加強(qiáng)水庫(kù)安全管理工作，充分發(fā)揮工程的效益，最大限度地控制水庫(kù)失事，并使垮壩災(zāi)害縮小到最低限度。

［1］年夫喜，劉家明，楊冬君，等. 八角廟水庫(kù)主壩加固滲流穩(wěn)定分析［J］. 水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010(04):23 －24.

［2］龔雪，方朝陽(yáng). 漕河水庫(kù)大壩滲流分析及加固設(shè)計(jì)方案探討［J］. 水電能源科學(xué)，2009(04):56 －57.

［3］王林偉，邊秋璞，張鈞強(qiáng). 芭茅河水庫(kù)大壩滲流安全分析及評(píng)價(jià)［J］. 三峽大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006(06):23 －24.

［4］劉杰，武建萍，高麗梅. 水庫(kù)除險(xiǎn)加固后土壩的滲流穩(wěn)定分析［J］. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2010(01):77.

［5］董占坤，梁林林. 蓮花水電站大壩滲流分析［J］. 大壩與安全，2004(06):52 －53.

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［7］白永年. 中國(guó)堤壩防滲加固新技術(shù)［M］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［8］陸付民，李建林. 堤防防滲加固方法研究［J］. 人民黃河，2004，26(09):07 －08.

［9］楊仁彥. 防滲加固技術(shù)在水利堤防工程中的綜合應(yīng)用［J］. 廣東建材，2009(04):106 －108.