馬曉麗，李德祥，錢志文

（1.青海省水利水電科技發(fā)展有限公司，青海西寧810001；2.青海省祁連縣水利局，青海祁連810400）

堤壩防滲設計在水利工程中的應用

馬曉麗1，李德祥2，錢志文2

（1.青海省水利水電科技發(fā)展有限公司，青海西寧810001；2.青海省祁連縣水利局，青海祁連810400）

水庫堤壩工程直接關系到人民生命財產的安全，應嚴格根據設計規(guī)范的要求做好堤壩設計，特別是堤壩的防滲設計。本文結合具體的水庫堤壩設計工程實例，簡要探討堤壩結構形式的選擇以及堤壩結構防滲設計，希望能對類似工程起到借鑒作用。

堤壩工程；防滲設計；水利工程

引 言

隨著我國經濟的發(fā)展，水利工程建設事業(yè)迅猛發(fā)展。水利工程作為我國基礎設施建設的重要組成部分，它的工程安全和質量直接關系到人民的生命財產安全。堤壩工程是水利工程的重要組成部分，在堤壩的設計中應嚴格根據設計規(guī)范要求進行。對于堤壩工程而言，其防滲非常重要，因此在堤壩工程設計中應做好防滲設計。

1 工程概況

本堤壩主要由三個段落組成，分別為西側堤壩、外側堤壩以及東側堤壩。堤壩的總長度為3512.34m。堤壩采用聚丙烯編織袋吹填壩型。在編織布袋內充填取自附近河流內的粉砂土，將其作為內外大小棱體，并在棱體之間吹填粉砂土。此外，在堤壩上修建一座取水泵站和排水涵閘，這兩個結構物的設計是為了滿足進水的需要。

2 堤壩的結構型式

在選擇水庫堤壩形式時，應按照因地制宜、就地取材等原則，同時應綜合考慮工程所在區(qū)域的地質條件、水文條件、氣候條件以及筑堤材料、施工條件、工程造價、工程景觀等各方面的因素，通過技術經濟比較，最終選擇一個最佳的堤壩結構型式。

本工程沿線灘面的高差大小不一，一般在2～5m之間，最大達到7m。根據堤壩所在區(qū)域地質勘察報告，總體上本工程場地內的土層分布較為穩(wěn)定。在工程所在區(qū)域附近的河流內有較好的砂源地，儲量較為豐富，可以滿足設計和施工的需要，因此用作聚丙烯編織布袋內的填土材料。

一般情況下，堤壩材料主要有土、土石、拋石和鋼筋混凝土，其中前兩種對地基土的要求最小，其次是拋石壩。因此本工程的堤壩形式可考慮土壩、土石壩和拋石壩三種形式，相對而言，拋石壩的堤身抗?jié)B性較差，進行防滲處理往往需要投入較大的資金。本工程水庫正常運行水位在4.5～5m之間，最高蓄水位可達到5.4m。本工程堤壩為3級建筑物，堤壩高程按5.4m設計，外側堤壩所在灘面高程為3m，最低處為-5m，東側堤壩地面高程為2～-4m之間，西側則為0～3m之間。堤壩堤身的高度在3～10.5m之間。堤頂的寬度為7m。

在進行堤壩壩坡設計時，應重點考慮堤壩穩(wěn)定的要求。根據穩(wěn)定計算結果，并結合相關的施工要求，本工程堤壩內坡和外坡的坡比均為1∶3。在外坡需要設置平臺，平臺高程為1m，寬度為3m。在內坡上同樣設置平臺，分別在高程-1m和3m處，寬度與外坡平臺一直。

為了堤壩工程的安全，在設計中還應充分考慮風浪、潮流等因素。一般混凝土層面厚度為0.7m。外坡采用灌砌塊石進行護坡，厚度控制在0.4m，并且在其下設置一層袋裝碎石和土工反濾布，厚度控制在0.2m，同時在堤前設置拋石護底，其寬度控制在20m，在其下設置袋裝碎石和沙肋軟體排，厚度控制在0.4m。內坡為0.4m的灌砌塊石，同時在其下也設置袋裝碎石和土工反濾布。堤壩形式設計完成之后，需要考慮堤壩的滲透問題，本工程堤壩堤身采用高壓噴射防滲板墻。

3 堤壩結構防滲設計

本水庫工程堤壩為粉砂土吹填的均質壩，壩體的滲透系數較大，一般為2×10-4cm/s左右。因此需要進行滲流穩(wěn)定計算分析，解決堤壩的滲流穩(wěn)定和滲透量問題。

3.1 滲流穩(wěn)定分析計算

3.1.1 計算工況

在計算模型中所設置的水位邊界包括:（1）外海潮位，主要考慮三種條件下的水位，分別為高程時的水位5.4m，多年平均高潮位3.92m，以及多年平均低潮水位-0.24m。（2）庫內水位，主要考慮三種條件下的水位，分別為最高蓄水位5.4m，水庫檢修水位-3m以及水位1m。計算工況見表1。

表1 計算工況

3.1.2 計算方法

滲流計算方法采用平面滲流的有限元分析，滲流有限元的基本計算公式如下:

式中，［K］為滲水系數矩陣；﹛H﹜為總水頭向量；［M］為單元儲水量矩陣；﹛Q﹜為流量向量；t為時間。

3.1.3 計算參數

計算所采用的土層滲透系數見表2。

表2 土層的滲透系數

3.1.4 計算結果

對不同工況下堤壩的滲流穩(wěn)定進行計算分析，將其結果列于表3中。

表3 不同工況下堤壩的滲流穩(wěn)定計算結果

從表3中可以清楚地看到，下游坡面滲流出逸坡降均大于粉砂的允許水力比降0.4，堤壩無法滿足滲流穩(wěn)定要求，需要設置防滲墻。

3.2 堤壩堤身防滲墻設計

考慮到本工程所設計的堤壩采用聚丙烯編織布袋充填施工成堤，因此，本工程底板采用垂直防滲方式效果相對較好。根據本工程堤壩結構特點，本堤壩不適合采用垂直鋪塑、振動沉模防滲板墻等防滲方法。高壓噴射防滲墻使用設備簡單、施工操作方便、施工效率高，耐久性強。高壓噴射墻體的有效厚度為0.2m，滲透系數為1×10-6cm/s。防滲墻插入到粘土泥面下的深度應控制在2～4m之間。高壓噴射鉆孔孔距控制在1.5m。

當堤壩堤身設置高壓噴射防滲板墻之后，再次對其進行滲流穩(wěn)定分析，如表4所示為設置防滲墻之后堤壩的滲流穩(wěn)定分析結果。

表4 設置防滲墻之后堤壩的滲流穩(wěn)定分析結果

由表4得出，當堤壩設置高壓噴射防滲板墻后，本工程堤壩滲流穩(wěn)定均能滿足設計和施工要求。

4 結語

堤壩設計關系到人民生命財產安全，在設計中應嚴格根據設計規(guī)范要求進行，其中重點是做好堤壩防滲設計。文章結合具體的堤壩設計工程實例，在本工程水庫堤壩的設計方案中采用粉砂土吹填的均質壩，針對堤壩的滲流穩(wěn)定和滲透流量情況，對堤壩設計斷面進行滲流穩(wěn)定計算分析。

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TV871

A

1672-2469（2015）10-0099-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.31

馬曉麗（1981年—），女，工程師。