符怡森

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

0 引言

防滲加固工程主要是控制滲流，使壩體壩基的滲流控制在一定范圍內，不致因滲流破壞而影響整體工程的安全性[1]?？刂圃瓌t是前堵后排，保護滲流通道安全。常見的滲流控制措施有防滲墻、灌漿、鋪蓋以及減壓井、減壓溝和濾層等。針對不同工程應結合滲漏情況和施工現場采用不同的防滲技術和措施，同時滿足投資、工期和防滲效果的要求。細棗池水庫防滲加固方案的選取及效果評價可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

細棗池水庫位于德江縣高山鎮(zhèn)高橋村境內，地理位置為東經108°09′，北緯28°30′。主要任務為灌溉，兼人畜飲水和鄉(xiāng)村防洪。水庫樞紐包括大壩、放水設施、岸邊溢洪道等建筑物，工程等別為Ⅳ等，大壩、溢洪道、放水設施等永久建筑物級別為4級。細棗池水庫正常蓄水位為1 082 m，死水位為1 069.7 m，興利庫容107萬 m3。水庫防洪標準按50 a一遇(P=2%)洪水設計，500 a一遇(P=0.2%)洪水校核，設計洪水位(P=2%)1 083.40 m，校核洪水位(P=0.2%)1 083.80 m，總庫容148萬 m3。地理位置分布見圖1。

圖1 細棗池水庫地理位置圖

2 防滲加固措施

細棗池水庫因年久失修，原導流涵管及放水涵洞存不同程度的滲漏，原導流涵管與壩體及基巖接觸帶滲漏較為嚴重，滲漏量較大。通過對水庫基本情況的了解及對大壩滲漏原因的分析，經多方面考慮，本次除險加固擬提出以下方案。

2.1 防滲布置

(1)對壩體上部(死水位1 069.7 m以上)采取置換上游壩面復合土工膜、更換及加厚上游壩面砼預制塊等壩面處理措施；(2)對下部壩體(死水位1 069.7 m以下)及壩體與基巖的接觸帶分別采取壩內充填灌漿和壩基帷幕灌漿相結合的處理措施；(3)對兩岸坡壩基和左、右壩肩巖體采取帷幕灌漿防滲處理措施；(4)增設取水隧洞上游岸塔式取水口(含平門閘門、攔污柵及下游交通橋)。

(1)通過左岸放水隧洞將水庫水位放至死水位1 069.7 m高程以下，依次拆除上游壩面1 069.7 m高程以上的上游護坡體：8 cm厚C15砼預制塊、15 cm碎石墊層及10 cm粗砂墊層，拆除上游面老舊復合土工膜。之后重新更換復合土工膜，依次填回10 cm粗砂墊層、15 cm碎石墊層，最后采用10 cm厚C15砼預制塊護坡壓面(施工時通過深挖、調整土工布下部的粗砂墊層，使重建后壩面與1 069.7 m高程以下的原已建壩面保持坡比協調一致，恢復至原設計壩面坡度)。并在上游壩面1 069.7 m高程設置寬2.5 m、厚0.75 m的C25砼齒墻(此齒墻兼用作上游壩面下部的帷幕灌漿平臺)，新換復合土工膜上部需埋入壩頂，拆除重建防浪墻，下部埋入新增C25砼齒墻內，兩岸埋入拆除后恢復重建的岸坡段C25砼齒墻內(兩側齒墻分布高程為1 069.7～1 084 m，沿老齒墻拆除位置恢復重建，須在大壩與岸坡連接處設置排水溝，集水排入庫內)。

(2)對上游壩面死水位1 069.7 m高程以下的壩體及壩基進行防滲，設計采用在1 069. 7m新建2.5 m寬齒墻平臺上設置防滲帷幕的型式進行防滲(包括壩體內充填灌漿及壩基帷幕灌漿兩部分)；對于死水位1 069.7 m高程以上的壩體兩岸坡壩基及兩壩肩，設計采用帷幕灌漿的型式進行防滲處理(沿壩體上游面兩岸坡恢復重建齒墻布置)。

2.2 附加措施

為了提高水庫運行效率，增設左岸放水隧洞進口取水及檢修設施。擬新增的進水口井筒基礎布置在已建放水隧洞進口位置，井筒下部基礎采用C20砼回填，基礎面設固結灌漿，間距3 m，孔深5 m，梅花形布置。進水口底板高程為1 067.28 m，與已建放水隧洞進口底板基礎一致，低于死水位高程1 069.70 m，閘門井平面尺寸6.2×4.2 m(長×寬)。取水進口為喇叭型，頂板及兩側為橢圓曲線，進口設置1.6×1.3 m攔污柵，其后接1×1 m事故檢修閘門一扇。閘門井頂部高程1 085 m與壩頂防浪墻墻頂高程一致。進水口攔污柵和平板事故閘門共用一個啟閉機室，啟閉機室置于取水口閘門井上部，為雙層框架構件。啟閉機室設置攔污柵和事故閘門啟閉設備各一臺，分別為CD1-100kN-5m的電動葫蘆、QP250kN-18m的高揚程卷揚式啟閉機。進水口井筒下游通過C25鋼筋砼交通橋與下游運行便道連接，交通橋跨度11.5 m。

3 滲流穩(wěn)定復核

細棗池水庫大壩為土工膜防滲粘土斜墻土石混合壩，地基為不透水地基。本工程滲流計算分析采用河海大學工程力學研究所編寫的滲流穩(wěn)定分析軟件Autobank7.4進行運算。擬定本工程滲流穩(wěn)定計算為以下4種組合工況：

(1)庫水位為正常蓄水位工況；

(2)庫水位為設計洪水位工況；

(3)庫水位為校核洪水工況；

(4)庫水位由正常蓄水位降至1/3壩高水位時工況。

3.1 計算方法

對于穩(wěn)定滲流，符合達西定律的非均各向異性二維滲流場，水頭勢函數滿足微分以下方程：

(1)

式中：φ=φ(x,y)為待求水頭勢函數；x，y為平面坐標；Kx，Ky分別為x，y軸方向的滲透系數。

水頭φ還必須滿足一定的邊界條件，經常出現以下幾種邊界條件：

(1)在上游邊界上水頭已知

φ=φn

(2)

(2)在逸出邊界水頭和位置高程相等

φ=z

(3)

(3)在某邊界上滲流量q已知

(4)

其中l(wèi)x，ly為邊界表面向外法線在x，y方向的余弦。

將滲流場用有限元離散，假定單元滲流場的水頭函數勢φ為多項式，由微分方程及邊界條件確定問題的變分形式，可導得出線性方程組：

[H]{φ}={F}

(5)

式中：[H]為滲透矩陣；{φ}為滲流場水頭；{F}為節(jié)點滲流量。

求解以上方程組可以得到節(jié)點水頭，據此求得單元的水力坡降、流速等物理量。求解滲流場的關鍵是確定浸潤線位置，Autobank采用節(jié)點流量平衡法通過迭代計算，自動確定浸潤線位置和滲流量。滲流計算簡圖見圖2。

3.2 計算結果

(1)工況一：庫水位為正常蓄水位時，穩(wěn)定滲流計算結果見圖3和表1。

計算結果表明，正常蓄水位穩(wěn)定滲流期壩體單寬滲流量為0.115 m3/d，按壩體寬度140 m計算，壩體總滲流量約13.27 m3/d，即約0.15 L/s。浸潤線溢出點為壩腳，浸潤線較為合理。

(2)工況二：庫水位為設計洪水位時，穩(wěn)定滲流計算結果見圖4和表2。

圖2 滲流計算簡圖

圖3 正常水位蓄水位穩(wěn)定滲流期浸潤線 圖4 設計水位穩(wěn)定滲流期浸潤線

表1 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期計算成果表

表2 設計洪水位穩(wěn)定滲流期計算成果表

計算結果表明，設計洪水位穩(wěn)定滲流期壩體單寬滲流量為0.146 m3/d，按壩基寬度140 m計算，壩體總滲流量約16.8 m3/d，即約0.194 L/s。浸潤線溢出點為壩腳，浸潤線較為合理。

(3)工況三：庫水位為校核洪水位時，穩(wěn)定滲流計算結果見圖5和表3。

計算結果表明，校核洪水位穩(wěn)定滲流期壩體單寬滲流量0.092 m3/d，按壩基寬度140 m計算，壩體總滲流量約10.44 m3/d，即約0.121 L/s。浸潤線溢出點接近壩腳，浸潤線較為合理。

(4)工況四：庫水位由正常蓄水位降至1/3壩高水位時，非穩(wěn)定滲流計算結果見圖6和表4。

圖5 校核洪水為時穩(wěn)定滲流浸潤線 圖6 水位降落滲流浸潤線

計算結果表明，正常蓄水位降至1/3壩高水位時，非穩(wěn)定滲流期壩體最大單寬滲流量0.215 m3/d，最小單寬滲流量0.000 1 m3/d，浸潤線溢出點在壩腳，屬于正常現象，浸潤線較為合理。

表3 校核洪水位時穩(wěn)定滲流計算成果表

表4 水位降落時穩(wěn)定滲流計算成果表

4 結語

針對細棗池水庫現狀，通過對壩體、壩基和左、右壩肩巖體采取帷幕灌漿防滲處理措施，解決了壩體、壩基及兩岸坡的滲漏問題。同時，增設左岸放水隧洞進口取水及檢修設施、改善了水庫的運行條件，提升了工程的運行品質和效益，滲流復核結果表明水庫采取的措施是可行的。