分析壩前泥沙淤積對大壩基礎滲流影響

蔣國星

【摘 要】近些年來，水利工程事業(yè)在我國的基礎設施建設中所占據的比例越來越大，其在人類日常生活和社會生產中所發(fā)揮的作用日益突出，這也促使了人們對水利工程施工建設技術研究的不斷深入。壩前泥沙淤積問題作為影響水利工程整體性的主要原因之一，也是提高壩體抗?jié)B性能的重要途徑，為此做好其有關控制和研究至關重要。本文首先闡述了壩前泥沙淤積問題的影響，結合實際工程案例提出了有關控制策略，以供同行工作參考。

【關鍵詞】水利工程；大壩；泥沙堆積；滲流問題

就多年的工作實踐進行分析，一個水庫在運行的過程中，如果壩體基礎前方產生淤泥堆積問題，不僅會造成整個水庫庫容受到嚴重的影響，同時壩體結構的防滲性能也飽受考驗。就淤泥問題出現(xiàn)分析，其自從淤泥堆積以來隨著時間的推移使得整個水庫的水位不斷提高，水庫庫容嚴重縮小、水位不斷升高，并且還給水庫壩體整體性和水平抗荷載提出了考驗。但是它并不是一無是處的，它在提高壩體防滲性能上發(fā)揮著重要意義，同時有效的保障了壩體結構的整體性。為此，在水路工程施工建設中我們有必要對壩前泥沙淤積問題進行研究，以保證水利工程功能的正常發(fā)揮。

1.水利工程壩前泥沙淤積問題分析

在當今的水利工程施工建設中，在那些泥沙較多的河流上的水庫，經常會在壩體結構前方產生嚴重的泥沙堆積問題，這些泥沙不斷沖擊著壩體機構，慢慢沉降，從而在壩體結構上形成了一層天然的防滲層，雖然在壩體水平荷載上造成了嚴重的威脅，但是卻有效的提高了壩體的防滲結構。尤其是對于一些中小型的水利工程而言，其在施工建設的過程中要想達到預計防滲要求可謂是難之又難，而采用這種方法來提高壩體防滲技術可謂是有著先天性優(yōu)勢，不僅減少了工程的施工量，同時也有效的保障了工程的整體性、抗?jié)B性和耐久性。

就我國的水利工程施工實踐進行分析，絕大多數(shù)的水利工程項目在壩前出現(xiàn)淤泥堆積之后其下方出現(xiàn)的滲流量極大的減小，隨著時間的推移這種問題最終消失不見。雖然在這個時候其水庫壩體結構的水平荷載受到嚴重的考驗，同時其水庫容量大幅度縮小，所謂瑕不掩瑜由此所造成的工程優(yōu)勢卻不容我們忽視。

2.某水利工程壩前泥沙淤積對大把基礎滲流影響進行分析

在某水利工程項目中，大壩的壩體結構是以堆石壩為主構成的，整個大壩結構高度為160米，其處于泥沙較多的河流上游，根據有關數(shù)據統(tǒng)計，其壩前泥沙淤積厚度早已經超過了120米。為此，在工程施工建設的過程中，為了有效的利用壩前泥沙所形成的天然防滲鋪蓋，在進行機構設計的過程中對于壩體結構的整體性、抵抗水平荷載能力以及結構的安全性都給予了高度重視，也進行了嚴格的控制；同時對于水利工程的庫容量也增加了很多。在該水利工程項目中，水庫在蓄水之后，其泥沙中的粒徑大約都是0.05mm.屬于細粉砂，這些沙礫的存在可謂是一個良好的天然防滲層，給工程的整體性提供了扎實的基礎。就該水利工程運行的幾年時間里進行分析，在上世紀末期，該水利工程的蓄水水位高達275米，而經過5年時間的運行之后，我們測量發(fā)現(xiàn)，該水利工程的水位高度僅僅為255米，由此可見泥沙堆積所引發(fā)的水利工程庫容影響。

2.1水庫蓄水初期

2.1.1壩前泥沙淤積

某水庫蓄水前，壩前庫底高程約為132m，水庫蓄水后，隨著泥沙的淤積，壩前淤積泥沙頂面逐年抬高， 2000年9月25日、2001年12月22日和2002年12月18日壩前1.32km處分別達到160.30、174. 90m和180.50m。2003年7月11日壩前60m處達到178.8m，泥沙淤積厚度約為47m，淤積面基本為水平面。

2.1.2壩前淤積鋪蓋防滲效果

某水庫自下閘蓄水到2003年7月，水庫最高水位為240.87m。埋設在大壩帷幕前河床覆蓋層中的基礎滲壓計P81的觀測水位反映了經淤積鋪蓋消減后的壩前基礎水位，庫水位與P81測值之差反映了淤積鋪蓋的防滲效果。水位差過程線見圖1。

圖1 庫水位及庫水位與P81水位差過程線

從圖1可以看出，從1999年10月水庫開始蓄水到2001年8月，庫水位與P81水位差總體上隨庫水位上升而增加、隨庫水位下降而減小， 2000年11月8日，上游三門峽水庫進行拉沙運用，某壩前淤積明顯，導致庫水位與P81水位差突增16.4m，壩前其他滲壓計讀數(shù)也普遍下降，表明蓄水初期壩前泥沙淤積對大壩基礎防滲效果顯著。隨著壩前泥沙淤積厚度增加速度的放緩或停滯，這種變化在2002年9月～2003年7月庫水位在230m以下時已變得不明顯。

2.2高水位時期

2003年后，汛期受“華西秋雨”影響，某水庫水位快速上升，10月15 日達到265.48m，超出前期最高水位（ 240.87m）24.61m，距水庫設計最高水位275m不足10m。2004 ～2006年，水庫最高水位分別為261. 99、263.41m和256.32m，水庫進入高水位運行期。

2.2.1壩前泥沙淤積

2006年11月26日，某壩前泥沙淤積面高程為182.5m，比2003年7月11日升高了3.7m，泥沙淤積厚度約為51m，壩前淤積面仍然為水平面，泥沙粒徑也基本未變。

2.2.2壩前淤積鋪蓋防滲效果

壩前泥沙淤積鋪蓋防滲效果可以用水頭削減比率來表示。水頭削減比率是指淤積鋪蓋所削減的水頭（庫水位與鋪蓋下P81測值之差） 與大壩上下游水位差之比（用百分數(shù)來表示） 。

2003年7月以后，庫水位及淤積鋪蓋的水頭削減比率過程線見圖2。

圖2 庫水位及淤積鋪蓋的水頭削減比率過程線

從圖2可以看出，經過2003年汛后首次高水位運行以后，某水庫壩前淤積鋪蓋水頭削減比率與庫水位的變化呈反比關系，隨庫水位升高而減小、隨庫水位降低而增加；隨著高水位運行時間的延長，淤積鋪蓋的水頭削減比率變化幅度也逐步減小， 2006年以來一直穩(wěn)定在50%～75% ，也就是說，從壩基防滲來講，淤積鋪蓋削減了大壩工作水頭的一半以上，說明壩前淤積鋪蓋的防滲效果較好。

2.3初步分析意見

某大壩防滲系統(tǒng)的設計原則為“以垂直防滲為主、水平防滲為輔”。水庫最初3年蓄水位相對較低的情況下，隨著壩前泥沙的快速淤積，庫區(qū)水平淤積鋪蓋初步形成并逐漸固結，這對于防止水庫從庫底垂直向下滲流的效果非常明顯；隨著壩前三角區(qū)淤積的完成，淤積面上升速度逐漸變緩甚至停滯，在經過3個蓄水期高水位運行以后，淤積鋪蓋對壩基的防滲效果隨庫水位升高而減小、庫水位降低而增加，隨高水位運行時間的延長，淤積鋪蓋的防滲效果逐漸穩(wěn)定，淤積鋪蓋削減了大壩工作水頭的一半以上。

3.結束語

總之，經過工作研究表現(xiàn)出該水庫在蓄水的初期就發(fā)生快速的淤泥堆積，壩前的垂直防滲漏效果十分明顯；在壩前的三角區(qū)域淤泥堆積完畢后。淤積鋪蓋的對大壩的總體防滲漏效果伴隨著水庫的體位提高而減小、庫區(qū)水位的降低而增加，并隨著水壩長時間高水位運行，泥沙的淤泥負擔了大壩工作的百分之五十以上，這個過程中十分有效的利用了水庫壩前淤積的泥沙，從而形成一個天然的防滲層來加強大壩的防滲工作。

【參考文獻】

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[2]黃新凱，張清芬.水壩之爭[J].大自然，2006（04）.