小議水庫(kù)大壩防滲設(shè)計(jì)

【摘 要】水庫(kù)大壩的防滲設(shè)計(jì)主要是依據(jù)防滲要求以及施工情況而定的。本文以虛擬工程的方式探討了水庫(kù)大壩的防滲設(shè)計(jì)，希望能為今后的同類(lèi)工程設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù)大壩；防滲；設(shè)計(jì)；對(duì)策措施

一、水庫(kù)大壩防滲設(shè)計(jì)要求及施工選擇

1.1 水庫(kù)大壩的防滲要求

根據(jù)水庫(kù)大壩的設(shè)計(jì)要求以及實(shí)際使用情況，要求其防滲設(shè)計(jì)需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而保障大壩的實(shí)際使用安全以及使用壽命。具體的與水庫(kù)的承載力的初始設(shè)計(jì)有關(guān)，本虛擬水庫(kù)大壩的設(shè)計(jì)選擇水庫(kù)容量為3000萬(wàn)立方米，水庫(kù)的基本功能為灌溉與發(fā)電并存的功能性水庫(kù)大壩建設(shè)。施工的環(huán)境為紅壤粘土土質(zhì)局部具有巖石風(fēng)化成。對(duì)防滲的要求偏高。

1.2 水庫(kù)大壩的防滲施工選擇

水庫(kù)大壩的防滲施工選擇需要本著安全、有效、經(jīng)濟(jì)為基本原則。在保障了大壩主體的安全以及防滲效果的有效性的基礎(chǔ)之上通過(guò)對(duì)施工難度以及施工成本進(jìn)行綜合考慮，確定大壩防滲的施工方案以及施工設(shè)計(jì)。

根據(jù)目前主要采用的大壩防滲施工方式有：土壩、堆石壩混合壩體；粘土斜墻防滲技術(shù)兩個(gè)方面。具體的特點(diǎn)施工特點(diǎn)如下：土壩、堆石壩混合壩體：采用分段施工的方式進(jìn)行，對(duì)于壩底的施工方式采用堆石壩進(jìn)行防滲施工，中間采用粘土層與大壩進(jìn)行粘合，并在堆土墻之上至壩頂?shù)闹饕獫B透區(qū)域進(jìn)行土壩建設(shè)，土壩采用粘土土質(zhì)進(jìn)行填充，并以混凝土做防滲外墻的整體施工方式進(jìn)行。此種施工方式的主要特點(diǎn)是利用不同填充物之間的顆粒互補(bǔ)原則能夠起到較好的防滲效果，但是在施工過(guò)程中由于工藝復(fù)雜，分層明顯，對(duì)設(shè)計(jì)以及施工的要求較高。同時(shí)，由于分段的防滲壩體的施工工藝對(duì)于施工時(shí)間的要求較高。

粘土斜墻的主要施工工藝為以粘土為基本原料，以靠近壩體為基本依托，進(jìn)行防滲透絲攻，此種施工特點(diǎn)為：在理論方面較為成熟，在我國(guó)被廣泛應(yīng)用，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是在施工方面均具有較高的可行性與可操作行。材料單一，施工過(guò)程與施工實(shí)踐相對(duì)要求較低。但是，由于材料原因?qū)τ谑┕さ奶鞖鉅顩r要求較高。

由于二者對(duì)大壩防滲系統(tǒng)均有較好效果，基于成本考慮本設(shè)計(jì)選取粘土斜墻的防滲技術(shù)對(duì)虛擬大壩進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。

二、防滲主體設(shè)計(jì)

2.1 參數(shù)的計(jì)算

參數(shù)的計(jì)算主要分為對(duì)材料的防滲系數(shù)的計(jì)算進(jìn)而得到材料的搭配比例；對(duì)壩體防滲結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)而得到粘土斜墻的施工參數(shù)兩個(gè)方面：

（1）材料的防滲系數(shù)計(jì)算。具體材料防滲系數(shù)如下表（表1）

有表可以看出防滲粘土的水平防滲系數(shù)較高，適宜于作為防滲斜墻的主體填充物存在，而地基的防滲系數(shù)垂直防滲系數(shù)較低，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中增加其垂直厚度，以增加其總體的防滲效果。

（2）壩體防滲結(jié)構(gòu)計(jì)算。基于上文中給出的單體材料防滲系數(shù)，結(jié)合大壩的防滲要求對(duì)防滲斜墻的總體機(jī)構(gòu)進(jìn)行如下設(shè)計(jì)（見(jiàn)表2）：

由表2可以看出，對(duì)于防滲斜向的壩體設(shè)計(jì)進(jìn)行了人為的底部混凝土層的加厚以及填充粘土層的加厚處理，一方面滿(mǎn)足防滲斜墻的防滲功能，另一方面對(duì)壩體結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行加固處理。能夠更有效的延長(zhǎng)水壩的防滲效果以及使用壽命。

2.2 防滲斜墻的總體設(shè)計(jì)

防滲斜墻的總體設(shè)計(jì)分為三部分進(jìn)行：內(nèi)墻的設(shè)計(jì)、外墻的設(shè)計(jì)以及地基的設(shè)計(jì)。對(duì)于內(nèi)墻的設(shè)計(jì)需要加強(qiáng)其對(duì)防滲功能的要求進(jìn)而保障大壩主體的安全，而對(duì)于外墻的設(shè)計(jì)則要適當(dāng)較低防滲要求，避免夾層滲透水壓的平衡，進(jìn)而增加大壩的使用壽命與維修難度。而由于施工地質(zhì)的原因?qū)τ诘鼗O(shè)計(jì)則需要進(jìn)行一系列加強(qiáng)處理以增加地基的防滲效果。具體設(shè)計(jì)如下：

內(nèi)墻的設(shè)計(jì)：采用342cm內(nèi)墻底部厚度與52cm的內(nèi)墻頂端的黏土墻厚度設(shè)計(jì)，其中采用雙層混凝土灌注的方式對(duì)斜墻進(jìn)行施工，外側(cè)混凝土層的施工保障了整體斜墻的防滲透效果，內(nèi)側(cè)的混凝土層保障了防滲斜墻與大壩主體的契合。進(jìn)而保障了水平方向的非遵從滲透現(xiàn)象的出現(xiàn)。

外墻的設(shè)計(jì)：采用傳統(tǒng)的0.8：1的設(shè)計(jì)原則對(duì)內(nèi)向進(jìn)行分度削減的原則，在保障了防滲效果的同時(shí)降低了施工的成本。

大壩地基的原始層為沙石結(jié)構(gòu)，防滲效果低，容易造成水體對(duì)大壩的沖刷，進(jìn)而對(duì)于地基的防水層設(shè)置采用了粘土鋪設(shè)加強(qiáng)混凝土施工的方式進(jìn)行，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則的情況下增加地基混凝土層的厚度與寬度，進(jìn)而增加其水平與垂直方向的防滲透效果。具體設(shè)計(jì)采用3000cm的水平施工距離以及120cm的垂直施工距離對(duì)防滲效果進(jìn)行有效的保障。

三、設(shè)計(jì)中需要注意的三個(gè)問(wèn)題

在大壩防滲透設(shè)計(jì)過(guò)程中主要需要注意分層設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)、不均勻斜墻的設(shè)計(jì)、非初始地基的設(shè)計(jì)等三個(gè)主要問(wèn)題：

3.1分層設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)。所謂的分層設(shè)計(jì)理念是指在實(shí)際的施工以及設(shè)計(jì)階段需要考慮到不同的水層帶來(lái)的不同水壓而造成的滲透可能性的不同，進(jìn)而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)不同問(wèn)題以及不同的環(huán)境所設(shè)計(jì)不同的方案進(jìn)行處理，具體的處理方式包括了對(duì)填充物密度的區(qū)別設(shè)計(jì)以及對(duì)填充厚度的區(qū)別設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，在對(duì)于填充物密度的區(qū)別設(shè)計(jì)方面主要體現(xiàn)在對(duì)施工的要求中，對(duì)不同環(huán)節(jié)以及層面的大壩防滲填充物進(jìn)行不同力度的灌漿以及壓實(shí)處理，進(jìn)而達(dá)到當(dāng)下層面的滲透力平衡的目的。而對(duì)于防滲斜墻的不同填充厚度的區(qū)別設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在不同的填充物與混凝土外墻的比例影響了防滲斜墻的滲透壓以及防滲系數(shù)，對(duì)重點(diǎn)呢區(qū)域如水面點(diǎn)、水底結(jié)合點(diǎn)等高滲透強(qiáng)度的區(qū)域可以適當(dāng)增加混凝土外墻的厚度，降低填充物等方式來(lái)達(dá)到不同厚度的組合進(jìn)而增加防滲安全性的目的。

3.2不均勻斜墻的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的防滲斜墻設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)梯形的施工概念，由上至下為直線(xiàn)式施工。在前人的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以不均勻的弧線(xiàn)施工方式能夠較好的增加水平以及垂直的防滲效果。因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中建議采用外弧線(xiàn)的設(shè)計(jì)方式，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為底部厚、頂部薄的非均勻、非直線(xiàn)設(shè)計(jì)方式。與相同的厚度直線(xiàn)設(shè)計(jì)方式相比較，垂直防滲效果由于單位滲透分壓的降低能夠有效提高防滲系數(shù)20%以上。在水平的防滲透效果方面同樣的理由可以降低有效的防滲透面積與體積進(jìn)而提高防滲效果15%左右。

3.3非初始地基的設(shè)計(jì)。所謂的非初始地基設(shè)計(jì)是指在在原有的地基設(shè)計(jì)過(guò)程中延長(zhǎng)地基的水平方面延伸，一方面能夠有效的降低由于水庫(kù)底部高滲透系數(shù)帶來(lái)的不遵從滲透對(duì)防滲墻的損害。另一方面可以有效的增加水平防滲地基與垂直防滲強(qiáng)的切合程度，同時(shí)保障了不均勻斜墻設(shè)計(jì)的可能性。最終達(dá)到整體增加防滲效果的目的。