關(guān)于大壩滲透的影響因素分析

黃智 陳雷

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的不斷加強(qiáng)，水利工程越來(lái)越多。大壩的興建越來(lái)越受到關(guān)注。石壩可以起到很好的截流作用，但是下閘蓄水后大壩的滲流量會(huì)隨著水位的不斷上升而增大。文章分析了可能引起大壩滲流的多種因素，利用監(jiān)測(cè)手段對(duì)大壩滲流進(jìn)行量測(cè)，采用傳統(tǒng)知識(shí)手段分析大壩滲流對(duì)水電站可能造成的影響，進(jìn)而對(duì)大壩的安全性作出可靠分析，提前采取防治措施，使大壩能夠安全健康地為人民生活生產(chǎn)服務(wù)，減少自然災(zāi)害發(fā)生的同時(shí)，合理利用并保護(hù)水資源。

關(guān)鍵詞：石壩；監(jiān)測(cè)；滲流量；孔隙水壓力計(jì)；滲透壓力

中圖分類(lèi)號(hào)：TV223.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）16-0042-02

Abstract： With the development of society and the strengthening of economy， water conservancy projects are more and more. More and more attention has been paid to the construction of the dam. Rock dams can play a good role in the closure of the flow， but the dam seepage flow will increase with the rising of water level after the sluice impoundment. This paper analyzes many factors that may cause seepage flow of dams， measures seepage flow of dams by means of monitoring， analyzes the possible influence of seepage flow on hydropower stations by traditional knowledge means， and then makes a reliable analysis on the safety of dams. Thus it takes preventive measures in advance so that the dam can safely and healthily serve the people's life and production， and reduce the occurrence of natural disasters， reasonable use and protection of water resources.

Keywords： rock dam； monitoring； seepage flow； pore water pressure gauge； osmotic pressure

引言

大壩從結(jié)構(gòu)上來(lái)講都是雄偉高大的，在水利工程中，起到一個(gè)很好的攔水閘的作用。大壩一般容量巨大，構(gòu)造堅(jiān)固，是很好的蓄水池，雖然在建設(shè)過(guò)程中很謹(jǐn)慎，但是如果不人為的加以保護(hù)，還是會(huì)抵不住自然力量的侵襲。在水電站蓄水過(guò)程中，大壩的滲透量隨著水位的升高而增加，蓄水中夾雜大量的泥沙會(huì)對(duì)壩體產(chǎn)生很大的沖擊壓力，這就要求大壩建設(shè)過(guò)程中既要滿足強(qiáng)度的要求，還要有足夠大的容量，才能對(duì)汛期河水的漲幅有足夠的調(diào)控能力，將水庫(kù)內(nèi)的水進(jìn)行安全蓄存，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)不受到侵害。本文就幾種大壩滲透的影響因素進(jìn)行分析，希望業(yè)內(nèi)人士能夠做到提前預(yù)防，起到警示的作用。

1 壩體遭受破壞引起的滲透

大壩在使用過(guò)程中，由于受著內(nèi)外兩方面的壓力作用，壩體很容易遭受破壞。同時(shí)壩體時(shí)刻還會(huì)受到地面的壓力作用，施加作用力的主體主要是泥沙和砂礫，經(jīng)過(guò)大水的沖擊，水流夾雜著泥沙和砂礫移動(dòng)，發(fā)生水土流失，壩體遭到破壞，由于失去土壤保護(hù)，壩體周?chē)寥谰蜁?huì)滲透加重，大壩因此會(huì)逐漸發(fā)生變形和位移，危險(xiǎn)程度日益加劇。加之面板應(yīng)力水平較低，各個(gè)位置的接觸會(huì)使大壩進(jìn)行移動(dòng)，這種力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于止水結(jié)構(gòu)的抗變形能力。還有常年使用后發(fā)生風(fēng)化、以及周?chē)锏那忠u，自然的侵襲等造成的壩體損壞，當(dāng)雨季來(lái)臨之時(shí)，洪水的泛濫，大量河水對(duì)壩體的強(qiáng)烈沖擊，不斷侵蝕等，都會(huì)使大壩造成嚴(yán)重危害，這無(wú)疑給整個(gè)生態(tài)環(huán)境和人民生活帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。我們必須采取措施對(duì)壩體破壞程度，滲透量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)補(bǔ)救，修復(fù)。下面就是我們針對(duì)某一壩體所做的監(jiān)測(cè)：首先我們沿防滲面板周?chē)荚O(shè)11支孔隙水壓力計(jì)。經(jīng)過(guò)測(cè)試有5支（編號(hào)1-5）有明顯的滲透水頭，在河床部位及其附近的3支（編號(hào)6、7、8）測(cè)得壩下最高水位為1291.1～1292.6，數(shù)據(jù)較為一致；兩岸趾板轉(zhuǎn)角處的2支（編號(hào)9、10）孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)高程分別是1300.000和1320.250，最高滲透壓力分別為3.100m和3.667m（對(duì)應(yīng)水位為1303.100m和1323.927m）。從9號(hào)滲透壓力隨水庫(kù)水位升高而增大，之后又減小的情況可以判斷，這應(yīng)該與周邊縫止水結(jié)構(gòu)和上游鋪蓋料的自愈作用有關(guān)系。隨著水庫(kù)水位不斷升高，9號(hào)滲透壓力又增大，但沒(méi)有超過(guò)壓力值上限，且增大的趨勢(shì)很顯然小于水庫(kù)水位的變化。而編號(hào)10的滲透壓力變化情況與編號(hào)9基本無(wú)差別。根據(jù)此兩處的觀測(cè)結(jié)果，可以判斷出此兩處滲透量不是很大，且接縫止水結(jié)構(gòu)的自愈能力正在發(fā)揮作用。

通過(guò)定期的監(jiān)測(cè)，我們收集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)細(xì)致計(jì)算后很容易掌握大壩的結(jié)構(gòu)是否工作正常，大壩的細(xì)節(jié)構(gòu)成是否起到了應(yīng)有的作用，提前將大壩的不穩(wěn)定狀態(tài)掌握，扼殺在搖籃中，將潛在的危險(xiǎn)排除掉。通過(guò)提前預(yù)防修補(bǔ)，解決滲漏問(wèn)題，使大壩脫離危險(xiǎn)之中，避免發(fā)生更大、更嚴(yán)重的危害，保護(hù)國(guó)家及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 關(guān)注容易集中發(fā)生滲透的地形

在地質(zhì)條件復(fù)雜的地方進(jìn)行施工要特別注意。越是地形崎嶇，地貌比較復(fù)雜的地區(qū)，修建一個(gè)容量大的大壩顯得尤為必要，一定會(huì)發(fā)揮很好的蓄水作用。

由于構(gòu)造發(fā)育比較奇特，這里不同于一般的建設(shè)大壩的地方。某工程處在一個(gè)非常大的斷層結(jié)構(gòu)，在此地形上建造大壩很容易引起地殼運(yùn)動(dòng)，甚至?xí)鸬卣?，這就對(duì)我們的技術(shù)人員提出更高的要求，克服地形地貌等困難因素，找到解決的辦法途徑。技術(shù)人員通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：F32斷層在本工程所在地十分常見(jiàn)，通過(guò)河床趾板，斷層上的碎石很容易就影響到周?chē)渌貐^(qū)，甚至可能會(huì)造成人員的傷亡，而斷層的透水率也相當(dāng)高，是比較嚴(yán)重的透水地帶。此項(xiàng)工程是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，這個(gè)建筑不僅是一個(gè)起著蓄水作用的水利工程，更是一個(gè)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的工程。

我們的監(jiān)測(cè)人員根據(jù)監(jiān)測(cè)方案，在F32斷層位置布置3支滲壓計(jì)，靠近趾板帷幕灌漿中心線下游一側(cè)，編號(hào)分別為P-1-01、P-1-02、P-1-03，其中P-1-01的滲透壓力與水庫(kù)水位變化同步，且低于水庫(kù)水位，和附近測(cè)點(diǎn)的水位都能保持一致，而編號(hào)為P-1-02和P-1-03的兩支滲壓計(jì)顯示的滲透壓力雖與水庫(kù)水位同步變化，但漲幅卻稍稍低于庫(kù)水位變化。而研究人員分析后得出結(jié)論：P-1-02、P-1-03這兩支孔隙水壓力計(jì)測(cè)得滲透壓力較高原因是因?yàn)槠洳荚O(shè)的位置在距離趾板下游排帷幕灌漿孔不到兩米的同一個(gè)鉆孔之內(nèi)，鉆孔處于F32斷層影響范圍內(nèi)，巖體破碎，灌漿時(shí)吃漿量大，漿液擴(kuò)散范圍比較廣，上游圍堰外力水頭作用，漿液向下游擴(kuò)散范圍必定大于上游。另外 P-1-02和P-1-03兩支滲壓計(jì)與下游趾板末端布置于斷層處理蓋板表面的P-1-01滲壓計(jì)相距僅1.0m，且蓋板與趾板間接縫未設(shè)止水，但P-1-01孔隙水壓力計(jì)與壩基其他部位的孔隙水壓力計(jì)一樣，滲透壓力均較低，因此可以斷定P-1-02和P-1-03兩支孔隙水壓力計(jì)處于帷幕有效寬度范圍內(nèi)，所以才顯示出較高的滲透壓力水平。

3 大壩其他水流供給造成影響

建造前，勘察設(shè)計(jì)人員必須對(duì)擬修建大壩的地區(qū)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查和研究，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去工作，不能有任何差錯(cuò)，否則調(diào)查結(jié)果將會(huì)對(duì)大壩造成不可估量的影響。根據(jù)某工程建造地區(qū)分析如下：

工程處于亞歐大陸板塊，屬大陸性溫帶氣候類(lèi)型，晝夜溫差比較大，一年四季氣候差異比較明顯，夏季氣溫溫和多雨，氣候濕潤(rùn)；冬季寒冷干燥，降雪較多，地面經(jīng)常會(huì)積累厚厚的積雪，當(dāng)春天天氣變暖，融化的雪水慢慢滲透到地下，會(huì)積累很大的水量。來(lái)自大壩兩肩部位的分洪，下游的壩坡，以及降水量對(duì)量水堰測(cè)量的影響等，除了這些還有一些其他的自然原因也會(huì)對(duì)壩體造成影響。例如植被的人為破壞，土地資源的破壞，水土流失，地表植被越來(lái)越少，對(duì)水分吸收的也越來(lái)越少，使大量水分直接滲透到地下，這些滲流的水分經(jīng)過(guò)地層形成蓄水，一起構(gòu)成了大壩的滲水量。假如這些沒(méi)有被破壞，不受任何因素影響，就會(huì)很準(zhǔn)確的測(cè)量到水位，而大壩在降水前后就不會(huì)出現(xiàn)很大的水位變化，大壩也不會(huì)因此出現(xiàn)不正常狀態(tài)，也不會(huì)因?yàn)槠渌蛩赜绊懚馐芷茐摹?/p>

根據(jù)目前情況分析，本工程所處位置河水水位較低，地下水位偏高，這就形成了地下水位高于河水水位的形式，地下水作為兩岸河水的供給源，持續(xù)不斷供給河水，保持水位穩(wěn)定。但由于尾水擋墻在中間的阻隔，量水堰上游的地下水補(bǔ)給也是通過(guò)量水堰排出，因此量水堰測(cè)的的數(shù)據(jù)就包含此部分補(bǔ)給水量，在測(cè)試過(guò)程中掌握了精確數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度提高將有利于大壩健康正常使用，使使用年限更長(zhǎng)久，并且在使用期內(nèi)保持一個(gè)健康安全的狀態(tài)。

4 設(shè)計(jì)缺陷造成的滲漏

從五六十年代到現(xiàn)在，很多水利工程大肆修建，我國(guó)各省市都陸續(xù)修建了很多群眾性水利工程，其豐功偉績(jī)也是有目共睹，但由于當(dāng)時(shí)對(duì)建筑行業(yè)的認(rèn)識(shí)有限，缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，很多工程為了多快好省，都是邊設(shè)計(jì)，邊施工，或者是缺乏詳細(xì)的圖紙，按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，難免會(huì)考慮不周，致使很多工程壩身過(guò)于單薄，壩面坡度太陡，部分水庫(kù)防滲斷面偏小等，有些水庫(kù)甚至未設(shè)置反濾措施等，從而導(dǎo)致大面積滲漏和散浸等問(wèn)題出現(xiàn)。

5 防止?jié)B流變形和危害的工程措施

（1）滲流控制的原則?？刂茲B流要依據(jù)控制的目的和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工程要求和地質(zhì)條件合理確定，首先要充分掌握地質(zhì)勘探資料，然后參照類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，擬定施工方案，確定施工工藝，排水措施要簡(jiǎn)單可靠，便于施工和日常維護(hù)，并且以自流排水為主，還要考慮巖體滲透的穩(wěn)定性和帷幕、排水等的長(zhǎng)期有效性。（2）防治滲流變形措施。防治滲流變形的措施主要從兩個(gè)原則入手：改變滲流的動(dòng)力條件，使水力坡度減少到允許的程度，如延長(zhǎng)滲流路徑、排水減壓等；改變巖土性質(zhì)，增加其抗?jié)B能力，如灌漿帷幕、充填混凝土等。為了減小揚(yáng)壓力強(qiáng)度，可采用水平防滲、垂直防滲以及排水等措施。垂直防滲有水泥灌漿帷幕、混凝土防滲墻、高壓噴射帷幕、混凝土截水墻等；排水措施有水平排水、垂直排水、防滲層后壩身排水管等。

6 結(jié)束語(yǔ)

大壩滲流問(wèn)題是個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，尤其是運(yùn)行年代比較長(zhǎng)的大壩問(wèn)題比較突出，應(yīng)該常抓不懈，大壩滲流問(wèn)題解決好壞是決定堤防安全與否的關(guān)鍵所在，必須由各方共同努力，因此，在設(shè)計(jì)與施工中都必需嚴(yán)格抓住防滲措施的制定與落實(shí)，設(shè)計(jì)工作人員必須不斷結(jié)合實(shí)踐，完善與修改工程設(shè)計(jì)中的不足，提高水利工程防滲設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，為保障水利水電工程建設(shè)的安全性和耐久性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。施工人員也要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通解決。通過(guò)防治后，健康的大壩內(nèi)，水質(zhì)清澈見(jiàn)底，沒(méi)有泥沙、沉淀、懸浮物質(zhì)，且滲透水比較集中，有極少的水往地面下滲透，所有的水都會(huì)在甬道里流動(dòng)，水流穩(wěn)定，可控，這樣就保證了大壩基礎(chǔ)、壩肩、壩體的整體安全，不會(huì)因?yàn)闈B透的原因?qū)⒋髩吻治g至毀。

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