水庫壩體滲流及邊坡穩(wěn)定計算

馬楠

寧夏水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司 寧夏銀川 750001

1 水庫大壩防滲處理原則

1.1 大壩滲漏的原因分析

要想解決大壩的滲漏問題，前提是必須要弄清楚大壩滲漏的原因。我國的大壩類型大部分都是土石壩，出現(xiàn)大壩滲漏問題的原因一般有兩種。第一種就是由于滲流而引起的破壞。根據(jù)我國的相關(guān)調(diào)查表示，由于滲流變形而造成大壩出現(xiàn)問題占所有原因的60%。這種情況的出現(xiàn)主要就是因為大壩基底滲流，使壩基巖石層中的石子或者土粒發(fā)生松動而引起滲漏。第二種是壩體變形引起的破壞。在滲流的影響下，壩體內(nèi)部物質(zhì)分布不均勻，對滲流的抵抗力變小，最終引起某些薄弱的部位出現(xiàn)變形，甚至倒塌，這種現(xiàn)象就屬于變形破壞[1]。

1.2 大壩防滲處理的原則

大壩的防滲處理工作在水利工程中是一項十分重要的工作，防滲處理需要遵循很多的原則。防滲處理的要求基本體現(xiàn)在以下四個方面：功能用途、設(shè)計技術(shù)、工程成本和安全環(huán)保。在功能用途方面，需要滿足基本功能，符合“上堵下排”的原則；技術(shù)方面，要求技術(shù)合理，達到各項技術(shù)指標；工程成本不應超過預算，提前做好相關(guān)工作，使工程又經(jīng)濟又合理；在環(huán)保方面，工程不造成環(huán)境破壞，也不會對人文環(huán)境造成不好的影響。

2 水庫大壩防滲處理技術(shù)

（1）黏土鋪蓋。這種技術(shù)的應用并不廣泛，但在一定環(huán)境下，這種方法還是很適用的。比如，對于一些小型大壩，通常會有很厚的一個覆蓋層，在這種情況下，如果采用黏土鋪蓋的方法就可以在一定程度上抵御蓄水滲流，降低滲流程度，延長大壩的使用周期，從而體現(xiàn)出特別經(jīng)濟的一面，而且效果還比較好，而采用防滲墻等其他技術(shù)就會耗費相當大的人力、物力和財力。

（2）水泥樁防滲墻。水泥防滲墻技術(shù)是垂直防滲技術(shù)的一種，可采用的方法有很多種，比如多頭深層攪拌水泥土、倒掛井法等。這種技術(shù)主要是依靠水泥的黏性，通過水泥攪拌機的攪拌，將具有黏性的水泥用噴射設(shè)備注入到大壩壩體中，使大壩土體與水泥充分混合，形成一個個水泥樁結(jié)構(gòu)，然后再把這些樁結(jié)合起來，就形成了水泥防滲墻。由于墻體的硬度較強，而且連續(xù)性較好，從而達到了防滲效果。

（3）混凝土防滲墻。混凝土防滲墻技術(shù)起源于意大利，屬于垂直防滲技術(shù)。這項技術(shù)是利用置換法，主要是將壩體中的泥沙置換成聚合效果更強的混凝土材料，由混凝土材料形成墻體，從而達到防滲效果?？刹捎玫姆椒ㄓ校轰彶鄯?、射水法和薄型抓斗法等。這幾種方法中，鋸槽法具有成墻質(zhì)量好、效率高的優(yōu)點，比較適用于一些黏性效果不好的砂土層和淤泥質(zhì)土層；射水法對工藝的要求不是很高，而且成本也較低，但其適用性不強。一些含有較大砂礫的河床就不適合采用射水法；薄型抓斗法的適用范圍較廣，工藝效果良好，但其需要投入的設(shè)備量大。

（4）劈裂灌漿技術(shù)。灌漿技術(shù)是水利工程中的關(guān)鍵步驟，其中劈裂灌漿技術(shù)是針對大壩防滲加固使用最廣泛的技術(shù)。在壩體的垂直分布方向上，找準裂縫的位置，根據(jù)實際地形進行布孔，在保證安全的情況下，依靠灌漿的壓力使壩體劈開，將泥漿通過孔灌入到壩體中，使壩體更加牢固，從而起到防滲效果[2]。

（5）防滲膜等防滲材料。防滲膜具有普通防水材料無法比擬的防滲效果，HDPE防滲膜具有高強抗拉伸機械性，它優(yōu)良的彈性和變形能力使其非常適用于膨脹或收縮基面，可有效克服基面的不均勻沉降，水蒸汽滲透系數(shù)高，耐老化性能—防滲膜具有優(yōu)秀的抗老化、抗紫外線、抗分解能力，可裸露使用，材料使用壽命達50-70年，為環(huán)境防滲提供很好的材料保證，施工速度快—防滲膜有很高的靈活性，有多種規(guī)格多種鋪設(shè)形式滿足不同工程防滲要求，采用熱熔焊接，焊縫強度高，施工方便、快速健康

3 壩體邊坡穩(wěn)定計算

受同心縣水務局委托，我公司承擔了“寧夏中部干旱帶脫貧攻堅水源工程同心縣馬家塘水庫”技施設(shè)計。本次計算為壩體抗滑穩(wěn)定計算。馬家塘水庫壩體為碾壓式均質(zhì)土石壩，壩頂高程1341．4m，設(shè)計位 1339．4m。設(shè)一級馬道，設(shè)計高程1330．2m，臺面寬度 4．0m。壩頂寬 5．0m，最大壩高 26．71m，壩長 3731．74m。根據(jù)壩高及地質(zhì)的不同，選取樁號1+350、1+625、1+800、3+075處作為計算斷面。以壩腳處向外30m，壩基深度40m建立計算模型。

3.1 計算工況和參數(shù)選擇

根據(jù)地質(zhì)勘查后試驗成果：

①壩體填土（選用壤土、砂壤土按1:0．7混合料）滲透系數(shù)k=8．19×10-5cm/s；

②壩基角礫滲透系數(shù)k=0．03cm/s；

③濕陷性壤土滲透系數(shù)k=1．5×10-4cm/s；

④非濕陷性壤土滲透系數(shù)k=1．17×10-4cm/s；

⑤濕陷性砂壤土滲透系數(shù)k=9．2×10-4cm/s；

⑥非濕陷性砂壤土滲透系數(shù)k=2．46×10-4cm/s；

⑦礫砂滲透系數(shù)k=0．03cm/s；

⑧中砂滲透系數(shù)k=5．0×10-3cm/s

從壩頂?shù)綁文_上游坡坡率m1=1:2．75，下游坡坡率m2=1:2．5。

4 計算結(jié)果分析

經(jīng)計算，水庫迎水側(cè)壩坡1:2．75，背水側(cè)壩坡1:2．5，只在防滲膜失效情況的地震工況下壩坡安全系數(shù)不滿足規(guī)范允許安全系數(shù)，其余工況均滿足規(guī)范要求。考慮到防滲膜完全失效與地震工況相結(jié)合的情況出現(xiàn)概率極小，因此堤身滿足穩(wěn)定要求[3]。

5 結(jié)語

通過基于上述滲流和壩坡穩(wěn)定性計算設(shè)定上游和下游截止谷，有效地實現(xiàn)了降低壩基的穿透率和降低污物管道風險的效果。安全系數(shù)也得到改善。在水庫正常水位和檢測洪水位的情況下，可以保證上下游壩坡的穩(wěn)定性，因此本項目可以采用截水截流作為經(jīng)濟，安全的防漏措施。