水庫土壩滲流穩(wěn)定方法及除險策略

劉意美

(梅州市水利水電勘測設計院，廣東 梅州 514000)

土壩在我國大壩中的應用比例最高，多數(shù)土壩建于1950-1960年間。全面了解土壩的運行情況以及做好防洪安全管控工作十分重要。目前水利工程檢測土壩滲流的常用設備為開放式測壓管，得到了廣泛應用[1]。并且通過多年來的實踐發(fā)展，通過對多種觀測資料的收集，詳細了解壩體滲流及基礎，為水庫土壩的加固及日常維護工作提供了重要的參考依據。近些年來，我國應加強了對水庫土壩安全評估工作的重視。目前，雖然危險水庫安全評估工作及加固工作水平越來越高，但是仍存在一定的風險，需要對更多大壩情況進行總結，進而制定有效的除險策略，保證水庫土壩的質量。

1 工程概況

某水庫位于五華縣岐嶺鎮(zhèn)華源村，所在河流為雙頭河支流，水庫離岐嶺鎮(zhèn)府7km，離縣城45km。該水庫在1977年8月開工建設，1978年8月建成開始蓄水投入使用。壩址以上集雨面積0.21km2，總庫容為3.43萬m3(本次復核)，參照小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等，永久性主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。水庫始建時按20a一遇洪水設計、200a一遇洪水校核。水庫是集灌溉、防洪于一體的綜合利用的小(2)型水庫。主要灌溉華源村農田面積46.67hm2，捍衛(wèi)耕地11.33hm2，保護人口2500人、華源小學、省道。工程現(xiàn)狀：①大壩為均質土壩，經實測復核，大壩壩頂高程為223.0m，壩頂長為53m，壩頂寬度為3.0m，最大壩高9.0m，無防浪墻，大壩上游坡坡比為1∶2.0，下游壩坡為草皮護坡，坡比為1∶1.8。上游坡無護坡，且雜草叢生。下游坡雨水沖刷、侵蝕嚴重，凹凸不平，雜草叢生，無岸坡和水平排水溝，下游坡無反濾導滲設施。大壩無水位、雨量觀測設施。②溢洪道位于大壩右端，溢洪道為無控制開敞式寬頂堰，溢洪道為土渠，堰頂高程220.60m，溢洪道凈寬4.0m，溢洪道未進行“三面光”襯砌，兩側墻為原山土，過流面被沖刷許多溝槽，無消能設施，無防汛交通橋。③輸水涵管位于大壩左岸，輸水涵為預制混凝土圓涵，位于大壩左側，放水設備為漿砌石的分級斜臥管(哨涵)。臥管多處淤積堵塞，無法正常放水。

2 水庫土壩滲流穩(wěn)定方法

大壩防滲處理工程是本工程的關鍵線路，必須作為重點工期來安排。下面對水庫土壩滲流穩(wěn)定方法展開分析。

2.1 對比法

該方法得到了壓力管道數(shù)據分析的廣泛應用，效果確切。在對原始數(shù)據進行搜集的過程中，工作人員需要認真分析水庫的水位，與過往數(shù)據進行對比展開分析。為了能夠有效提高檢測數(shù)據的可靠性和準確性[2]。需要對異常數(shù)據進行再次校對，及時發(fā)現(xiàn)存在偏差的數(shù)據，使其作為可靠的數(shù)據。本工程中使用該方法對水庫水位數(shù)據和過往數(shù)據進行對比，得到了精確的結果。

2.2 管水位過程線法

對管水位及庫水位滯后時間進行測量，分析多種問題之間存在的聯(lián)系，并對水位及降水量之間的關系進行全面分析。為了加強對壩基滲透壓力以及壩體防滲情況的了解，確保數(shù)據的連續(xù)性[3]。測壓管水位處理線屬于高水位下的水位線，如果線條較平，則表示操作無誤[4]。如果線條發(fā)生異常，那么則說明管道及裂縫可能滲入變形。如果水位向下傾斜較為嚴重，則可能因為水庫沉降作用所致。如果管線向上傾斜，那么可能管的滲透性上升，并且土壤滲透性下降。本工程中操作無誤，數(shù)據具有連續(xù)性。

2.3 相關線法

繪制測壓管水位線的主要作用為發(fā)現(xiàn)測壓管水位同上水位及下水位之間的關系，進而有效評估測液管的穩(wěn)定性[5]。將管道水位當作垂直坐標，將水庫水位作為水平坐標，將散度點清楚，將測量點集中于直線及平滑曲線上，根據相關數(shù)獲得方程及系數(shù)。系數(shù)和庫水位對測壓管的影響呈正相關關系。如果系數(shù)≤0，則說明壓力管和儲層水位無明顯關系，或者壓力管的穩(wěn)定性不佳[6]。

2.4 位勢分析法

滲流場中壓力管水位所占比例最大。基于下游水位沒有非常固定的條件，存在明顯變化，使用重力位分析法能夠得到準確結果。在運行狀態(tài)下，水位流程線應靠近水平線，尤其其位于壩基的測量管。通常情況下，隨著時間的進展，心墻以及下游壓力管的電位會明顯下降，這也說明滲透性能在不斷提升，工程具有安全性，反之壩基及壩體則會因滲流受損。

2.5 滲壓坡降分析

為了能夠進一步掌握水壩基的水壓分布狀況，應加強對防滲路面、排水邊、混凝土防滲墻運行情況的監(jiān)測以及全面評估砂礫石壩基的滲流穩(wěn)定性，查看其是否存在變形情況?；谔囟ㄋ畮焖幌拢x擇合理的壩基管道水位對滲流的坡度進行有效計算。滲透坡度指的是儲層水位和一條管道或者兩條鄰近管道水位之間的比，以及路面前方到管道同鄰近兩條管道間水平距離的比。

3 水庫土壩除險策略

3.1 使用背水側壓滲蓋重，以防發(fā)生管涌

基于背水側地形條件的允許，并且所應用的防滲幕墻成本較高，使用背水測壓滲蓋重能夠防止壓蓋范圍內發(fā)生管涌情況。通過計算可知本工程后蓋寬度較長，則應該在其末端設置專門的減壓井，縮短其寬度。并且壓蓋的適用范圍較大，施工方法簡單，能夠有效提高堤防的穩(wěn)定性，成本較低。并且壓滲蓋重形式繁多，可以根據具體情況選擇，進而達到滲水不滲土的目標[7]。

3.2 使用滲透破壞加固方法

該方法主要應用于水庫土壩壩基以及壩體發(fā)生滲流問題時，進而避免水庫的上游及下游出現(xiàn)滲流情況，提高水庫土壩的抗?jié)B透性能。使用該方法之后，同時還需要采取一些其他的防水策略，例如褥墊排水及棱體排水等方法，土壩的壩體內需要使用豎向排水層及水平排水層，除此之外還需要使用到排水溝、減壓井等相關設備，進而解決水庫上游的漏水問題，有效降低下游壩基水頭及浸潤線。對滲流結果進行計算，減壓井效果明顯，能夠有效避免管涌，具有重要的除險作用，適用于全部管涌堤基的除險處理。

3.3 使用垂直防滲處理地基方法

因為地基透水層較薄并且隔水層較淺，因此需要使用垂直防滲的方法對其進行處理，這一方法能夠借助防滲幕墻的作用，進而實現(xiàn)對堤基滲流量的有效控制，從根源處解決堤基被破壞的問題。如果雙層堤基的透水層較厚、隔水層較深，因為使用垂直防滲墻具有一定的施工難度，并且耗費成本較大，需要對勘察資料進行全面的調查，并且對滲流計算后才能投入使用。應該將垂直防滲墻安裝在臨水堤腳下或堤頂同水鄰近的位置。可以使用射水法、鋸槽法等多種方法完成施工。

3.4 使用裂縫加固法

全面分析水庫土壩的各類災害情況，其中最為常見的災害便是出現(xiàn)裂縫，通常情況下，裂縫多出現(xiàn)雜水庫蓄水運作環(huán)節(jié)，并且部分裂縫存在于土壩壩體表層，部分隱藏在土壩壩體內，只有將土壩開挖，才能找到隱藏在其中的裂縫。治理土壩需要結合實際情況及資料，明確裂縫形成位置，全面分析產生裂縫的原因，采取針對性解決措施。

目前較為常用的兩種裂縫加固方法為開挖回填法以及裂縫灌漿法[8]。本工程主要土方用量為大壩、放水涵和溢洪道的開挖和填筑，以及放水涵進口處圍堰土方用量?；靥钣昧峡沙浞掷瞄_挖料中的優(yōu)質土石料，不足土方可由壩左岸土包取土。接坡處理在上壩土料回填中，因為施工場地和壩面安排布置的需要，需分段填筑時，在橫向各段接茬處錯開一定的距離(一般10m左右)保證壓實質量。各段回填高差不能過大，通常需要控制在3m左右，其橫向接縫坡度不得陡1∶3。大壩帷幕灌漿和充填灌漿均由壩頂鉆孔進行，不存在施工干擾問題。①先灌上游排孔，之后灌下游排孔，各排按鉆孔順序分序進行灌注；②充填灌漿采用分段灌注方法。由下而上，下套管分段灌注，段長為5-10m。開始先用稀漿，經過3-5min后再加大泥漿稠度，若孔口壓力下降和注漿管出現(xiàn)負壓(壓力表讀數(shù)為0以下)立即再加大漿液稠度，漿液的容重按技術要求控制；③應作好灌漿記錄，并繪制圖表。如果漿液升至孔口，經連續(xù)復灌3次不再吃漿時，即可終止灌漿。如果每孔灌完，等到周圍泥漿不流動時，可將孔內漿液取出，掃孔至底，注滿容重>1.5g/cm3的稠漿。如果漿面下降，可繼續(xù)注稠漿，直至漿面升至壩頂不再下降為止。

4 結 語

如果水庫土壩發(fā)生滲流，則會導致土壩穩(wěn)定性嚴重下滑。所以在施工過程中需要全面分析和考慮滲流對水庫土壩穩(wěn)定性產生的影響，并制定針對性的防滲策略，全面了解水庫土壩的情況，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，及時消除風險隱患，提高經濟效益和社會效益。