淺析某水庫(kù)大壩帷幕灌漿對(duì)滲流的影響

趙德亮

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概述

某水庫(kù)工程是一座以灌溉為主、兼顧防洪、發(fā)電等綜合效益的山區(qū)攔河樞紐，建于1988年，水庫(kù)正常蓄水位為1 258 m，相應(yīng)庫(kù)容為2 672.2×104m3，設(shè)計(jì)洪水位為1 258.60 m，相應(yīng)庫(kù)容為2 730×104m3，校核洪水位為1 260 m，相應(yīng)庫(kù)容為2 990×104m3，死水位為1 239.50 m，相應(yīng)庫(kù)容為700×104m3，最大壩高為52.5 m，壩長(zhǎng)為320 m。

2000年6月29日，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了大壩安全鑒定，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：① 由于壩肩防滲體系設(shè)計(jì)不完善，形成繞壩滲流，影響到大壩安全，造成水庫(kù)不能正常蓄水，如不進(jìn)行防滲處理，則大壩會(huì)出現(xiàn)新的滲透破壞。② 大壩古河床段樁號(hào)0+180～0+265，全長(zhǎng)為85 m，混凝土防滲墻深入基巖僅1.0 m，不能有效切斷風(fēng)化巖層的滲漏，且該段基巖以下未進(jìn)行帷幕灌漿，造成壩基滲漏，建議對(duì)此段進(jìn)行帷幕灌漿處理，使其與左右壩肩防滲帷幕連為一體，形成完整的大壩防滲體系。③ 大壩觀測(cè)設(shè)備不健全，不能科學(xué)準(zhǔn)確地反映大壩的運(yùn)行狀況，給大壩安全運(yùn)行管理帶來(lái)不便。綜合以上問(wèn)題確定該水庫(kù)為病險(xiǎn)水庫(kù)，大壩為3類壩。

根據(jù)安全鑒定結(jié)論，擬進(jìn)行如下加固措施：① 增加大壩相應(yīng)的觀測(cè)設(shè)施；② 對(duì)大壩進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理[1]，其中：帷幕灌漿分為左、右壩肩及壩基3部分：左壩肩灌漿范圍為樁號(hào)0+100～0+131段，長(zhǎng)度為31 m，由于樁號(hào)0+100～0+131段在1993年施工過(guò)程中已做灌漿，則在已灌漿孔下游1.5 m 布設(shè)灌漿孔；右壩肩灌漿范圍為樁號(hào)0+265～0+411段，長(zhǎng)度為 146 m；壩基灌漿范圍為樁號(hào)0+131～0+265段，長(zhǎng)度為 134 m。

工程于2002年4月20日開工，2003年完工。

2 測(cè)壓管監(jiān)測(cè)資料分析

大壩帷幕灌漿后至今，壩體測(cè)壓管監(jiān)測(cè)資料主要選取了樁號(hào)0+185、0+220、0+228、0+253四個(gè)位于河槽段內(nèi)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(如圖1～4所示)。

1) 從以上水位過(guò)程線可知：斷面中第1根測(cè)壓管水位隨上游水位變化趨勢(shì)明顯，管水位與庫(kù)水位相關(guān)性較好[2]。時(shí)間略有滯后，一般滯后7～15 d，水位低的時(shí)候滯后時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)水頭的削減一般在10～25 m左右，可知大壩左側(cè)壩段心墻防滲效果總體較好，滿足設(shè)計(jì)要求。0+185-1、 0+220-1、0+228和0+253-2埋設(shè)位置較其他斷面測(cè)壓管在心墻內(nèi)稍偏上游，所以從數(shù)值上看削減水頭較小。

2) 0+185-2、0+220-2和0+253-3測(cè)壓管位于心墻內(nèi)靠近下游側(cè)，監(jiān)測(cè)值明顯比同斷面第1根監(jiān)測(cè)值要小，兩者間距為6 m，水頭差為17 m左右，低于設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線，說(shuō)明粘土心墻防滲工作性態(tài)正常。

圖1 0+185測(cè)壓管水位過(guò)程線示意

圖2 0+220測(cè)壓管水位過(guò)程線示意

圖3 0+228測(cè)壓管水位過(guò)程線示意

圖4 0+253測(cè)壓管水位過(guò)程線示意

3) 根據(jù)測(cè)壓管水位數(shù)值可知：庫(kù)水位在最大值情況下，心墻外下游側(cè)第1根測(cè)壓管水位與上游水位之差大于40 m，說(shuō)明心墻防滲效果較好。

3 滲流監(jiān)測(cè)資料分析及滲流量計(jì)算

3.1 滲流監(jiān)測(cè)資料分析

水庫(kù)滲流量觀測(cè)值對(duì)比見表1所示。

表1 水庫(kù)滲流觀測(cè)值對(duì)比 L/s

備注：本資料滲流數(shù)據(jù)，基本均在其相應(yīng)水位穩(wěn)定條件下觀測(cè)值。2003年觀測(cè)值為灌漿后初期觀測(cè)值。

1) 從2003年除險(xiǎn)加固后至2018年的滲流量可知：滲流量與水庫(kù)上游水位的相關(guān)性較好，滲流量隨庫(kù)水位的升高而增大，并隨著庫(kù)水位的降低而減小，變化趨勢(shì)基本一致，在時(shí)間上略有滯后，未出現(xiàn)異常變化，表明大壩滲流狀態(tài)正常，大壩的防滲體系工作性態(tài)基本正常[3]。

(2)在主體期望類型上 文獻(xiàn)[19]的主體期望類型單一，僅考慮了帶有不確定得分情形，該方法難以處理具有多種類型主體期望的雙邊匹配問(wèn)題。本文考慮具有兩種類型的主體期望，彌補(bǔ)了主體期望類型單一的不足，拓展和完善了雙邊匹配理論。

2) 從相同庫(kù)水位不同時(shí)間的滲流量變化可知：大壩帷幕灌漿后較帷幕灌漿前滲流量呈逐年收斂下降的趨勢(shì)，反映大壩滲流性態(tài)近期向有利的方向發(fā)展[4]。

3.2 滲流量計(jì)算

水庫(kù)滲流主要表現(xiàn)為壩體漏水、壩基和壩肩滲水、庫(kù)底向較低的透水層滲流等幾方面[5]，本水庫(kù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：主要存在壩基、壩體和壩肩滲水現(xiàn)象。通過(guò)相應(yīng)公式得出計(jì)算結(jié)果見表2所示。

表2 滲流量計(jì)算

由計(jì)算可知，水庫(kù)滲流量主要為兩壩肩繞滲形成。左右兩壩肩繞滲量的計(jì)算，按目前已進(jìn)行帷幕灌漿后的情況考慮，滲流系數(shù)按5 Lu計(jì)算。目前，壩后滲流觀測(cè)值在除險(xiǎn)加固后最高蓄水位1 255.80 m時(shí)為36.70 L/s，主要為壩基、壩體滲流量和左右壩肩部分繞壩滲流量。計(jì)算復(fù)核所得的滲流量正常蓄水位1 258.00 m時(shí)為71.1 L/s，說(shuō)明實(shí)際觀測(cè)壩后滲流量小于理論計(jì)算值。

4 大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算

滲透穩(wěn)定計(jì)算采用理正巖土滲流穩(wěn)定分析軟件，選用河床段最大斷面0+220 m作為典型斷面進(jìn)行計(jì)算，0+220 m斷面壩體簡(jiǎn)化分區(qū)見圖5所示。

圖5 壩體0+220斷面滲流計(jì)算簡(jiǎn)化分區(qū)示意

1) 計(jì)算參數(shù)

壩體主要材料各分區(qū)滲透系數(shù)取值根據(jù)水庫(kù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告、水庫(kù)竣工驗(yàn)收資料并參考類似工程確定，計(jì)算參數(shù)見表3所示。

表3 壩體、壩基各分區(qū)滲透系數(shù)

水庫(kù)帷幕灌漿主要是對(duì)左右壩肩和壩基進(jìn)行帷幕灌漿。施工時(shí)左右壩肩及壩基均按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了帷幕灌漿，按以下工況進(jìn)行滲透穩(wěn)定計(jì)算。

工況一：壩基覆蓋層采用混凝土防滲墻，墻深入壩基砂巖1 m。防滲墻底以下砂巖5 Lu范圍內(nèi)采用帷幕灌漿，帷幕灌漿控制終孔標(biāo)準(zhǔn)為q≤3 Lu。上游正常蓄水位為1 258.0 m，下游水位為1 211.2 m。

工況二：壩基覆蓋層采用混凝土防滲墻，墻深入壩基砂巖1 m。防滲墻底以下砂巖5 Lu范圍內(nèi)采用帷幕灌漿，帷幕灌漿控制終孔標(biāo)準(zhǔn)為q≤3 Lu。上游校核洪水位為1 260.0 m，下游水位為1 211.2 m。

3) 計(jì)算結(jié)果及分析

兩種工況計(jì)算結(jié)果見表4所示。

表4 壩體0+220斷面滲流計(jì)算

通過(guò)計(jì)算結(jié)果，大壩壩基砂礫石層下游出逸段的水平滲透比降小于砂礫石料允許的滲透比降，說(shuō)明所計(jì)算的壩基砂礫石在滲流作用下均是穩(wěn)定的，滿足規(guī)范要求，結(jié)合測(cè)壓管實(shí)測(cè)水頭表明，大壩防滲效果明顯，防滲體系的工作性態(tài)基本正常。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)帷幕灌漿后，從測(cè)壓管觀測(cè)資料及滲流量數(shù)據(jù)分析結(jié)果看，現(xiàn)狀大壩滲流性態(tài)基本正常，滲流量呈逐年收斂下降的趨勢(shì)，通過(guò)滲流計(jì)算分析帷幕灌漿對(duì)大壩的滲流穩(wěn)定發(fā)揮了積極作用，大壩滲流性態(tài)向有利的方向發(fā)展，說(shuō)明帷幕灌漿后水庫(kù)大壩防滲效果顯著，較好地改善水庫(kù)大壩的防滲體系。