黏土心墻壩射水造砼防滲墻加固效果分析

謝濤　曾秀娟

【摘要】以實際工程為例，通過滲流計算和上下游壩坡穩(wěn)定計算分析了黏土心墻壩經(jīng)射水造砼防滲墻加固后的防滲效果，結(jié)果表明：大壩加固后，壩體浸潤線大幅降低，防滲墻前后總水頭削減了40%，滲流量減少了10%，下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性得到大幅提高，并且解決了壩基滲漏問題；可為類似工程提供了借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】黏土心墻壩；防滲加固；射水造砼防滲墻；滲流；抗滑穩(wěn)定

1、 工程概況

毛村水庫位于上饒市廣豐區(qū)西北部，水庫總庫容180.9×104m3，是一座?。ㄒ唬┬退こ?。水庫大壩為黏土心墻壩（4級），最大壩高30.3m，頂寬3m，底寬9m，大壩下游高程119.8m以下為貼坡排水體。

2 、大壩存在的問題

毛村水庫大壩興建于1958年，主要是依靠大規(guī)模的人工挑土完成，無機械碾壓，壩體填筑質(zhì)量較差，下游壩坡有大面積的散浸現(xiàn)象，壩腳有多處集中漏水點?？辈旖Y(jié)果表明：大壩心墻填筑土料主要分為兩層，上層黏土質(zhì)礫，土體松散，滲透系數(shù)較大，黏粒含量不滿足規(guī)范要求；下層含砂低液限黏土滲透系數(shù)也大于規(guī)范值，心墻防滲作用不明顯；壩基含砂低液限黏土層存在滲漏問題。上述問題嚴重影響到大壩的安全運行。

3 、防滲效果分析

經(jīng)綜合分析比較，毛村水庫大壩采用射水造砼防滲墻方案進行加固，并在下游壩腳處新建排水棱體。砼防滲墻頂略高于校核洪水位，底部伸入基巖，砼防滲墻的有效厚度為0.4m。

3.1 計算方法及工況

采用二維穩(wěn)定—非穩(wěn)定滲流理論的有限元法計算滲流，壩坡穩(wěn)定采用簡化畢肖普法進行計算。

穩(wěn)定滲流及下游壩坡穩(wěn)定計算工況：①正常蓄水位；②設(shè)計洪水位；③校核洪水位。

非穩(wěn)定滲流上游壩坡穩(wěn)定計算工況：④正常蓄水位降至死水位；⑤設(shè)計洪水位降至死水位；⑥校核洪水位降至死水位。

3.2 滲流計算結(jié)果及分析

從圖1可以看出，加固前浸潤線穿過大壩時呈均勻下降趨勢，降幅較小，在心墻前后沒有顯著跌落。其產(chǎn)生的原因主要是：心墻土層滲透系數(shù)與壩殼土相當(dāng)，防滲性能不明顯，浸潤線呈現(xiàn)均質(zhì)壩的走勢。從表1計算結(jié)果來看，大壩加固前各工況下浸潤線逸出點遠高于貼坡排水體頂高程，浸潤線直接從下游壩坡面出逸，易發(fā)生滲透破壞；壩基土最大滲透坡降為0.44～0.51，接近或大于其允許值0.45，與壩殼土接觸帶易發(fā)生滲透破壞，這與大壩下游壩坡大面積的散浸、滲漏現(xiàn)象相吻合。

大壩加固后，滲流形態(tài)符合土石壩防滲墻滲流規(guī)律，浸潤線在砼防滲墻前后急劇跌落，水頭削減達到了40%以上；心墻下游壩體浸潤線大大降低，逸出點位于排水棱體處，排水棱體起到了很好的排水效果，阻止了下游壩坡發(fā)生滲透破壞；砼防滲墻水平滲透坡降遠小于其允值80，壩基土滲透坡降降低到0.37～0.40，小于其允許值0.45，壩基土與壩殼土接觸帶不再發(fā)生滲透破壞，壩基滲漏問題得到改善。此外，大壩加固后，滲流量也減少了10%左右。

3.3 壩坡抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果及分析

表2計算成果表明，加固前大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求，加固后下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)顯著提高，達到了規(guī)范要求值。這是因為，大壩加固后，下游浸潤線大幅降低，減小了土體孔隙水壓力，增大了土體間的抗剪強度，壩坡整體穩(wěn)定性得到增強。

非穩(wěn)定滲流期時，上游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)能滿足規(guī)范要求；加固后，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)得到進一步提高，幅度約為9%。這是因為，上游壩坡在非穩(wěn)定滲流期隨著庫水位降落，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)逐漸減小，直至壩體內(nèi)水含量減小到一定值[2-3]，而防滲墻加固后，壩體下游滲透系數(shù)減小，壩體內(nèi)水的滲流速度減緩，上游壩體安全系數(shù)達到最小值的歷時變長，在同一時刻下表現(xiàn)出比加固前更高的安全系數(shù)。

4、 結(jié)語

毛村水庫大壩經(jīng)射水造砼防滲墻加固后，在滲流及穩(wěn)定方面均有很大改善：

（1）大壩加固后，防滲墻前后水頭削減明顯，下游壩體浸潤線大幅降低，浸潤線直接從排水棱體出逸，大壩滲流量減少了10%，壩基土滲透坡降降低到了其允許值以下，下游壩坡不再產(chǎn)生滲透變形，壩基不再發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

（2）大壩加固后，穩(wěn)定滲流期下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)得到了大幅提高，防止了下游壩坡發(fā)生失穩(wěn)破壞，在一定條件下還增強了非穩(wěn)定滲流期上游壩坡的穩(wěn)定。

毛村水庫除險加固工程竣工并投入運行以來，防滲效果良好，取得了較好的工程效益，可為其他相似工程提供借鑒和參考。

參考文獻：

[1] SL274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 張建博，杜應(yīng)吉.防滲體形式對土壩除險加固工程滲流穩(wěn)定的影響[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2014，47 （1）：50-53.

[3] 岳慶河，劉福勝.非穩(wěn)定滲流作用下土石壩邊坡穩(wěn)定分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2008 （11）：66-68.