探討峽谷型水庫壩體滲流原因及防護措施設(shè)計

李仲媛

（鐵嶺市南城子水庫有限公司，遼寧 開原 112304）

1 工程概況

水庫大壩運行過程中易發(fā)生穩(wěn)定性差、壩體滲漏、泄洪能力不足等問題，如若未對其進行有效處理將會嚴(yán)重影響水庫大壩的安全運行[1，2]。本文以某流域中峽谷水庫工程為研究對象。經(jīng)注水、壓水等實驗發(fā)現(xiàn)，該水庫的壩體建筑基體不均勻、壩體建筑質(zhì)量較差，且壩基和壩體的防滲性能不理想。參考案例工程的滲透情況，本文根據(jù)水庫周圍環(huán)境等因素制定合理的加固方案，用以保證水壩的安全運行。

實驗對象所處地理環(huán)境較為復(fù)雜，勘探結(jié)果顯示：此區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜度較高，且有較大程度的不穩(wěn)定性。水庫所處地區(qū)全年降水量約為495 mm，降水主要集中在7～9月份之間。因降水量較大經(jīng)常發(fā)生水澇災(zāi)害甚至洪災(zāi)。該地區(qū)年蒸發(fā)量及分配比如圖1所示，年平均降雨量分布情況如圖2所示。

圖1 年蒸發(fā)量及分配比示意圖

圖2 年平均降雨量分配示意圖

2 水庫壩體滲流分析

一般來說，導(dǎo)致水庫出現(xiàn)滲流的原因有兩種：一是水庫所處位置的地基中砂石顆粒分布不均，較細的沙石向較大的孔隙移動，導(dǎo)致上游的滲透系數(shù)增加，滲流的損失卻減少，最終導(dǎo)致下游的水壓增加，產(chǎn)生滲流；二是河流的下游粘土薄層的流網(wǎng)位勢較高，細沙層與粘土相互作用下將產(chǎn)生滲流現(xiàn)象。

為此，本文使用有限元模型對水庫壩體的滲流進行模擬分析，根據(jù)壩體的斷面數(shù)據(jù)計算河流下游流量、壩體的滲流數(shù)值，過程如下：

公式（1）和公式（2）中：

q1、q2—分別表示河流下游流量、壩體的滲流數(shù)值；

K—表示壩體的滲透率；

H—表示河流上游的水域深度；

h—表示水庫的水域深度；

m—表示邊坡比值數(shù)據(jù)；

α0—表示初始滲流深度；

L—表示壩體滲流過程的距離。

水庫壩體的浸潤線計算公式為：

公式（3）中，Y表示浸潤線長度。根據(jù)以上公式的計算結(jié)果，計算壩體的主要滲流處的坡降比值如下：

公式（4）中：

J—表示壩體滲流處的坡降比值；

ΔH—表示河流上游的水域深度變化產(chǎn)生的能量差值；

L—表示壩體滲流過程的距離。

在此基礎(chǔ)上，對水壩展開勘探和數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，水庫壩后下游泄洪口的滲流主要原因有以下幾種：①水庫壩體表面附著約7m厚的松散堆積物，砂質(zhì)泥巖與群砂巖構(gòu)成的下伏基巖不易風(fēng)化，特別是巖體的強風(fēng)化厚度達到5 ～15 m；②水庫壩體的坡度在40°～47°之間，不具備機械施工條件，帷幕灌漿作業(yè)施工困難。加之在壩體建設(shè)初期，壩軸線0+175～0+125 m段未使用灌漿作業(yè)、0+175～0+220 m段灌漿作業(yè)效果較差，從而未達到堵塞效果。

3 防滲透措施設(shè)計

3.1 確定加固方案

3.1.1 固結(jié)灌漿加固

固結(jié)灌漿加固的目的是對壩體的進一步完善，并加強巖石的力學(xué)指標(biāo)。目前，水庫壩體的滲流防護主要使用的是帷幕灌漿，該方法可以有效減少壩體的透水性。帷幕灌漿的工作原理是根據(jù)壩體的透水率，采用特制的固化材料在壩體滲流處使用三排漿孔進行灌漿作業(yè)。

3.1.2 高壓噴射灌漿

本方案使用多種噴射方式用高壓將漿液進行高速噴射，進而提升水庫壩體的防護滲透的能力。

3.2 泄洪洞、溢流堰改造方案

在建設(shè)時考慮到周圍環(huán)境及氣候天氣等方面的影響，本工程對泄洪溢流設(shè)施非常地重視。泄洪洞、泄洪道、水工隧洞等均是按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，且各自配有獨立的控制室。

本水庫的水工隧道的泄洪能力公式為：

公式（5）中：

μ—表示水流流量參數(shù)；

ω—表示水工隧洞的斷面面積；t0—表示多方的水能總和；

p—表示水流勢能。

溢流堰泄洪流量計算過程如下：

公式（6）中：

θc—表示泄洪水流量的收縮指數(shù)；

f—表示水流溢流指數(shù)；

n—表示泄洪閘附帶孔數(shù)；

b—表示溢流孔寬度；

V—表示溢流堰水能流速。

此外，本方案還在工程的泄洪洞進出口處增設(shè)岸邊檢修控制室，建造時采用鋼筋砼構(gòu)造。河流的下游在壩體改建處增加長度為32 m、寬度為30 m、高度為28 m的WES實用型三孔溢洪堰。將水壩原有洞口拆除，并在左側(cè)的山體上使用錨噴支護，將高程降低1 m后進行擴挖。

4 結(jié)論

本文結(jié)合某流域中峽谷水庫工程，在分析水庫環(huán)境因素與工程施工情況的基礎(chǔ)上，總結(jié)水庫主要滲流原因，并根據(jù)案例工程中水壩滲透情況，結(jié)合水壩環(huán)境因素制定有針對性的防護滲流加固方案，從而確保水庫安全運行。