水庫防滲措施應(yīng)用效果分析與評價

王 遠(yuǎn)

(烏蘇市興源水務(wù)有限公司，新疆 塔城 833000)

我國水力資源豐富，居世界首位，目前已建成的水電工程約有814萬座，因此在實(shí)際工程中，做好水庫大壩的維護(hù)工作十分重要[1]。在水庫維護(hù)的問題中，滲漏破壞是影響大壩穩(wěn)定隱形的重要原因之一。因此，做好水庫大壩防滲問題，對于提高水庫大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義[2-3]。

針對此，本文在介紹大壩防滲措施的基礎(chǔ)上，針對某綜合型水庫的防滲方法以及防滲效果進(jìn)行分析評價，通過分析防滲前后的水庫的滲透系數(shù)以及滲透比可知，該水庫采取的防滲墻的防滲效果較好。

1 水庫防滲措施

1.1 水平防滲

在水庫防滲措施中，水平防滲主要是指防滲鋪蓋，其因施工簡便、經(jīng)濟(jì)合理，被廣泛用于水庫大壩的防滲。水平防滲所用的材料為黏土和土工膜，水平防滲長度是其最主要的參數(shù)，最小防滲長度計(jì)算公式如下[4]：

(1)

式中：H上為上游水位；H下為下游水位；L為地下輪廓線長度；J為壩下游地基允許為水力坡降。在實(shí)際工程中，計(jì)算得到相應(yīng)合適的防滲長度，同時根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，Smin≥5H壩前水頭。

1.2 垂直防滲

1.2.1 灌漿

水庫垂直防滲中，最常用的為灌漿技術(shù)，灌漿技術(shù)主要是利用灌漿機(jī)將配好的漿液灌入混凝土壩出現(xiàn)裂紋中，從而提高壩體防滲的目的。在灌漿技術(shù)中，根據(jù)水庫實(shí)際情況的不同，其灌漿方法也不同。如表1 所示，漿不同灌漿方法的適用水庫情況[5]。

表1 不同灌漿方法的適用水庫情況

1.2.2 防滲墻

在水庫工程中，防滲墻主要是指通過鉆孔及挖槽的機(jī)械設(shè)備，在水庫地基或土石壩(堰)體中以泥漿固壁，挖掘槽形孔或連鎖樁柱孔，并在挖掘好的孔槽內(nèi)以混凝土澆筑形成的具有防滲等功能的地下連續(xù)墻混凝土，從而達(dá)到水庫防滲的目的[6]。

1.3 排水措施

在水利工程中，排水的方法和種類較多。大體上進(jìn)行分類可分為壩體排水與壩基排水。其中壩體排水又分為：棱體、帖坡、褥墊以及多種形式的綜合排水，壩基排水主要指的是排水溝或者減壓井排水。

2 某水庫防滲措施與效果評價

2.1 水庫基本情況

本研究以某小型水庫為研究對象，該水庫是包含灌溉、防洪以及養(yǎng)魚的綜合性水庫。其大壩為均質(zhì)土壩，大壩的具體參數(shù)為：壩頂高程106 m；最大壩高20 m；壩寬5.4 m。壩底高程86 m；壩頂軸線長126 m。在未進(jìn)行防滲加固措施前，該水庫的大壩出現(xiàn)基礎(chǔ)漏水，下游壩址排水差。兩岸繞壩滲流等問題，屬于病險水庫。需要采取相應(yīng)的防滲加固措施。

2.2 防滲措施

針對該水庫現(xiàn)狀，進(jìn)行了如下防滲措施：(1)針對大壩出現(xiàn)基礎(chǔ)漏水問題，進(jìn)行了防滲墻設(shè)計(jì)，在水庫大壩頂部軸線位置，采用沖抓套井回填的方式設(shè)置防滲墻采用的回填粘性土的粘粒含水率為0.45，滲透系數(shù)為(0.000 3～0.007)m/s；沖抓的高程為壩頂?shù)交鶐r。(2)針對兩岸繞壩滲流問題，設(shè)置三個滲流剖面，并根據(jù)剖面的分布情況，設(shè)置相應(yīng)的孔測壓管測點(diǎn)。具體情況如圖1所示。

圖1 監(jiān)測剖面圖

2.3 防滲加固效果分析與評價

2.3.1 滲透系數(shù)分析

在進(jìn)行滲透系數(shù)分析時，主要是以是以該水庫的測壓管水頭數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立起滲透系數(shù)與水頭之間的關(guān)系。算法經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，反演得到加固后的水庫壩體滲透系數(shù)，具體操作如下：

(1)通過查閱該水庫的相關(guān)地址勘測資料、工程技術(shù)文件、相關(guān)實(shí)驗(yàn)報告等信息，確定出大壩各區(qū)域滲透系數(shù)的大概取值范圍；(2)將擬定好的滲透系數(shù)輸入到圖1所示的實(shí)體模型以及其相應(yīng)的有限元計(jì)算模型中，如圖2所示；(3)在建立好模型的基礎(chǔ)上，采用正分析的方法，進(jìn)行有限元的分析計(jì)算，獲取測壓管位置處的水頭值。(4)將得到的水頭值和 預(yù)制對應(yīng)的滲透系數(shù)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型訓(xùn)練的樣本，進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)訓(xùn)練結(jié)果與設(shè)定的誤差小于設(shè)定的數(shù)值后，則網(wǎng)格訓(xùn)練成熟；(5)通過反演即輸入測驗(yàn)管出的水頭值，來得到與之對應(yīng)為主除的滲透系數(shù)。

圖2 有限元模型

采用上述方法進(jìn)行技術(shù)后，該水庫進(jìn)行防滲加固后，大壩的滲透系數(shù)為3.89×10-6m/s；帷幕灌漿位置的滲透系數(shù)為1.89×10-6m/s；壩基的滲透系數(shù)為1.54×10-6m/s。

2.3.2 防滲效果評價

通過反演得到各壩體的滲透系數(shù)之后，建立大壩的流體計(jì)算模型，在真長蓄水位103.7 m的情況下采用ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計(jì)算軟件采用ANSYS CFX，計(jì)算模型選用SST K-ω，進(jìn)行流體仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果經(jīng)過處理后，得到如圖3所示的浸潤線與水頭的分布圖。通過圖3的分析可知，采取防滲加固措施后，水庫中的水流由于需要先繞過加固區(qū)域才能流向下游，導(dǎo)致滲流的路徑加長，浸潤位置明顯的降低。并且通過圖三可以看出，防滲墻位置處的水頭線較為密集，因此，上游水頭的能量被消耗在防滲提內(nèi)，大大提升的防滲效果。同時，通過計(jì)算可以得知，防滲墻從外到內(nèi)的滲透比為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2；其滲透比將小于其允許的最大滲透比降。從而證實(shí)了加固后的大壩不會發(fā)生滲透破壞。

圖3 浸潤線與水頭的分布圖

通過上分析可知，采用防滲加固后的大壩防滲效果得到了顯著改善，防滲加固效果較好。

3 結(jié)語

滲漏破壞是影響大壩穩(wěn)定運(yùn)行的重要原因之一，解決滲透問題對于提高大壩的壽命以及穩(wěn)定性具有重要意義。本文在介紹大壩水平防滲、垂直防滲、排水防滲等防滲措施的基礎(chǔ)上，對某水庫大壩的防滲措施以及防滲效果進(jìn)行評價，通過分析可知，該大壩采取防滲墻進(jìn)行防滲處理后，大壩的滲透系數(shù)變?yōu)?.89×10-6m/s，帷幕灌漿位置的滲透系數(shù)變?yōu)?.89×10-6m/s，壩基的滲透系數(shù)變?yōu)?.54×10-6m/s；同時防滲墻從外到內(nèi)的滲透比為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2，其滲透比將小于其允許的最大滲透比降。從而證實(shí)了加固后的大壩不會發(fā)生滲透破壞。