世耀水庫壩基防滲處理前后之滲流安全分析

劉光慶 ，伊佳倩，于德全

(1.大連市水利規劃設計院，遼寧 大連 116021;2.瓦房店市水利局，遼寧 瓦房店 116300)

1 水庫壩基存在的問題

世耀水庫位于遼寧省大連市長興島臨港工業區世耀村境內，是一座集防洪、生態景觀及淡水養殖于一體的小(2)型水庫。

根據地質勘察，大壩黏土心墻底部與巖石基礎之間存在1.5 m厚的中砂層和1.4～2.2 m厚的碎石層。根據地勘資料，中砂層滲透系數為3 ×10－3～1×10－2cm/s，透水性等級為中等透水，碎石層滲透系數為0.05～0.07 cm/s，透水性等級為強透水。巖石基礎中部分強風化巖石透水率超過10.0 Lu，達到18.1 Lu，屬于中等透水等級。防滲處理前壩基存在較大的滲漏問題，壩后積水嚴重。

2 壩基防滲處理前滲流安全分析

2.1 滲流計算

世耀水庫大壩為黏土心墻壩，排水體不完整，破損嚴重(本次按無排水體計算)，壩基按有限深透水地基考慮，故可采用下列理論公式對其進行滲流計算。計算工況:上游正常高水位39.10 m，下游無水。

壩體的滲流量計算公式如下:

式中:q 為通過壩體及壩基的單寬滲流量，m3/s·m;h2為心墻后滲流水深，m;k1為心墻的滲透系數，取5×10－9m/s;k2為壩體填筑料的滲透系數，取2 ×10－6m/s;k0為壩基透水層的滲透系數，取5 ×10－5m/s;Les為地下輪廓線總長度，m;Ls為非完整截水墻的等效水平長度，m;ζ 為阻力系數;σ 為透水截水墻對不透水截水墻的阻力系數比值，取1.0。

式中其余符號詳見圖1。

圖1 透水地基上有截水墻的土壩滲流計算示意圖

計算結果:世耀水庫通過壩體及壩基的單寬滲流量為q=6.29 ×10－5m3/s·m，心墻后滲流水深為h2=6.33 m。

心墻后壩體浸潤線計算公式為:

式中:y 為各計算點浸潤線距壩底高度，m;x 為各計算點的橫坐標值，m。

計算結果見表1。

表1 浸潤線高度計算成果表

2.2 滲透穩定分析

沿出滲段的滲透比降計算公式為:

式中:J 為沿出滲段的滲透比降;m2為下游壩坡坡度，2.25;h0下游壩坡上的出逸高度，0.86 m。

計算結果見表2。

第二階段：1998年到2001年。關于轉基因生物環境保護的《關于向環境謹慎釋放轉基因生物指令》和《外源性污染物標識條例》這兩部代表性的法律先后制定出來。一開始，歐盟只是禁止在成員國范圍內再進行轉基因農產品的銷售經營，從這時候開始，對于轉基因食品的管制變的嚴格起來，到后來，不止于農產品的一切轉基因生物都被歐盟禁止在歐盟成員國范圍內交易，這完全堵塞了轉基因產品在歐盟出現的可能性。這一階段歐盟風險預防原則最明確，在該原則的指導下，歐盟關于轉基因的立法逐步完善。

表2 沿出滲段的滲透比降計算結果表

由計算結果可得出:當y' 取任何值時，沿出滲段的滲透比降J均＞J允許=0.2。

沿下游地基表面的滲透比降計算公式為:

式中:J 為沿下游地基表面的滲透比降;其它符號及取值同上式。

計算結果見表3。

表3 沿下游地基表面的滲透比降計算結果表

由計算結果可得出:當x' 取值在0.5 m以內時，沿下游地基表面的滲透比降J均＞J允許=0.2。

2.3 滲流及滲透穩定計算成果分析

通過計算，大壩單寬滲流量為q=6.29 ×10－5m3/s·m，按滲漏長度100 m計，估算其年滲漏總量為19.89萬m3，水庫年平均來水量在39.45萬m3，則滲漏量占其50%，水庫滲漏嚴重。

通過計算，當y' 取任何值時，沿出滲段的滲透比降J均＞J允許=0.2;當x' 取值在0.5 m以內時，沿下游地基表面的滲透比降J均＞J允許=0.2。可見，大壩下游壩坡及地基表面均有產生滲透破壞的安全隱患。

3 壩基防滲處理措施

本次設計針對于壩基存在強透水中砂、碎石層的情況，采用高壓噴射灌漿方式對該強透水層進行防滲處理，處理長度141.72 m，高度為1.00～4.37 m，所成防滲墻上部與黏土心墻搭接長度＞1.0 m，下部深入基巖0.5 m。設計采用單排高壓旋噴套接形式，鉆孔深度為6.17～23.81 m，孔距1.0 m，分為2 序孔，采用自下而上噴漿法。高壓旋噴噴墻體滲透系數控制在1 ×10－6cm/s，允許滲透比降為80～100，固結體強度應達到0.4 MPa。水泥采用強度等級為32.5 的普通硅酸鹽水泥，具體配合比及相關施工參數根據以上指標通過試驗確定。

4 壩基防滲處理后滲流安全分析

水庫大壩采取了壩基防滲處理并重建下游壩腳排水體后，對其進行滲流安全分析。

4.1 滲流計算

壩基進行高壓旋噴防滲處理后，相當于將原有黏土心墻筑至不透水巖基，切斷了原有壩基的透水土層，加之下游壩腳排水體重新砌筑完整，故可采用下列公式對滲流進行理論計算。計算工況為上游正常高水位39.10 m，下游無水。

壩體的滲流量計算公式為:

式中:q 為通過壩體及壩基的單寬滲流量，m3/s·m;H2心墻后滲流水深，m;k2為心墻的滲透系數，取1 ×10－8m/s(按高壓旋噴墻體滲透系數確定);k1為壩體填筑料的滲透系數，取2 ×10－6m/s;k3壩基透水層的滲透系數，取5 ×10－5m/s;H1為上游水深，m;T為透水層深度，m;h 為心墻后滲流水深，m;δ 為心墻平均厚度，m。

式中其余符號詳見圖2。

圖中具體參數如下:

計算結果:世耀水庫除險加固后通過壩體及壩基的單寬滲流量為q=5.22 ×10－7m3/s·m，心墻后滲流水深為h=0.049 m。

圖2 土壩滲流計算示意圖

心墻后壩體浸潤線計算公式為:

式中:y 為各計算點浸潤線距壩底高度，m;x 為各計算點的橫坐標值，m。

計算結果見表4。

表4 浸潤線高度計算成果表

4.2 成果分析

通過計算，大壩單寬滲流量為q=5.22 ×10－7m3/s·m，按滲漏長度100 m計，估算其年滲漏總量為0.17 m3，水庫年平均來水量在39.45萬m3，則滲漏量占其0.43%，水庫滲漏量較之壩基防滲處理前的19.89萬m3減少很多，表明壩基防滲處理效果明顯。

黏土心墻后的滲流水深從防滲處理前的6.33 m降低至處理后的0.049 m，且壩體浸潤線逸出點位于下游壩腳處的排水棱體上，由于排水棱體已做好反濾層，則可保證壩下游坡土體不會發生滲透破壞。

5 結論

通過對水庫壩基防滲處理前后的工況建立計算模型，并合理選用計算公式，對大壩滲流安全進行理論計算對比、分析后，確定壩基防滲所采用的高壓噴射灌漿方式是可行的、合理的和有效的。

目前，整座水庫除險加固已全部完成，正常運行期進行觀測，其防滲效果良好，壩下無積水現象，證明實際防滲效果與理論計算結果基本吻合。

［1］李煒.水力計算手冊［S］.北京:中國水利水電出版社出版，2006.

［2］華東水利學院.水工設計手冊［S］.北京:水利電力出版社，1984.