中江縣建興水庫大壩滲流計算

楊成濤+劉萍+宋幫才

摘要：建興水庫為德陽市中江縣5.12汶川8.0級特大地震震損水庫，文章采用有限元方法對中江縣建興水庫大壩進行滲流分析，以便制定合理的滲流整治方案以及提供準確依據進行穩定分析。分析結果采用灌漿方案對建興水庫大壩實施整治是合理可行的。

關鍵詞：建興水庫；有限元法；滲流分析；灌漿方案

中圖分類號：TV222文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0064-02

1工程基本情況

建興水庫位于四川省德陽市中江縣富興鎮會棚鄉，是一座攔蓄式水庫，其工程任務是以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合功能的?。?）型水利工程。中江縣距震中汶川縣映秀鎮不到100km，水庫壩址以上集雨面積18.1km2，總庫容170萬m3，設計灌面4000畝，設計洪水標準為30年一遇（P＝3.3%），設計洪水位596.28m，校核洪水為500年一遇（P＝0.20%），校核洪水位597.18m。水庫正常蓄水位594.20m，死水位583.00m。

大壩為均質土壩，壩頂高程為597.80m，壩頂寬4.4m，最大壩高18.4m，壩頂長91.00m，基礎底高程為579.40m。大壩上游坡比為1∶2.25；下游坡比為1∶2.0。工程自1960年12月建成以來，對當地的生產生活起著重大作用，同時發揮了較大的經濟效益。

據現場調查，該壩施工時為搶工期，上壩土料不均，碾壓不均或不密實，加之無檢測手段，導致填筑質量較差。受汶川特大地震影響，壩腳及放空洞出現5處涌水點且有明顯渾水流出。2008年7月，據鉆孔揭露：壩體填料為黃褐色粘土夾塊碎石，粘土呈可塑—硬塑狀，碎石、角礫及砂約占15%～20%。壓水試驗表明，滲透系數K變化較大，從1.38×10-5cm/s～2.23×10-4cm/s，說明壩體均勻性較差，滲透系數平均值為1.30×10-4cm/s大于10-4cm/s，不滿足規范要求。

工程于2009年進行加除險加固整治，其滲滲整治措施為：壩體充填灌漿，壩基帷幕灌漿。灌漿沿壩軸線布孔，分三序鉆灌，施工時嚴格質量控制，灌漿防滲體滲透系數要求小于10-4cm/s，達10-5cm/s左右。經過多年運行，滲漏整治效果良好。

2大壩滲流計算方法及滲透指標

2.1計算公式

對于符合達西定律的二向均質、各向同性土體的滲流，當土體已完全固結時，其水頭函數符合拉普拉斯方程式：

+=0

與之相應的邊界條件為：

初始條件：

邊界條件：水頭邊界：流量邊界：

z：坐標位置高程

q：自由面下降或上升時從自由邊界流入或流出滲流場的單寬流量

2.1.1計算斷面。依據大壩現場安全檢查情況，大壩滲流計算選取實測的老河床斷面進行驗算，此斷面也為最大壩高斷面，分析認為采取此斷面進行滲流分析計算，基本可反映整個大壩的滲流性態。

2.1.2材料分區及滲透系數。斷面的材料分區是以土工試驗及大壩質量評價為基礎，并結合現場檢查和多年運行情況來確定。整治前壩土體分區主要為壩體填土及排水棱體，整治后壩土體分區主要為壩體填土、灌漿防滲體及排水棱體。

本次滲流計算，各分區滲透系數取值采用室內土工試驗成果并結合工程經驗選取，綜合施工會議及運行期大壩質量檢查而確定。各分區的滲透系數取值詳見表1：

表1建興大壩典型斷面各分區滲透指標表

分區 滲透系數（cm/s） 允許坡降[J]

壩體填土 K1 2.23×10-4 0.46

排水棱體 K2 1×10-3 /

2.2荷載組合

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）的規定，土壩滲流計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，本次滲流計算中考慮了下列水位組合：（1）上游校核洪水位與下游相應水位；（2）上游設計洪水位與下游相應水位；（3）上游正常蓄水位與下游相應水位；（4）上游校核洪水位降至正常蓄水位；（5）上游正常蓄水位降至死水位。

根據建興水庫水文復核計算的結果，正常蓄水位為594.20m，設計洪水位為596.28m，校核洪水位為597.18m。

根據溢洪道泄洪能力，上游校核洪水位降至正常蓄水位經歷時間最短為6小時；根據放水洞放水能力及春灌的實際情況，上游正常蓄水位降至死水位最短歷時25天。

3大壩灌漿整治前后滲流計算成果

3.1灌漿整治前滲流計算

按上述五種工況進行大壩滲流計算，工況（1）至工況（3）下游壩坡出逸坡降0.45，計算單寬滲流量0.395～0.731m3/d，工況（4）至工況（4）上游壩坡出逸坡降0.41。通過對建興水庫大壩滲流狀況的現場檢查和滲流理論計算結果分析，得出如下結論：

（1）各種計算工況下，計算單寬流量大壩為0.395～0.731m3/d.m，大壩總體滲漏量偏大。滲流計算結果與現場調查情況及土工試驗是基本一致，即大壩填筑質量差，滲透系數偏高（大于規范允許值），滲漏量偏大，因此大壩有必要進行防滲整治。

（2）據大壩滲流分析，在穩定滲流工況下，在設計洪水位及校核洪水位情況下，浸潤線位置距離坡面非常接近，對大壩穩定不利。在前述各工況下，計算斷面在上游壩坡最大出逸坡降值為0.41。計算斷面在下游壩坡最大出逸坡降值為0.45，經驗滲透坡降允許值0.46，兩者僅相差0.01。應對下游壩坡加以整治，滿足壩坡滲透穩定性要求。

3.2灌漿整治后滲流計算

根據大壩灌漿整治前滲流計算分析結論，結合大壩穩定分析及綜合經濟指標分析，工程防滲整治方案選用壩體充填灌漿、壩基帷幕灌漿。灌漿孔沿壩軸線布置，鉆灌深度至弱風化層以下5.0m。

采用同樣的計算方法對灌漿整治后的大壩進行計算，計算工況與灌漿整治前工況相同。經計算，工況（1）至工況（3）下游壩坡出逸坡降0，即未在壩坡出逸。計算單寬滲流量0.02～0.04m3/d，工況（4）至工況（4）上游壩坡出逸坡降0.41。

通過對建興水庫大壩灌漿整治后滲流計算結果分析，得出如下結論：

（1）灌漿整治后各種計算工況下，計算單寬流量大壩為0.0038～0.0128m3/d.m，大壩滲漏量僅為灌漿整治前0.01～0.02，滲漏量大大減少。

（2）據大壩滲流分析，在前述各工況下，大壩后壩坡浸潤線高度大幅降低，出逸點位于棱體處。在前述各工況下，計算斷面在上游壩坡最大出逸坡降值為0.41，下游壩坡最大出逸坡降值為0，經驗滲透坡降允許值0.46，二者均滿足規范規定。

4結語

對比分析灌漿整治前及灌漿整治后的兩種計算結果，可以看出采用灌漿方案對大壩實施整治是合理可行的。

（1）灌漿整治前大壩填筑質量差，滲透系數偏高（大于規范允許值），滲漏量偏大。采用灌漿方案后有效地解決了大壩滲漏量偏大的問題，彌補了大壩碾壓不密實導致滲透系數偏大的不足。

（2）灌漿整治前設計洪水位及校核洪水位情況下，浸潤線位置距離坡面非常接近。采用灌漿整治后大壩浸潤線高度大幅降低，有效的解決了滲透穩定問題，且對大壩后壩坡穩定有利。

參考文獻

[1]?碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）[S]．

[2]?顧慰慈．土石（堤）壩的設計與計算[M]．北京：中

?國建筑工業出版社，2006．

[3]?毛昶熙，等．滲流計算分析與控制[M]．北京：中國

?水利水電出版社，2003．

作者簡介：楊成濤（1979—），四川廣安人，樂山市水利電力建筑勘察設計研究院工程師，研究方向：水工建筑物；宋幫才，供職于樂山市沫江堰管理處。

摘要：建興水庫為德陽市中江縣5.12汶川8.0級特大地震震損水庫，文章采用有限元方法對中江縣建興水庫大壩進行滲流分析，以便制定合理的滲流整治方案以及提供準確依據進行穩定分析。分析結果采用灌漿方案對建興水庫大壩實施整治是合理可行的。

關鍵詞：建興水庫；有限元法；滲流分析；灌漿方案

中圖分類號：TV222文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0064-02

1工程基本情況

建興水庫位于四川省德陽市中江縣富興鎮會棚鄉，是一座攔蓄式水庫，其工程任務是以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合功能的?。?）型水利工程。中江縣距震中汶川縣映秀鎮不到100km，水庫壩址以上集雨面積18.1km2，總庫容170萬m3，設計灌面4000畝，設計洪水標準為30年一遇（P＝3.3%），設計洪水位596.28m，校核洪水為500年一遇（P＝0.20%），校核洪水位597.18m。水庫正常蓄水位594.20m，死水位583.00m。

大壩為均質土壩，壩頂高程為597.80m，壩頂寬4.4m，最大壩高18.4m，壩頂長91.00m，基礎底高程為579.40m。大壩上游坡比為1∶2.25；下游坡比為1∶2.0。工程自1960年12月建成以來，對當地的生產生活起著重大作用，同時發揮了較大的經濟效益。

據現場調查，該壩施工時為搶工期，上壩土料不均，碾壓不均或不密實，加之無檢測手段，導致填筑質量較差。受汶川特大地震影響，壩腳及放空洞出現5處涌水點且有明顯渾水流出。2008年7月，據鉆孔揭露：壩體填料為黃褐色粘土夾塊碎石，粘土呈可塑—硬塑狀，碎石、角礫及砂約占15%～20%。壓水試驗表明，滲透系數K變化較大，從1.38×10-5cm/s～2.23×10-4cm/s，說明壩體均勻性較差，滲透系數平均值為1.30×10-4cm/s大于10-4cm/s，不滿足規范要求。

工程于2009年進行加除險加固整治，其滲滲整治措施為：壩體充填灌漿，壩基帷幕灌漿。灌漿沿壩軸線布孔，分三序鉆灌，施工時嚴格質量控制，灌漿防滲體滲透系數要求小于10-4cm/s，達10-5cm/s左右。經過多年運行，滲漏整治效果良好。

2大壩滲流計算方法及滲透指標

2.1計算公式

對于符合達西定律的二向均質、各向同性土體的滲流，當土體已完全固結時，其水頭函數符合拉普拉斯方程式：

+=0

與之相應的邊界條件為：

初始條件：

邊界條件：水頭邊界：流量邊界：

z：坐標位置高程

q：自由面下降或上升時從自由邊界流入或流出滲流場的單寬流量

2.1.1計算斷面。依據大壩現場安全檢查情況，大壩滲流計算選取實測的老河床斷面進行驗算，此斷面也為最大壩高斷面，分析認為采取此斷面進行滲流分析計算，基本可反映整個大壩的滲流性態。

2.1.2材料分區及滲透系數。斷面的材料分區是以土工試驗及大壩質量評價為基礎，并結合現場檢查和多年運行情況來確定。整治前壩土體分區主要為壩體填土及排水棱體，整治后壩土體分區主要為壩體填土、灌漿防滲體及排水棱體。

本次滲流計算，各分區滲透系數取值采用室內土工試驗成果并結合工程經驗選取，綜合施工會議及運行期大壩質量檢查而確定。各分區的滲透系數取值詳見表1：

表1建興大壩典型斷面各分區滲透指標表

分區 滲透系數（cm/s） 允許坡降[J]

壩體填土 K1 2.23×10-4 0.46

排水棱體 K2 1×10-3 /

2.2荷載組合

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）的規定，土壩滲流計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，本次滲流計算中考慮了下列水位組合：（1）上游校核洪水位與下游相應水位；（2）上游設計洪水位與下游相應水位；（3）上游正常蓄水位與下游相應水位；（4）上游校核洪水位降至正常蓄水位；（5）上游正常蓄水位降至死水位。

根據建興水庫水文復核計算的結果，正常蓄水位為594.20m，設計洪水位為596.28m，校核洪水位為597.18m。

根據溢洪道泄洪能力，上游校核洪水位降至正常蓄水位經歷時間最短為6小時；根據放水洞放水能力及春灌的實際情況，上游正常蓄水位降至死水位最短歷時25天。

3大壩灌漿整治前后滲流計算成果

3.1灌漿整治前滲流計算

按上述五種工況進行大壩滲流計算，工況（1）至工況（3）下游壩坡出逸坡降0.45，計算單寬滲流量0.395～0.731m3/d，工況（4）至工況（4）上游壩坡出逸坡降0.41。通過對建興水庫大壩滲流狀況的現場檢查和滲流理論計算結果分析，得出如下結論：

（1）各種計算工況下，計算單寬流量大壩為0.395～0.731m3/d.m，大壩總體滲漏量偏大。滲流計算結果與現場調查情況及土工試驗是基本一致，即大壩填筑質量差，滲透系數偏高（大于規范允許值），滲漏量偏大，因此大壩有必要進行防滲整治。

（2）據大壩滲流分析，在穩定滲流工況下，在設計洪水位及校核洪水位情況下，浸潤線位置距離坡面非常接近，對大壩穩定不利。在前述各工況下，計算斷面在上游壩坡最大出逸坡降值為0.41。計算斷面在下游壩坡最大出逸坡降值為0.45，經驗滲透坡降允許值0.46，兩者僅相差0.01。應對下游壩坡加以整治，滿足壩坡滲透穩定性要求。

3.2灌漿整治后滲流計算

根據大壩灌漿整治前滲流計算分析結論，結合大壩穩定分析及綜合經濟指標分析，工程防滲整治方案選用壩體充填灌漿、壩基帷幕灌漿。灌漿孔沿壩軸線布置，鉆灌深度至弱風化層以下5.0m。

采用同樣的計算方法對灌漿整治后的大壩進行計算，計算工況與灌漿整治前工況相同。經計算，工況（1）至工況（3）下游壩坡出逸坡降0，即未在壩坡出逸。計算單寬滲流量0.02～0.04m3/d，工況（4）至工況（4）上游壩坡出逸坡降0.41。

通過對建興水庫大壩灌漿整治后滲流計算結果分析，得出如下結論：

（1）灌漿整治后各種計算工況下，計算單寬流量大壩為0.0038～0.0128m3/d.m，大壩滲漏量僅為灌漿整治前0.01～0.02，滲漏量大大減少。

（2）據大壩滲流分析，在前述各工況下，大壩后壩坡浸潤線高度大幅降低，出逸點位于棱體處。在前述各工況下，計算斷面在上游壩坡最大出逸坡降值為0.41，下游壩坡最大出逸坡降值為0，經驗滲透坡降允許值0.46，二者均滿足規范規定。

4結語

對比分析灌漿整治前及灌漿整治后的兩種計算結果，可以看出采用灌漿方案對大壩實施整治是合理可行的。

（1）灌漿整治前大壩填筑質量差，滲透系數偏高（大于規范允許值），滲漏量偏大。采用灌漿方案后有效地解決了大壩滲漏量偏大的問題，彌補了大壩碾壓不密實導致滲透系數偏大的不足。

（2）灌漿整治前設計洪水位及校核洪水位情況下，浸潤線位置距離坡面非常接近。采用灌漿整治后大壩浸潤線高度大幅降低，有效的解決了滲透穩定問題，且對大壩后壩坡穩定有利。

參考文獻

[1]?碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）[S]．

[2]?顧慰慈．土石（堤）壩的設計與計算[M]．北京：中

?國建筑工業出版社，2006．

[3]?毛昶熙，等．滲流計算分析與控制[M]．北京：中國

?水利水電出版社，2003．

作者簡介：楊成濤（1979—），四川廣安人，樂山市水利電力建筑勘察設計研究院工程師，研究方向：水工建筑物；宋幫才，供職于樂山市沫江堰管理處。

摘要：建興水庫為德陽市中江縣5.12汶川8.0級特大地震震損水庫，文章采用有限元方法對中江縣建興水庫大壩進行滲流分析，以便制定合理的滲流整治方案以及提供準確依據進行穩定分析。分析結果采用灌漿方案對建興水庫大壩實施整治是合理可行的。

關鍵詞：建興水庫；有限元法；滲流分析；灌漿方案

中圖分類號：TV222文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0064-02

1工程基本情況

建興水庫位于四川省德陽市中江縣富興鎮會棚鄉，是一座攔蓄式水庫，其工程任務是以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合功能的小（1）型水利工程。中江縣距震中汶川縣映秀鎮不到100km，水庫壩址以上集雨面積18.1km2，總庫容170萬m3，設計灌面4000畝，設計洪水標準為30年一遇（P＝3.3%），設計洪水位596.28m，校核洪水為500年一遇（P＝0.20%），校核洪水位597.18m。水庫正常蓄水位594.20m，死水位583.00m。

大壩為均質土壩，壩頂高程為597.80m，壩頂寬4.4m，最大壩高18.4m，壩頂長91.00m，基礎底高程為579.40m。大壩上游坡比為1∶2.25；下游坡比為1∶2.0。工程自1960年12月建成以來，對當地的生產生活起著重大作用，同時發揮了較大的經濟效益。

據現場調查，該壩施工時為搶工期，上壩土料不均，碾壓不均或不密實，加之無檢測手段，導致填筑質量較差。受汶川特大地震影響，壩腳及放空洞出現5處涌水點且有明顯渾水流出。2008年7月，據鉆孔揭露：壩體填料為黃褐色粘土夾塊碎石，粘土呈可塑—硬塑狀，碎石、角礫及砂約占15%～20%。壓水試驗表明，滲透系數K變化較大，從1.38×10-5cm/s～2.23×10-4cm/s，說明壩體均勻性較差，滲透系數平均值為1.30×10-4cm/s大于10-4cm/s，不滿足規范要求。

工程于2009年進行加除險加固整治，其滲滲整治措施為：壩體充填灌漿，壩基帷幕灌漿。灌漿沿壩軸線布孔，分三序鉆灌，施工時嚴格質量控制，灌漿防滲體滲透系數要求小于10-4cm/s，達10-5cm/s左右。經過多年運行，滲漏整治效果良好。

2大壩滲流計算方法及滲透指標

2.1計算公式

對于符合達西定律的二向均質、各向同性土體的滲流，當土體已完全固結時，其水頭函數符合拉普拉斯方程式：

+=0

與之相應的邊界條件為：

初始條件：

邊界條件：水頭邊界：流量邊界：

z：坐標位置高程

q：自由面下降或上升時從自由邊界流入或流出滲流場的單寬流量

2.1.1計算斷面。依據大壩現場安全檢查情況，大壩滲流計算選取實測的老河床斷面進行驗算，此斷面也為最大壩高斷面，分析認為采取此斷面進行滲流分析計算，基本可反映整個大壩的滲流性態。

2.1.2材料分區及滲透系數。斷面的材料分區是以土工試驗及大壩質量評價為基礎，并結合現場檢查和多年運行情況來確定。整治前壩土體分區主要為壩體填土及排水棱體，整治后壩土體分區主要為壩體填土、灌漿防滲體及排水棱體。

本次滲流計算，各分區滲透系數取值采用室內土工試驗成果并結合工程經驗選取，綜合施工會議及運行期大壩質量檢查而確定。各分區的滲透系數取值詳見表1：

表1建興大壩典型斷面各分區滲透指標表

分區 滲透系數（cm/s） 允許坡降[J]

壩體填土 K1 2.23×10-4 0.46

排水棱體 K2 1×10-3 /

2.2荷載組合

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）的規定，土壩滲流計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，本次滲流計算中考慮了下列水位組合：（1）上游校核洪水位與下游相應水位；（2）上游設計洪水位與下游相應水位；（3）上游正常蓄水位與下游相應水位；（4）上游校核洪水位降至正常蓄水位；（5）上游正常蓄水位降至死水位。

根據建興水庫水文復核計算的結果，正常蓄水位為594.20m，設計洪水位為596.28m，校核洪水位為597.18m。

根據溢洪道泄洪能力，上游校核洪水位降至正常蓄水位經歷時間最短為6小時；根據放水洞放水能力及春灌的實際情況，上游正常蓄水位降至死水位最短歷時25天。

3大壩灌漿整治前后滲流計算成果

3.1灌漿整治前滲流計算

按上述五種工況進行大壩滲流計算，工況（1）至工況（3）下游壩坡出逸坡降0.45，計算單寬滲流量0.395～0.731m3/d，工況（4）至工況（4）上游壩坡出逸坡降0.41。通過對建興水庫大壩滲流狀況的現場檢查和滲流理論計算結果分析，得出如下結論：

（1）各種計算工況下，計算單寬流量大壩為0.395～0.731m3/d.m，大壩總體滲漏量偏大。滲流計算結果與現場調查情況及土工試驗是基本一致，即大壩填筑質量差，滲透系數偏高（大于規范允許值），滲漏量偏大，因此大壩有必要進行防滲整治。

（2）據大壩滲流分析，在穩定滲流工況下，在設計洪水位及校核洪水位情況下，浸潤線位置距離坡面非常接近，對大壩穩定不利。在前述各工況下，計算斷面在上游壩坡最大出逸坡降值為0.41。計算斷面在下游壩坡最大出逸坡降值為0.45，經驗滲透坡降允許值0.46，兩者僅相差0.01。應對下游壩坡加以整治，滿足壩坡滲透穩定性要求。

3.2灌漿整治后滲流計算

根據大壩灌漿整治前滲流計算分析結論，結合大壩穩定分析及綜合經濟指標分析，工程防滲整治方案選用壩體充填灌漿、壩基帷幕灌漿。灌漿孔沿壩軸線布置，鉆灌深度至弱風化層以下5.0m。

采用同樣的計算方法對灌漿整治后的大壩進行計算，計算工況與灌漿整治前工況相同。經計算，工況（1）至工況（3）下游壩坡出逸坡降0，即未在壩坡出逸。計算單寬滲流量0.02～0.04m3/d，工況（4）至工況（4）上游壩坡出逸坡降0.41。

通過對建興水庫大壩灌漿整治后滲流計算結果分析，得出如下結論：

（1）灌漿整治后各種計算工況下，計算單寬流量大壩為0.0038～0.0128m3/d.m，大壩滲漏量僅為灌漿整治前0.01～0.02，滲漏量大大減少。

（2）據大壩滲流分析，在前述各工況下，大壩后壩坡浸潤線高度大幅降低，出逸點位于棱體處。在前述各工況下，計算斷面在上游壩坡最大出逸坡降值為0.41，下游壩坡最大出逸坡降值為0，經驗滲透坡降允許值0.46，二者均滿足規范規定。

4結語

對比分析灌漿整治前及灌漿整治后的兩種計算結果，可以看出采用灌漿方案對大壩實施整治是合理可行的。

（1）灌漿整治前大壩填筑質量差，滲透系數偏高（大于規范允許值），滲漏量偏大。采用灌漿方案后有效地解決了大壩滲漏量偏大的問題，彌補了大壩碾壓不密實導致滲透系數偏大的不足。

（2）灌漿整治前設計洪水位及校核洪水位情況下，浸潤線位置距離坡面非常接近。采用灌漿整治后大壩浸潤線高度大幅降低，有效的解決了滲透穩定問題，且對大壩后壩坡穩定有利。

參考文獻

[1]?碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）[S]．

[2]?顧慰慈．土石（堤）壩的設計與計算[M]．北京：中

?國建筑工業出版社，2006．

[3]?毛昶熙，等．滲流計算分析與控制[M]．北京：中國

?水利水電出版社，2003．

作者簡介：楊成濤（1979—），四川廣安人，樂山市水利電力建筑勘察設計研究院工程師，研究方向：水工建筑物；宋幫才，供職于樂山市沫江堰管理處。