南溝水庫大壩防滲漏洞和跌窩除險(xiǎn)方案探析

石 寧

(遼寧省營口水文局， 遼寧 營口 115003)

南溝水庫大壩防滲漏洞和跌窩除險(xiǎn)方案探析

石 寧

(遼寧省營口水文局， 遼寧 營口 115003)

在水利工程建設(shè)過程中，堤防滲透破壞險(xiǎn)情主要有堤壩的漏洞、跌窩等狀況。特別是堤身及其堤基的接觸，其堤身、堤基的接觸物質(zhì)比較廣泛，堤基的險(xiǎn)情出現(xiàn)在大堤的基礎(chǔ)層面，由此對(duì)壩身的危害較大，為防止類似情況的發(fā)生，須加強(qiáng)對(duì)大壩進(jìn)行巡視、檢查,對(duì)發(fā)現(xiàn)的情況進(jìn)行回填等處理,以確保水庫大壩安全度汛。本文對(duì)此加以介紹。

防滲； 跌窩除險(xiǎn)； 大壩； 南溝水庫

1 概 述

南溝水庫位于遼寧省沈陽市，屬小Ⅱ型工程，壩長345m，壩頂高程為84.5m，總庫容67萬m3。原土壩為均質(zhì)壩,庫區(qū)風(fēng)力八級(jí)(相當(dāng)于風(fēng)速19m/s),庫長為1km，平均水域?qū)挾?00m，該區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深1.20m。壩后地面高程78.1m。

2 南溝水庫壩堤除險(xiǎn)方案

壩堤位于關(guān)山與王家林子山之間，屬溝底最洼地段。

2.1 原因分析

原土壩施工質(zhì)量差，未經(jīng)任何碾壓，涵管周圍可能也未作特殊防滲處理(如截水環(huán))。一旦發(fā)生大洪水，滲透水流可能沿涵管形成集中滲漏通道，進(jìn)而形成跌窩、滑坡、管涌等險(xiǎn)情。大壩上下游壩坡約1∶1.5，較陡，且雜草叢生。壩右端建有溢洪道，與土壩壩端以導(dǎo)墻分開。

2.2 壩堤穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

南溝水庫壩堤修建于1969年，壩堤處于關(guān)山及王加林子山之間谷地處，山谷地勢較平坦，有利于壩體的穩(wěn)定。壩基層位穩(wěn)定，層面起伏不太大，而且土質(zhì)較單一，有利于壩體穩(wěn)定，壩基土中圓礫透水性好，若該層在上游有補(bǔ)給面，當(dāng)庫區(qū)水位由上升到下降時(shí)，圓礫中會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，因此會(huì)影響壩體穩(wěn)定。但從勘探及踏勘情況來看，庫區(qū)內(nèi)上部大部分均為粘性土，流砂現(xiàn)象很少，所以壩體較穩(wěn)定。

2.3 壩址滲漏評(píng)價(jià)

由于壩為土壩，壩體主要由粉質(zhì)黏土組成，透水性差，所以壩體本身起到很好的防滲作用，滲流量較少。基土中圓礫透水性較好，但其上部為透水性較弱的粉質(zhì)黏土所覆蓋，所以壩基滲漏量較少。該壩區(qū)周圍及底部為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，裂縫發(fā)育，會(huì)導(dǎo)致庫區(qū)水滲漏，存在繞壩滲流。

2.4 除險(xiǎn)加固方案擬定

第一方案是對(duì)壩體及壩基采取全方位灌漿，設(shè)計(jì)要求主要為：在壩頂平面弧線全線布孔，左岸幕線向山體延伸大致10m左右。單排布孔的孔距約為1.5～2.5m，深入基巖8～10m。灌漿后基巖透水率可以控制在5Lu以內(nèi)。

第二方案是采用噴灌相結(jié)合，即在上游面噴一層防水層，然后再對(duì)壩基作全面帷幕灌漿處理。

第三方案是針對(duì)漏水部位及壩體強(qiáng)度薄弱部位進(jìn)行加固處理，以灌漿堵縫隙為主，結(jié)合表層嵌縫修補(bǔ)為輔。

以上3種方案雖然都能達(dá)到治理滲漏、除險(xiǎn)加固的目的，但經(jīng)過比較可知，第一方案雖然全面徹底，但是造價(jià)相對(duì)較高。第二方案在施工方面難度較大，特別是在上游面噴防滲面層方面，質(zhì)量較難控制且需采取水庫放空即降低水庫水位等，其對(duì)水庫收入損失影響較大，且達(dá)不到增加壩體整體強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。第三方案采取有針對(duì)性補(bǔ)漏措施可以有效節(jié)約工程造價(jià)，提高壩體的整體強(qiáng)度。故采用第三方案對(duì)大壩進(jìn)行加固處理，其具體加固方案為：鉆灌前需要先打?qū)Э走M(jìn)行灌漿試驗(yàn)，摸清滲漏的通道，以確定漿液配比和注漿壓力參數(shù)，然后進(jìn)行灌漿。

2.5 加固項(xiàng)目

大壩上下游壩坡約1∶1.5，較陡，且雜草叢生。壩頂高程由原來的85.9m加高至86.9m，壩頂寬擴(kuò)寬至10m。上下游壩坡由1∶1.5變?yōu)?∶2.75。

在大壩加高放緩之后，為防止?jié)B流逸出處遭受滲透破壞以及滲流造成的表面水流沖刷，增加有承壓水地層的壓重作用，在壩坡面增設(shè)反濾層。

3 大壩防滲處理

3.1 壩體處理

壩體滲透破壞的除險(xiǎn)加固應(yīng)采取兩方面措施：?提高壩基和壩身抵御遭受滲透破壞的能力，比如消除壩基壩身的隱患、提高堤身密實(shí)度、貼坡排水等措施；?如何降低由于滲流的作用而遭受破壞的能力，即降低壩身的浸潤線和滲流出口比降，并根據(jù)工程所在地的地質(zhì)、出險(xiǎn)狀況以及堤防的重要程度來選擇適合該工程的滲流控制措施。

3.2 漏洞和跌窩除險(xiǎn)方案的選擇

對(duì)于壩基的滲流穩(wěn)定性，在經(jīng)過設(shè)計(jì)洪水或超設(shè)計(jì)水位運(yùn)行后，只有在滲漏的回水側(cè)，壩基不會(huì)出現(xiàn)洪水侵沙和表面隆起的滲流破壞現(xiàn)象，此處地基是穩(wěn)定的滲透。

大壩壩基的滲流穩(wěn)定性不符合要求。在大壩壩后附近的洞和壩基的基坑破壞，不能滿足必須加固的滲流穩(wěn)定性的要求。但應(yīng)根據(jù)不同的滲漏破壞部位、原因和程度，采取不同的加固措施。

對(duì)于經(jīng)過設(shè)計(jì)洪水水位試驗(yàn)，但由于背水側(cè)是由坑塘等薄弱環(huán)節(jié)引起的堤防基礎(chǔ)滲漏破壞，只要采用反濾料填平坑塘就基本上可以滿足壩基的滲流穩(wěn)定性要求；在背水側(cè)沒有坑塘和其他薄弱環(huán)節(jié)，但在設(shè)計(jì)洪水水位低于堤壩附近處發(fā)生堤壩滲透性破壞的情況下，必須采取有效的防滲加固措施進(jìn)行加固處理。

3.3 加固后滲流、穩(wěn)定的驗(yàn)算

大壩的滲流計(jì)算公式：

(1)

式中kT——壩基透水層的滲透系數(shù);

H1——上游水深，當(dāng)下游有水時(shí)應(yīng)采用上下游水位差;

L0——排水設(shè)施前的壩底寬；

n——由于壩基滲流流線彎曲對(duì)滲徑進(jìn)行修正的系數(shù)；

T——壩基透水層深度。

由計(jì)算得出壩基的滲透量Q=6.16×10-8cm/s

為檢測土壩在各種可能的工作條件下壩坡是否安全經(jīng)濟(jì)，需對(duì)大壩進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，

由于大壩是多種土質(zhì)壩，故采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行驗(yàn)算：

根據(jù)條分法求出大壩的浸潤線，然后由式(2)計(jì)算：

(2)

式中i——土條編號(hào)；

Wi——i號(hào)土條底部的滲透壓強(qiáng)，W=vγ；

ui——i號(hào)土條底部弧長；

li——i號(hào)土條底部中點(diǎn)和圓心O點(diǎn)鉛垂線之間的夾角；

βi、ci——i號(hào)土條底部滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

式(2)未考慮滑動(dòng)體內(nèi)的滲透力，只適用于壩體浸潤線和滑動(dòng)面大致平行的情況。當(dāng)浸潤線陡于滑動(dòng)面時(shí)，則求得的Kc值將偏大，偏于不安全；反之，則Kc值偏小。

由以上計(jì)算得出Kc<9.03×10-8cm/s。

4 壩前帷幕灌漿

在大壩壩身臨水坡腳下設(shè)置一階梯式帷幕，帷幕的厚度T根據(jù)幕體內(nèi)的允許坡降值確定。但可按式(3)作初步估算：

(3)

式中H——最大作用水頭，m；

J——帷幕的容許比降，對(duì)一般黏土漿可采用J≤3～4。

灌漿孔距為2～4m。如果在灌漿施工過程中，發(fā)現(xiàn)漿液擴(kuò)散范圍不足，則可采用縮小孔距、加密鉆孔的辦法來補(bǔ)救。

受灌漿壓力的限制，地面以下1m以內(nèi)防滲帷幕很難形成。為保證帷幕與土工布形成一個(gè)完整的防滲體，可沿帷幕中心線開挖1m×1m的截水槽并用混凝土回填，在回填混凝土的同時(shí)將土工布埋入其中，使帷幕與土工布之間不存在任何漏水通道。

5 加設(shè)防浪墻、馬道、排水體

原來大壩無防浪墻，為了滿足防洪要求，加固時(shí)加設(shè)防浪墻。防浪墻結(jié)構(gòu)選擇漿砌石型式,壩頂面以上墻的高度不宜大于1.2～1.5，埋置深度應(yīng)在50cm以上，間隔20cm左右設(shè)置變形縫，防浪墻應(yīng)與防滲體相連接。

為方便檢修及排水，在下游的坡面上增設(shè)馬道，邊坡比不變。原壩頂路段寬度過窄，不能滿足防汛搶險(xiǎn)的需要。加寬為10m，其中行車道8m，人行道2m，鋪設(shè)0.06m厚瀝青，下鋪0.15m厚爐渣石灰土。路面向兩面傾斜，坡度以2%～3%為宜，以排除路面積水。

壩后排水在布置形式上采用兩種。一種是壩較長，采用明排與暗排相結(jié)合的方式,即在壩兩端、中間和壩半腰縱向排水布置明排，其他橫向排水都是暗排。暗排是在壩坡上埋設(shè)10～15cm混凝土預(yù)制管，進(jìn)口在壩頂外肩并安設(shè)鐵絲網(wǎng)，以防堵塞。出口連在馬道一側(cè)的縱向排水溝上。另外一種壩長較短，選用明排。橫向排水溝最好與臺(tái)階排水相結(jié)合。

針對(duì)南溝水庫的具體情況，壩體浸潤線位置不高，沒有必要降低壩體浸潤線，所以在下游壩坡上設(shè)一貼坡排水，可以防止壩坡土發(fā)生滲流破壞，保護(hù)坡免受下游撥浪淘刷。排水層厚度根據(jù)凍層深度的要求確定，其頂部應(yīng)高出浸潤線溢出點(diǎn)，同時(shí)高于下游最高水位1.5～2.0m。整個(gè)工程施工方便，便于檢修。當(dāng)下游有水時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足對(duì)護(hù)坡的要求。貼坡排水底角處應(yīng)設(shè)置排水溝或在排水溝中填以卵石。

6 結(jié) 語

大壩的防滲以及加固措施的選擇受多種因素的限制，尤其是施工條件的限制，所以在選擇大壩加固措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)程度來選擇各種加固措施，同時(shí)進(jìn)行技術(shù)分析比較，以最小的投資，創(chuàng)造最大的工程效益。

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[3] 高春寶.薊運(yùn)河堤防滲透破壞成因及除險(xiǎn)加固措施[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2010(6).

[4] 晏志武.水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)前期工作應(yīng)注意的問題[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2011(3).

[5] 徐淑涓.水利工程除險(xiǎn)加固措施分析[J].水利建設(shè)與管理.2009(3).

[6] 婁一青,王林素,蘇懷智.碾壓混凝土壩層面滲流變異特性研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2011(6).

Exploration of seepage control loophole and falling-pit risk removal plan in Nangou Reservoir dam

SHI Ning

(Liaoning Yingkou Hydrology Bureau, Yingkou 115003, China)

Dam seepage failure risks mainly include dam loophole, falling-pit, etc. in the process of water conservancy project construction, especially dam body and its contact surface with dam foundation. There are extensive contact materials between dam body and dam foundation. Risk of dam foundation appears at the foundation level, thereby leading to higher risk on dam body. Dam patrol and inspection should be strengthened in order to prevent such conditions. The risky parts should be backfilled and treated, thereby ensuring safety of the reservoir dam during flood period.

seepage control; falling-pit; dam; Nangou Reservoir

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.008

TV62

B

2096- 0131(2016)06- 0024- 03