小型土石壩防滲加固前后滲流及穩定分析

魏文強 胡繼剛 賀彪

摘 要：土石壩是我國應用較為廣泛的水庫的壩型，從經濟角度及施工角度分析，土石壩相比其他壩型有較大優勢。近年來，我國正在全國范圍內檢修各類土石壩，主要為了使土石壩滿足滲流穩定。本文通過介紹土石壩的類別，分析土石壩滲流的形式，研究土石壩滲流的具體反映，提出防滲加固的措施，并對其穩定性進行分析，以供參考。

關鍵詞：小型土石壩 防滲加固前后 滲流 穩定分析

1.土石壩的類別

土石壩主要利用在施工地點處開采的建筑材料或當地的土料、石料等，通過拋填、碾壓的方法堆筑而成的壩。土石壩按照筑壩材料區分，一是土壩，主要以土和沙礫為主；二是堆石壩，主要以石渣、鵝卵石、爆破石料等為主；第三是土石混合壩，筑壩材料為土石混合料。土石壩的特點是對建造地點、地質地理等要求較低，能夠適應較多的地質地理類型。

2.土石壩滲流的形式

填筑土石壩的土料和壩基的沙礫呈現散粒體結構，顆粒與顆粒之間存在一定的孔隙，因此會有一定的透水性，這便是土石壩發生滲流情況的原因。如果這種滲流情況的出現是在設計或者管理人員的監控之下，則為正常情況下的滲流。正常情況下的滲流主要有以下幾種表現狀態：大壩任何部位的壩體都會出現滲流狀況，滲流流量較小，水質較好，清澈透明，基本不裹挾土壤顆粒，因此對于壩體和壩基不會造成滲透性的損壞。但是壩體滲流一旦出現較為渾濁的水質，滲流流量較大且非常集中，水流透明度極低，裹挾大量泥沙，嚴重影響壩體和壩基情況，并使其產生管涌，流土、接觸性沖刷等嚴重破壞狀況，這種滲流便稱之為異常滲流。這種異常滲流的出現會造成土體滲透破壞狀況，嚴重影響本地蓄水興利政策的實施。

3.某小型土石壩滲流工況分析及計算結果

3.1工程概況

某小型土石壩位于城鎮內，為均質土壩，最高處為15.57米。根據相關資料顯示，目前壩體與壩基的滲透系數分別為1.90×10-5cm/s、3.6×10- 6cm/s。大壩主體外坡左側79.5米處存在濕潤浸散，大壩主體左右兩邊壩肩處存在滲漏水現象，水流量為0.04～0.08L/s。

3.2工況分析與結果

3.2.1工況分析

以該水庫詳細資料為基礎，水庫水位從798.80m（正常蓄水位）降至790.50m（死水位）需要二十天左右，水庫水位降速平均數值為v =0.42m/d。結合相關資料將其分為六種情況進行滲流分析：（1）正常蓄水位798.80m；（2）設計洪水位799.60m；（3）校核洪水799.90m；（4）死水位790.50m；（5）上游水位從799.90m驟降為790.50m的滲流情況；（6）當上游水位從799.90m驟降為798.80m再降為790.50m的滲流情況。

3.2.2計算結果

根據大壩內部的浸潤線位置可知，工況（1）～（6）出現滲流情況時的坡降為J=0.34～ 0.43，根據相關規范可知，規定值坡降為[J]=0.48，坡降計算值小于規范要求數值。

3.3相關數據分析

根據勘察資料以及計算結果可知，下游的三個流水點分別為：（樁號0+049、高程794.08m處）、（樁號0+063、高程795.84m處）、（樁號0+067、高程795.00m） 三處滲流總量為0.6L/s；下游的散浸情況出現在（樁號0+016～0+052、高程792.12～788.17m）處，滲流量為0.4L/s，結合公式計算可知，這幾處處于中等透水狀態，需要進行防滲處理。

4.處理土石壩滲流情況的主要措施

小型土石壩可采用混凝土防滲墻、劈裂灌漿防滲、土工合成材料防滲等措施來截斷已經出現的滲流路徑。

輸水涵管的老化以及失效狀況，是目前我國國內小型土石壩普遍存在需要及時處理與解決的問題。對于這類問題，可選擇補強加固，開挖翻建、采用頂管技術將土石壩內的設施進行更換，使土石壩的滲流情況得到改善，保證土石壩的使用狀態。

為了能更好的提高小型土石壩的防洪標準，減少土石壩的滲流情況，應當加高大壩以保證其蓄水調節能力不斷增加、重視改造后土石壩的泄流流量。土石壩在加高過程中，需要將加高高度控制在一米之內，最高不超過三米，若高度繼續增加，就需加寬大壩寬度。在加大土石壩泄流能力時，應當選擇對其寬度進行加寬，或是對溢洪道進行加深，并增設防浪墻。

5.小型土石壩加固前后的穩定分析

為了提高該小型土石壩的防洪能力，處理壩體滲流情況，避免對周邊村落或周邊人民群眾的生產生活造成威脅，應當重視大壩的滲漏問題，對大壩原本的壩頂、壩坡、排水棱體等內容進行加固，對壩身部位也應當堵漏與修正，截滲大壩已經出現的滲流通道，將壩坡中出現滲流情況的部位進行修整，才能更好的提高大壩的建筑質量，保證其正常運行。

根據筆者收集的資料，在某小型土石壩加固之后，大壩位移與加固之前的位移相比有所增大但變化處于合理數據范圍之內；應力變化情況不大，但加固之后的壩體應力水平明顯高于加固之前，最大壓應力甚至比加固之前增大一個量級（如表1所示）。這是由于心墻的自重以及兩側壩體的自重向下對于墻體造成了一定的摩擦力。

由此可知，在加固土石壩的過程中，防滲墻能夠有效增強壩體的防滲效果，能降低浸潤線高程，但是加大了壩體的應力，使得防滲墻受到應力的作用出現不協調的狀態，尤其是防滲墻的底部，受到應力的作用與影響更為明顯。由混凝土材質組成的心墻受到的影響較低，應力的變化依舊在混凝土的抗壓強度區間之內。

6.結語

根據文中內容可得，對于小型土石壩出現的滲流情況，應當及時進行加固除險，才能在原設計規模不變化，各類效益不減少的基礎上，處理在土石壩運行過程中已經暴露的問題，并將潛在的安全隱患消除。

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