水庫壩體滲流及邊坡穩定計算

馬楠

寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司 寧夏銀川 750001

1 水庫大壩防滲處理原則

1.1 大壩滲漏的原因分析

要想解決大壩的滲漏問題，前提是必須要弄清楚大壩滲漏的原因。我國的大壩類型大部分都是土石壩，出現大壩滲漏問題的原因一般有兩種。第一種就是由于滲流而引起的破壞。根據我國的相關調查表示，由于滲流變形而造成大壩出現問題占所有原因的60%。這種情況的出現主要就是因為大壩基底滲流，使壩基巖石層中的石子或者土粒發生松動而引起滲漏。第二種是壩體變形引起的破壞。在滲流的影響下，壩體內部物質分布不均勻，對滲流的抵抗力變小，最終引起某些薄弱的部位出現變形，甚至倒塌，這種現象就屬于變形破壞[1]。

1.2 大壩防滲處理的原則

大壩的防滲處理工作在水利工程中是一項十分重要的工作，防滲處理需要遵循很多的原則。防滲處理的要求基本體現在以下四個方面：功能用途、設計技術、工程成本和安全環保。在功能用途方面，需要滿足基本功能，符合“上堵下排”的原則；技術方面，要求技術合理，達到各項技術指標；工程成本不應超過預算，提前做好相關工作，使工程又經濟又合理；在環保方面，工程不造成環境破壞，也不會對人文環境造成不好的影響。

2 水庫大壩防滲處理技術

（1）黏土鋪蓋。這種技術的應用并不廣泛，但在一定環境下，這種方法還是很適用的。比如，對于一些小型大壩，通常會有很厚的一個覆蓋層，在這種情況下，如果采用黏土鋪蓋的方法就可以在一定程度上抵御蓄水滲流，降低滲流程度，延長大壩的使用周期，從而體現出特別經濟的一面，而且效果還比較好，而采用防滲墻等其他技術就會耗費相當大的人力、物力和財力。

（2）水泥樁防滲墻。水泥防滲墻技術是垂直防滲技術的一種，可采用的方法有很多種，比如多頭深層攪拌水泥土、倒掛井法等。這種技術主要是依靠水泥的黏性，通過水泥攪拌機的攪拌，將具有黏性的水泥用噴射設備注入到大壩壩體中，使大壩土體與水泥充分混合，形成一個個水泥樁結構，然后再把這些樁結合起來，就形成了水泥防滲墻。由于墻體的硬度較強，而且連續性較好，從而達到了防滲效果。

（3）混凝土防滲墻。混凝土防滲墻技術起源于意大利，屬于垂直防滲技術。這項技術是利用置換法，主要是將壩體中的泥沙置換成聚合效果更強的混凝土材料，由混凝土材料形成墻體，從而達到防滲效果。可采用的方法有：鋸槽法、射水法和薄型抓斗法等。這幾種方法中，鋸槽法具有成墻質量好、效率高的優點，比較適用于一些黏性效果不好的砂土層和淤泥質土層；射水法對工藝的要求不是很高，而且成本也較低，但其適用性不強。一些含有較大砂礫的河床就不適合采用射水法；薄型抓斗法的適用范圍較廣，工藝效果良好，但其需要投入的設備量大。

（4）劈裂灌漿技術。灌漿技術是水利工程中的關鍵步驟，其中劈裂灌漿技術是針對大壩防滲加固使用最廣泛的技術。在壩體的垂直分布方向上，找準裂縫的位置，根據實際地形進行布孔，在保證安全的情況下，依靠灌漿的壓力使壩體劈開，將泥漿通過孔灌入到壩體中，使壩體更加牢固，從而起到防滲效果[2]。

（5）防滲膜等防滲材料。防滲膜具有普通防水材料無法比擬的防滲效果，HDPE防滲膜具有高強抗拉伸機械性，它優良的彈性和變形能力使其非常適用于膨脹或收縮基面，可有效克服基面的不均勻沉降，水蒸汽滲透系數高，耐老化性能—防滲膜具有優秀的抗老化、抗紫外線、抗分解能力，可裸露使用，材料使用壽命達50-70年，為環境防滲提供很好的材料保證，施工速度快—防滲膜有很高的靈活性，有多種規格多種鋪設形式滿足不同工程防滲要求，采用熱熔焊接，焊縫強度高，施工方便、快速健康

3 壩體邊坡穩定計算

受同心縣水務局委托，我公司承擔了“寧夏中部干旱帶脫貧攻堅水源工程同心縣馬家塘水庫”技施設計。本次計算為壩體抗滑穩定計算。馬家塘水庫壩體為碾壓式均質土石壩，壩頂高程1341．4m，設計位 1339．4m。設一級馬道，設計高程1330．2m，臺面寬度 4．0m。壩頂寬 5．0m，最大壩高 26．71m，壩長 3731．74m。根據壩高及地質的不同，選取樁號1+350、1+625、1+800、3+075處作為計算斷面。以壩腳處向外30m，壩基深度40m建立計算模型。

3.1 計算工況和參數選擇

根據地質勘查后試驗成果：

①壩體填土（選用壤土、砂壤土按1:0．7混合料）滲透系數k=8．19×10-5cm/s；

②壩基角礫滲透系數k=0．03cm/s；

③濕陷性壤土滲透系數k=1．5×10-4cm/s；

④非濕陷性壤土滲透系數k=1．17×10-4cm/s；

⑤濕陷性砂壤土滲透系數k=9．2×10-4cm/s；

⑥非濕陷性砂壤土滲透系數k=2．46×10-4cm/s；

⑦礫砂滲透系數k=0．03cm/s；

⑧中砂滲透系數k=5．0×10-3cm/s

從壩頂到壩腳上游坡坡率m1=1:2．75，下游坡坡率m2=1:2．5。

4 計算結果分析

經計算，水庫迎水側壩坡1:2．75，背水側壩坡1:2．5，只在防滲膜失效情況的地震工況下壩坡安全系數不滿足規范允許安全系數，其余工況均滿足規范要求。考慮到防滲膜完全失效與地震工況相結合的情況出現概率極小，因此堤身滿足穩定要求[3]。

5 結語

通過基于上述滲流和壩坡穩定性計算設定上游和下游截止谷，有效地實現了降低壩基的穿透率和降低污物管道風險的效果。安全系數也得到改善。在水庫正常水位和檢測洪水位的情況下，可以保證上下游壩坡的穩定性，因此本項目可以采用截水截流作為經濟，安全的防漏措施。