淺析某水庫大壩帷幕灌漿對滲流的影響

趙德亮

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概述

某水庫工程是一座以灌溉為主、兼顧防洪、發電等綜合效益的山區攔河樞紐，建于1988年，水庫正常蓄水位為1 258 m，相應庫容為2 672.2×104m3，設計洪水位為1 258.60 m，相應庫容為2 730×104m3，校核洪水位為1 260 m，相應庫容為2 990×104m3，死水位為1 239.50 m，相應庫容為700×104m3，最大壩高為52.5 m，壩長為320 m。

2000年6月29日，對水庫進行了大壩安全鑒定，發現存在以下問題：① 由于壩肩防滲體系設計不完善，形成繞壩滲流，影響到大壩安全，造成水庫不能正常蓄水，如不進行防滲處理，則大壩會出現新的滲透破壞。② 大壩古河床段樁號0+180～0+265，全長為85 m，混凝土防滲墻深入基巖僅1.0 m，不能有效切斷風化巖層的滲漏，且該段基巖以下未進行帷幕灌漿，造成壩基滲漏，建議對此段進行帷幕灌漿處理，使其與左右壩肩防滲帷幕連為一體，形成完整的大壩防滲體系。③ 大壩觀測設備不健全，不能科學準確地反映大壩的運行狀況，給大壩安全運行管理帶來不便。綜合以上問題確定該水庫為病險水庫，大壩為3類壩。

根據安全鑒定結論，擬進行如下加固措施：① 增加大壩相應的觀測設施；② 對大壩進行帷幕灌漿防滲處理[1]，其中：帷幕灌漿分為左、右壩肩及壩基3部分：左壩肩灌漿范圍為樁號0+100～0+131段，長度為31 m，由于樁號0+100～0+131段在1993年施工過程中已做灌漿，則在已灌漿孔下游1.5 m 布設灌漿孔；右壩肩灌漿范圍為樁號0+265～0+411段，長度為 146 m；壩基灌漿范圍為樁號0+131～0+265段，長度為 134 m。

工程于2002年4月20日開工，2003年完工。

2 測壓管監測資料分析

大壩帷幕灌漿后至今，壩體測壓管監測資料主要選取了樁號0+185、0+220、0+228、0+253四個位于河槽段內監測斷面進行數據分析(如圖1～4所示)。

1) 從以上水位過程線可知：斷面中第1根測壓管水位隨上游水位變化趨勢明顯，管水位與庫水位相關性較好[2]。時間略有滯后，一般滯后7～15 d，水位低的時候滯后時間較長，對水頭的削減一般在10～25 m左右，可知大壩左側壩段心墻防滲效果總體較好，滿足設計要求。0+185-1、 0+220-1、0+228和0+253-2埋設位置較其他斷面測壓管在心墻內稍偏上游，所以從數值上看削減水頭較小。

2) 0+185-2、0+220-2和0+253-3測壓管位于心墻內靠近下游側，監測值明顯比同斷面第1根監測值要小，兩者間距為6 m，水頭差為17 m左右，低于設計浸潤線，說明粘土心墻防滲工作性態正常。

圖1 0+185測壓管水位過程線示意

圖2 0+220測壓管水位過程線示意

圖3 0+228測壓管水位過程線示意

圖4 0+253測壓管水位過程線示意

3) 根據測壓管水位數值可知：庫水位在最大值情況下，心墻外下游側第1根測壓管水位與上游水位之差大于40 m，說明心墻防滲效果較好。

3 滲流監測資料分析及滲流量計算

3.1 滲流監測資料分析

水庫滲流量觀測值對比見表1所示。

表1 水庫滲流觀測值對比 L/s

備注：本資料滲流數據，基本均在其相應水位穩定條件下觀測值。2003年觀測值為灌漿后初期觀測值。

1) 從2003年除險加固后至2018年的滲流量可知：滲流量與水庫上游水位的相關性較好，滲流量隨庫水位的升高而增大，并隨著庫水位的降低而減小，變化趨勢基本一致，在時間上略有滯后，未出現異常變化，表明大壩滲流狀態正常，大壩的防滲體系工作性態基本正常[3]。

(2)在主體期望類型上 文獻[19]的主體期望類型單一，僅考慮了帶有不確定得分情形，該方法難以處理具有多種類型主體期望的雙邊匹配問題。本文考慮具有兩種類型的主體期望，彌補了主體期望類型單一的不足，拓展和完善了雙邊匹配理論。

2) 從相同庫水位不同時間的滲流量變化可知：大壩帷幕灌漿后較帷幕灌漿前滲流量呈逐年收斂下降的趨勢，反映大壩滲流性態近期向有利的方向發展[4]。

3.2 滲流量計算

水庫滲流主要表現為壩體漏水、壩基和壩肩滲水、庫底向較低的透水層滲流等幾方面[5]，本水庫經現場檢查發現：主要存在壩基、壩體和壩肩滲水現象。通過相應公式得出計算結果見表2所示。

表2 滲流量計算

由計算可知，水庫滲流量主要為兩壩肩繞滲形成。左右兩壩肩繞滲量的計算，按目前已進行帷幕灌漿后的情況考慮，滲流系數按5 Lu計算。目前，壩后滲流觀測值在除險加固后最高蓄水位1 255.80 m時為36.70 L/s，主要為壩基、壩體滲流量和左右壩肩部分繞壩滲流量。計算復核所得的滲流量正常蓄水位1 258.00 m時為71.1 L/s，說明實際觀測壩后滲流量小于理論計算值。

4 大壩滲流穩定計算

滲透穩定計算采用理正巖土滲流穩定分析軟件，選用河床段最大斷面0+220 m作為典型斷面進行計算，0+220 m斷面壩體簡化分區見圖5所示。

圖5 壩體0+220斷面滲流計算簡化分區示意

1) 計算參數

壩體主要材料各分區滲透系數取值根據水庫初步設計報告、水庫竣工驗收資料并參考類似工程確定，計算參數見表3所示。

表3 壩體、壩基各分區滲透系數

水庫帷幕灌漿主要是對左右壩肩和壩基進行帷幕灌漿。施工時左右壩肩及壩基均按設計要求進行了帷幕灌漿，按以下工況進行滲透穩定計算。

工況一：壩基覆蓋層采用混凝土防滲墻，墻深入壩基砂巖1 m。防滲墻底以下砂巖5 Lu范圍內采用帷幕灌漿，帷幕灌漿控制終孔標準為q≤3 Lu。上游正常蓄水位為1 258.0 m，下游水位為1 211.2 m。

工況二：壩基覆蓋層采用混凝土防滲墻，墻深入壩基砂巖1 m。防滲墻底以下砂巖5 Lu范圍內采用帷幕灌漿，帷幕灌漿控制終孔標準為q≤3 Lu。上游校核洪水位為1 260.0 m，下游水位為1 211.2 m。

3) 計算結果及分析

兩種工況計算結果見表4所示。

表4 壩體0+220斷面滲流計算

通過計算結果，大壩壩基砂礫石層下游出逸段的水平滲透比降小于砂礫石料允許的滲透比降，說明所計算的壩基砂礫石在滲流作用下均是穩定的，滿足規范要求，結合測壓管實測水頭表明，大壩防滲效果明顯，防滲體系的工作性態基本正常。

5 結語

水庫帷幕灌漿后，從測壓管觀測資料及滲流量數據分析結果看，現狀大壩滲流性態基本正常，滲流量呈逐年收斂下降的趨勢，通過滲流計算分析帷幕灌漿對大壩的滲流穩定發揮了積極作用，大壩滲流性態向有利的方向發展，說明帷幕灌漿后水庫大壩防滲效果顯著，較好地改善水庫大壩的防滲體系。