白希源水庫防滲加固處理及穩(wěn)定性分析

王 鑫

（撫州市城市用水管理辦公室,江西 撫州 344000）

0 引言

水庫是河流防洪系統(tǒng)的重要組成部分。確保水庫安全穩(wěn)定，對(duì)于防御洪水災(zāi)害，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康穩(wěn)定發(fā)展具有關(guān)鍵意義。小型水庫土石壩可能出現(xiàn)繞壩滲漏、壩體滲漏和壩基滲漏等病險(xiǎn)，由此引發(fā)不同程度的泄漏事故，增加壩體的風(fēng)險(xiǎn)性，從而影響水庫的正常功能[1]。眾多中小型水庫由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，地理?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平制約造成前期設(shè)計(jì)深度不夠，施工技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后存在許多病險(xiǎn)。白希源水庫于1969 年修建時(shí)僅對(duì)壩基表面雜草及腐殖土進(jìn)行了簡(jiǎn)單清除，缺乏完善的質(zhì)檢驗(yàn)收體系，質(zhì)量難以把控，目前病險(xiǎn)清單中以接觸滲漏和壩腳滲漏為甚，采取合理有效的防滲加固措施已刻不容緩。

1 工程概況

白希源水庫位于江西省東鄉(xiāng)縣，距東鄉(xiāng)縣城約21 km，屬東鄉(xiāng)河支流。壩址以上集雨面積0.59 km2，主河道全長(zhǎng)1.22 km，河道比降4.67%。水庫正常蓄水位76.20 m，死水位70.67 m，水庫總庫容17.67×104m3；工程等別為Ⅴ等，主要永久性建筑物工程級(jí)別為5級(jí)，次要建筑物屬5 級(jí)，水庫設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)按10 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，水庫設(shè)計(jì)灌溉面積300 畝，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖的綜合?。ǘ┬退こ獭?/p>

2 防滲加固設(shè)計(jì)

2.1 壩體現(xiàn)狀滲流穩(wěn)定驗(yàn)證

針對(duì)壩體壩基接觸滲漏嚴(yán)重的問題，展開滲流穩(wěn)定驗(yàn)證。

2.1.1 計(jì)算斷面及單元?jiǎng)澐?/p>

結(jié)合地質(zhì)探坑布置和大壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)算選取最大壩高斷面作為計(jì)算斷面，計(jì)算單元?jiǎng)澐譃檎惩临|(zhì)砂（壩體），粘土質(zhì)砂（壩基）和板巖三部分。

2.1.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告選取計(jì)算斷面各區(qū)地質(zhì)滲透系數(shù)，見表1。

表1 計(jì)算斷面各計(jì)算分區(qū)參數(shù)

2.1.2 計(jì)算方法及工況

本工程根據(jù)地質(zhì)勘探及試驗(yàn)資料，采用北京理正《邊坡穩(wěn)定分析軟件6.0版》滲流分析計(jì)算軟件，用有限元法計(jì)算。

2.1.3 計(jì)算成果

大壩計(jì)算斷面在各特征庫水位時(shí)關(guān)鍵部位計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 大壩滲流關(guān)鍵部位計(jì)算主要成果表

2.1.4 計(jì)算結(jié)果分析

從大壩剖面流網(wǎng)形態(tài)可知，大壩各計(jì)算斷面滲流規(guī)律符合均質(zhì)大壩滲流形態(tài)。但是當(dāng)庫水位從正常蓄水位76.20 m上升到校核洪水位77.00 m時(shí)，下游壩坡最大出逸比降均為0.33～0.38，大于壩體填土允許坡降0.30，可知壩體滲透穩(wěn)定性不滿足要求，并且溢出點(diǎn)偏高，故需要在上游增加防滲設(shè)施，降低大壩溢出點(diǎn)。

2.2 防滲加固方案比選

根據(jù)本地水庫壩身、壩基、防滲處理經(jīng)驗(yàn)，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，擬定兩種壩身防滲處理方案，即：粘土斜墻防滲方案和沖抓套井回填粘土心墻方案。

2.2.1 粘土斜墻防滲方案

新設(shè)粘土斜墻布置于壩體上游面，在壩底及壩面邊坡線設(shè)截水槽。粘土斜墻高程不得小于非正常運(yùn)用條件下的靜水位?；靥钔林笜?biāo)主要考慮滲透系數(shù)、含水量和干密度，要求粘粒含量范圍為35%～50%，滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s，含水量在20%～30%之間，且具有較好的塑性及滲透穩(wěn)定性。

斜墻采用粘土填筑，由于壩體為均質(zhì)土壩，要求斜墻土料的滲透系數(shù)小于原壩土料滲透系數(shù)的百分之一以下，斜墻土料的滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s。粘土斜墻頂部的水平寬度取為1.5 m，斜墻底部厚度則根據(jù)土料允許滲透坡降而定。

2.2.2 沖抓套井回填粘土心墻方案

沖抓套井回填方案，設(shè)計(jì)參數(shù)主要考慮鉆孔平面套接布置、孔距、孔深、排距及有效墻厚。鉆孔平面套接擬采用單排布置，壩軸線和上游按照主、套孔相間布置，主套相交連接成墻。

防滲墻回填土依然采用粘性土料，設(shè)計(jì)參數(shù)與方案一相同?；靥钔亮细擅芏?，由公式計(jì)算或由擊實(shí)試驗(yàn)確定。要求粘土的設(shè)計(jì)干密度不得小于土體天然干密度的1.02～1.12倍，且不得小于1.5 g/cm3。

2.2.3 防滲加固方案比較

對(duì)兩種防滲方案從防滲效果、工程造價(jià)、施工條件等進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能比較，具體比較內(nèi)容見表3。

從表3可知，粘土斜墻方案具有施工簡(jiǎn)單、防滲效果好的特點(diǎn)，且該水庫大壩上游坡面較陡，需培坡加厚，因此推薦采用粘土斜墻的方案。

表3 大壩防滲方案比較表

2.3 加固后滲流穩(wěn)定計(jì)算

2.3.1 計(jì)算成果

大壩計(jì)算斷面在各特征庫水位時(shí)關(guān)鍵部位結(jié)果見表4。

表4 大壩滲流關(guān)鍵部位計(jì)算主要成果表

2.3.2 計(jì)算結(jié)果分析

通過以上數(shù)據(jù)可知大壩各計(jì)算斷面滲流規(guī)律符合斜墻壩滲流形態(tài)。斜墻消殺了30%左右的水頭，有效的降低了浸潤(rùn)線，達(dá)到大壩應(yīng)有的防滲效果。當(dāng)庫水位從正常蓄水位76.20 m上升到校核洪水位77.00 m時(shí)，下游壩坡最大出逸比降均為0.21～0.27，小于壩體填土允許坡降0.30，壩體滲透穩(wěn)定滿足要求。當(dāng)庫水位從正常蓄水位76.20 m上升到校核洪水位77.00 m時(shí)，大壩的計(jì)算滲流量均不大，且滲流量隨著庫水位上升而增大，符合現(xiàn)狀大壩運(yùn)行情況。根據(jù)地質(zhì)勘探資料可知壩基下伏板巖，該層較穩(wěn)定，透水性較弱，不存在壩基滲漏問題。

可見，防滲加固方案取得了良好效果，是可行的。

3 結(jié)語

水庫滲漏是造成病險(xiǎn)水庫的關(guān)鍵原因之一，也成為中小型水庫除險(xiǎn)加固工程的重要課題。結(jié)合工程現(xiàn)狀和滲漏分析結(jié)果采取科學(xué)的除險(xiǎn)加固方案是保證水庫壩體安全的重要舉措。對(duì)白希源水庫采用有限元法計(jì)算分析壩體加固前后的滲流穩(wěn)定問題，由此驗(yàn)證了加固方案取得了良好效果，證明粘土斜墻方案防滲性能強(qiáng)，且具有施工簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)勢(shì)。