小议水库大坝防渗设计

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摘要:通过结合某水库大坝渗漏现象，分析该水库大坝坝基中所存在的主要结构问题，针对渗漏病害提出大坝防渗设计的可行性方案，同时对两个方案技术对比分析而选取较优方案，为水库大坝的渗漏治理技术而奠定基础; 最后对治理后的大坝的坝基渗漏量进行了复核计算，计算结果表明，对大坝所采取防渗设计是可行的，可为同类工程提供可行的参考方案。

关键词:水库工程; 大坝防渗; 防渗设计; 渗漏量; 渗漏治理; 方案比较

中图分类号：TV62文献标识码： A

一、项目概况

某水库自建成后随着农业生产规模的不断发展，同时鉴于引水渠冲断，泥沙带入水库而造成水库严重淤积，根据实测库区地形图，水库目前库容仅为45． 1 万m3 ，对应正常蓄水位557． 90 m，已淤积105 万m3。同时，由于水库坝顶超高不满足规范要求，无法按正常设计水位蓄水，使西泉灌区春灌难以保证，严重影响了农业生产。水库大坝坝后渗漏严重，同时由于筑坝施工时未清基，形成渗漏安全隐患，伴随有渗透破坏，直接威胁坝体安全，分析该大坝的渗流问题，从而采取相应防渗设计很有必要。

二、渗漏问题分析

通过结合该水库地质报告表明，坝基除夹砂层外，其余土为弱－ 微透水层，土体工程性质较好，存在的问题主要是库水通过砂层，产生坝下渗流问题。以粉细砂夹层厚度0． 5 ～0． 8 m，属透镜状分布，分布范围为主坝0 + 250 ～ 2 + 100 段，最低处底高程为548． 10 m，属中－ 强透水层，埋藏较浅且基本呈连续分布，形成了渗漏通道。同时坝后坡脚有渗水现象，坝后坡0 ～ 1． 0 m 厚土体处于流塑状态，已基本丧失了强度。因此，应加强坝基的防渗处理，建议该段坝基防渗深度在坝基以下6 ～ 7 m。坝基上部为青灰色低液限黏土，局部夹淤泥质黏土层; 下部为土黄色低液限粉土夹粉细砂层，粉细砂夹层厚度0． 5 ～0． 8 m，呈透镜状分布。对坝基土在渗流作用下发生渗透变形

破坏判别如下:

1)渗漏类型的判别，判别方法采取Pc≥ 100/4(1－ n)为流土;Pc＜100/4(1－n)为管涌。式中: Pc为土的细粒含量; n 为土的孔隙率。

2)临界水力比降的确定。流土型通过采取下式确定:Jcr = (Gs－1)(1－n);管涌型采用下式确定:Jcr = 2.2(Gs－1)(1－n)2d5/d20;式中:Jcr为土的临界水力比降; Gs为土的颗粒比重; n 为土的孔隙率;d5、d20为分别为占土重的5%、20%的土粒粒径,mm。对于低液限粉土:Gs=2.69，n=36%，Jcr=1．08;对于低液限黏土:Gs = 2．70，n=40%，Jcr=1．02;对于含细粒土砂:Gs = 2．68,n = 33．86%，d5=0．003mm，、d20=0．025mm，Jcr =0．29。对流土型取安全系数2．0，则坝基土产生渗透变形的允许比降:低液限粉土为J允= 0．54,低液限黏土为J允=0．52;对管涌型取安全系数1．5，则粉细砂的允许比降为J允=0．19。

三、大坝防渗设计

鉴于水库建设施工时对坝体碾压施工不到位，导致坝体欠密实，使其坝体存在裂缝。通过工程地质勘察结果表明，该水库坝体土干密度在1．50～1．58 g/cm3，水库坝基:水库坝基以下分布有0．5～0．8m的粉细砂地层，分布范围为主坝0+250～2+100段，最低处底高程为548.10 m，属中－强透水层，埋藏较浅且基本呈连续分布。在放水涵洞附近的1+680～1+850段坝体填筑土中填筑有0．4m厚粉细砂。由于以上诸因素的存在，造成坝体渗漏严重。通过结合工程实践情况来看，提出两种防渗治理方案: ①对坝体内采取垂直防渗方案; ②通过与防浪护坡结合做上游坝坡防渗处理方案。

1)方案一坝体内垂直防渗方案。由于本水库坝体质量较差，坝体存在裂缝以及坝体内存在粉细砂夹层的透水层等问题，再加上上游无防渗护坡等，所以方案一选择了在原坝内做垂直防渗墙措施。具体设计如下: 自原坝顶开始向下做垂直防渗墙，深入到坝基砂层以下，与坝基防渗相结合，截断坝基透水层。垂直防渗墙位于坝顶中间。根据规范，防渗墙顶应高出设计水位0．5m，本除险加固确定的设计水位为559.00 m，因此防渗墙顶高程为559．5m，较设计坝顶高程560．5 m低10m。按平均垂直防渗深度5．0 m,在桩号0+650～2+100范围内，长度1450 m，厚15cm。其余主坝段2+100～2+370段只做坝坡防渗。

2)方案二通过采取与防浪护坡结合做上游坝坡防渗处理方案。因大坝上游坝段结合防冻胀设计做了混凝土防浪护坡，对防止坝体的渗漏有一定的作用。但由于坝体施工质量较差，填筑不密实，坝内存在粉细砂夹层，坝体渗漏仍未解决，渗漏仍然严重，并对大坝的稳定造成威胁。因此，为做好坝体的防渗，本方案结合坝坡的防浪护坡，在护坡混凝土板防冻层下设塑膜防渗材料。该方案的坝体防渗主要依靠防渗塑膜。防渗塑膜铺设总长度1735m，在现状主坝段防浪护坡段布设。塑膜由混凝土护坡脚至设计坝顶560.50 m。通过设计对比两种方案的防渗效果，防渗效果表明，该两种方案均有效地达到坝体防渗的效果; 但从施工难易程度上看，对水库在坝体内进行垂直防渗，该防渗治理方案施工技术含量较高，施工难度相对较大，而且鉴于本水库大坝填筑不密实，如果采用坝内防渗墙施工，坝体在施工过程中会遭到更多的震动破坏，必然会进一步加剧对坝体结构的损害;对于方案二来说,该方案在施工过程中则不会出现此问题，而且其施工相对较易。在工程施工技术条件相差无几的情况下，设计结合现状土坝避免震动破坏的具体情况考虑，选取方案二作为推荐方案。同时为了更好地对水库坝体做好防渗，本方案结合坝坡的防浪护坡，在护坡混凝土板防冻层下设塑膜防渗材料。该方案的坝体防渗主要依靠防渗塑膜。防渗塑膜铺设总长度1735 m，在现状主坝段防浪护坡段布设。塑膜由混凝土护坡脚至设计坝顶560.50 m。另外，对坝体防浪护坡设计，对主坝段0+650～1+400，此段坝前淤积层较厚，水库淤积后水位抬高，原坝体由于填筑质量问题，使坝体渗漏严重，坝后存在积水。此段坝体平均加高1．55 m。针对此段问题，在此段设置混凝土防浪护坡，既可防止风浪对坝坡进行淘刷，又可起到防渗作用。护坡顶与坝顶齐平，防浪护坡高度3．1 m，底高程在设计水位以下1．6 m,高程为557．4m，在此高程以下的部分，可以利用现有的淤积层形成的土缓坡防止对坝坡的风浪淘刷。加高的坝体土填筑时，要求其压实度≥0．97，内外边坡分别为1∶2．5 和1∶2．0。对主坝段1+400～2+370，此段坝前淤积层厚较前段偏小，但坝前水深较高，平均1．96 m，水库淤积后水位抬高，原坝体由于填筑质量问题，使坝体渗漏严重，坝后存在积水。针对此段问题，在此段设置混凝土防浪护坡，既可防止风浪对坝坡进行淘刷，又可起到防渗作用。护坡顶与坝顶齐平，防浪护坡高度5．1m，底高程在死水位以下1．62 m，高程为555．4 m。加高的坝体土填筑时，要求其压实度≥0.97，内外边坡分别为1∶2．5和1∶2．0。

四、结语

通过结合某水库坝基存在的渗漏严重等病害问题，对其采取渗漏分析，通过分析结果采取两种渗漏治理方案比较，同时对不同的设计方案进行对比分析，选取经济合理的设计方案，提出相应的水库加固设计措施，可为同类工程提供参考借鉴。

参考文献:

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