友谊水库除险加固后对大坝渗透坡降的核算

郭燕平 郑翠玲 刘炳东

1.张家口市友谊水库管理处;2.张家口市城建开发总公司

1 工程概况

友谊水库是一座以防洪、灌溉、兼顾水产养殖等综合利用的大(二)型水利枢纽工程,主要建筑物为2级.坝体以上控制流域位于内蒙古自治区地界,面积2250km2,总库容1.16亿m3.该库始建于1958年,水库建成后由于坝体质量不均,坝基集中渗流和坝体局部浸润线偏高及绕坝渗流等问题,被列入全国第一批病险水库除险加固规划.工程于2002年3月开工,2005年8月完工.针对“大坝左右坝肩帷幕灌浆及溢洪道固结灌浆、帷幕灌浆”施工项目完工后的实时监测,管理处密切观测坝基渗流.经观测核算,坝体除险加固效果达到设计要求.

2 大坝基础分析

拦河坝为均质土坝,坝顶高程1200m(系铁路高程),坝长为287m,最大坝高40m,坝顶宽7m,上游坡由1∶2.5、1∶3.5、1∶3.5三个坡段组成.下游坡顺次为1∶2.5、1∶3.5、1∶3.5.上下游坡分别用干砌石护坡,基础为砂砾石,坝前采用水平铺盖防渗,下游设排水反滤体.

2.1 坝基地质情况

坝基上部为第四系全新统击冲(alQ4)砾石层,砾石含量约50%.砾石中夹一层灰黑色壤土,下部为太古界迁西群花岗片麻岩.岩块坚硬,完整性较好,局部节理裂隙发育,节理面见铁锈.基岩具微～中等透水性,局部较强透水性,与上部砾石层相比,基岩透水性很小,基岩不会影响坝的稳定性.

2.2 拦河坝软弱夹层的产生因素

(1)拦河坝在施工中,历时三年分十块填筑到设计高程,每块结合部位都有未清理的松散干土,洒水又不好,加上防洪抢筑、断面坡度比较陡,未抛锚机械碾压靠不了边,人工夯实不好,以至在分块施工的结合面处造成软弱夹层.

(2)填土质量差异大.填筑过程中,由于土场多,有的是粉质壤土,有的是重壤土和沙砾土.碾压工具达不到碾压效果,深浅容重差别大,(层面50mm处vd=1.65～1.78,往下150mmvd=1.45～1.5).两坝肩容重最低,质量最差,尤其是左坝肩,坝肩下面残留着湿陷性黄土台地,坝体于山体结合处人工夯实不好,平均容重只有1.48～1.59,质量最差的容重合格率仅为23.2～38.8%.因此大坝不均匀的密实度和软弱夹层,各断面渗透系数差异很大.

基于以上情况,通过水库除险加固工程后,管理处对大坝实时监测,密切观测坝基渗流,进行大坝渗透坡降核算.

表1 三个勘探剖面及坝体土的物理力学指标建议值

表2 土工试验主要指标对比表

3 大坝坝基渗透坡降核算

根据河北水利水电勘测设计院地质试验资料,坝基下部为花岗片麻岩,上部覆盖层以砂砾石为主(约占50%),其渗透系数为1×10-2cm/s,属于较强透水层,因此有必要对坝基渗透坡降进行计算.

由于坝基砾石层渗透系数比碾压坝体渗透系数大的很多,坝体对坝基相对而言渗透很小,可忽略.砾石层实际上就处于边界固定的承压状态,位于这一透水层的测压管,其位势在渗流条件不变的情况下为常数,与上下游水位变化无关.利用位势常数的原理预测高洪(校核)水位下的测压管水位.根据位势的定义,可用下式推算高洪(校核)水位下的测压管水位:hmax=φi(Hmax—H2)H2

式中 Hmax——高洪(校核)水位

hmax——i测压管在高洪水位下的测压管水位

研讨会上，来自中央党校、国务院发展研究中心、人民日报社、武汉大学、湖南省廉政建设协同创新中心、湖南省华夏廉洁文化研究会等单位和机构的专家学者进行了学术交流，共同探讨胡耀邦同志的家风和廉政思想。中共中央党校中国特色社会主义研究中心特约研究员沈宝祥回忆了与耀邦同志相处共事的点滴往事。与会人员普遍认为，一身正气，两袖清风，胡耀邦作为老一辈伟大的无产阶级革命家、政治家，其为民、务实、清廉的工作作风和崇高的精神品质深受群众爱戴。同时，胡耀邦同志也是一位非常重视家风建设的典范，他将一生坚守的为人处世之道注入到家风中，形成了代代相传的廉洁家风。

H2——下游水位

根据2006年9月20日库水位1188.29m,坝基测压管的实测水位,计算坝基渗透坡降:J=h1-h2/ L

式中h1、h2——测压管水位

L——测压管之间水平距离

表3 坝基渗透坡降计算表

以上核算表明,实测(预测)水力坡降最大值,仍在桩号0+205米处,其次在左岸0+165米处,但均小于0.35允许范围内(友谊水库大坝安全鉴定报告中计算值),当库水位达到校核洪水位1199.8米时,最大预测水力坡降为0.23,远小于0.35允许值,坝基渗流破坏的可能性极小.

4 坝体实测渗透坡降核算

根据2000年水利部河北水利水电勘测设计院,坝体取样实验数据,含水量W=20.9%,干容重= 1.67,比重=2.67T/m3

孔隙率n=e/1+e=0.92/1.92=47.9%

Jc≤(J)=Jc/FsFs安全系数 Fs=2

则Jc≤(J)=0.87/2=0.435

允许渗透坡降(J)=0.435

表4 坝体实测渗透坡降计算表

桩号0+155、0+220、0+265三个剖面坝体实测水力坡降,最大值为0.31仍小于计算水力坡降0.435,坝体不会产生流土现象.

5 结 论

通过对除险加固后设置完善的观测设施实时观测,根据大坝渗透观测资料分析,坝基渗透压力经40多年的运行和除险加固帷幕灌浆等项目完工后的运行观测,坝基渗透压力基本稳定,坝基、坝体水力坡降均在允许范围内,运行良好,也说明除险加固效果达到设计水平.