某水库大坝渗流安全评价

□雷银拴 □张居平 □花春奎

（1河南省水利勘测设计研究有限公司；2郑州市水利建筑勘测设计院）

1 工程概况

某水库位于淮河一级支流寨河主干青龙河上游，工程于1966年动工，1971年底竣工并蓄水投入运用，原规划采用100 a一遇洪水设计、1000 a一遇洪水校核，控制流域面积102 km2，总库容1.22亿m3，水库是淮河上游一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、水产养殖等综合利用于一体的大（2）型水库。

2 坝体现状填筑质量评价

工程投入运行后，根据现场查勘和质量检测发现，大坝背水坡右岸台地段出现多处渗水，局部形成沼泽；右坝头全风化斑状角闪片岩，属于弱～微透水性，强风化岩体属弱透水。大坝坝体上部为代替料，下游坡有大面积散浸、渗水，左岸坝肩为强风化片麻岩，裂隙节理发育，岩石破碎，坝体岸坡出现接触渗漏，有集中明流；右坝肩曾出现大面积渗水，虽经处理但不彻底；坝基防渗处理不满足规范要求；副坝均存在渗流异常现象，大坝下游坡出现严重散浸，坝后大面积沼泽。大坝坝基处理不彻底，工程质量不合格，坝体填筑质量差，心墙防渗土料不满足规范要求。

3 坝体现状渗流安全评价

3.1 坝基渗流安全评价

主坝河槽段采用截水槽防渗，截水槽深入基础弱风化角闪片岩并紧密结合，上部与粘土心墙、防渗铺盖相接。从测压管的位势图看，粘土截水槽底在各种库水位下渗透都是安全的。台地段坝基为重粉质壤土，上游采用原表层壤土作铺盖防渗，底部设粘土截水槽。从测压管的位势图看，台地段坝基渗流是稳定。

从坝基运行情况看，坝脚处长年渗水，已形成沼泽化，这是因为坝基局部存在强风化岩体，具有中等透水性，施工时未作处理，而在埋设测压管位置处坝基为弱透水性，因而出现测压管观测情况与实际不符的现象。

两坝头防渗除在山头做有粘土心墙与山坡结合槽外，并在上游山坡都做有1.00 m厚的粘土包山防渗铺盖。两坝头没有设测压管，但从水库多年的运行情况看，在右坝头坝体与基础结合部位有渗水点，左坝头结合部分有集中渗水现象，这说明右坝头坝基渗流不稳定。

3.2 坝体渗流安全评价

浸润线观测是监视坝体渗透安全的主要方法之一。原设计3个观测断面，每个断面有3个观测管。具体见图1、图2、图3。为1978-2002年浸润线观测管水位与库水位历时曲线，从图中可以看出，管水位变化较为平缓，有随库水位升降的趋势，且有明显的滞后现象，1#浸润线管始终保持高水位状态，说明坝体渗透异常。

图1 大坝0+140断面观测管水位与库水位历时曲线图

图2 大坝0+275断面观测管水位与库水位历时曲线图

图3 大坝0+400断面观测管水位与库水位历时曲线区

根据观测资料分析，主坝坝体实测浸润线值高于设计理论值；从现场勘查情况看，水库正常蓄水时，大坝背水坡84.38 m平台以上至88.88 m高程的草皮护坡上，出现大面积浸润性渗水，且在下游坝坡上出现一条干湿分明的分界线，渗漏严重处，有明水出逸。这是因为坝体代替料渗透系数不满足要求，心墙后代替料内部分渗水难以排出，因而抬高了坝体浸润水位，出现坝体实际浸润线较高等异常现象。同时因坝体填筑质量不均，部分坝段渗漏量大，浸润线观测管水位偏高，因此主坝坝体渗流性态不安全。

4 主坝防渗处理措施

根据大坝现状运行情况，于2009-2011年对大坝进行了除险加固处理，坝基、坝体防渗处理措施如下：

4.1 坝基防渗处理

坝基基岩主要为弱～微风化斑状角闪片岩。因坝基和左右坝肩基岩及接触带存在渗漏问题，本次设计需对主坝坝基及两岸坝肩进行防渗处理。

4.1.1 工程防渗标准

按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，1级、2级坝及高坝灌浆后基岩的透水率宜为3～5 Lu，本次坝基帷幕灌浆防渗标准透水率按5 Lu进行设计。

4.1.2 灌浆范围

根据坝基的实际情况，坝基灌浆范围桩号为0-050～0+635段（向左坝肩延长50 m，向右坝肩延长74 m），共长685 m。

4.1.3 灌浆孔布置

采用单排帷幕灌浆，灌浆轴线布置与坝体塑性混凝土防渗墙轴线一致，距新坝轴线偏向上游3.7 m。按三序孔施工，终孔孔距1.5 m。共布设灌浆孔457孔。

4.1.4 帷幕深度确定

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定和渗流分析、防渗要求，并结合类似工程经验研究确定帷幕深度。坝基防渗帷幕幕底高程在施工前应按先导孔压水试验确定，本阶段初步确定帷幕深度如下：两坝肩及主河槽段帷幕深入微风化岩层，台地段（0+225～0+430）采用悬挂式帷幕，帷幕深度为15 m。

4.1.5 帷幕厚度、浆液扩散半径及帷幕结构验算

帷幕厚度与孔距、排距有关，帷幕厚度、浆液扩散半径按下式计算：

式中：T—帷幕厚度，m；

N—帷幕钻孔的排数；

R—浆液扩散半径，m；

该工程采用一排帷幕，即，孔距D=1.5 m，经计算，T=0.87 m，R=0.87 m。

帷幕体内水力坡降采用下式计算：

T—帷幕厚度，m；

H—水头差，m。以0+187断面进行复核计算，Iα=0.5，＜幕体允许水力坡降10，帷幕结构满足要求。

4.1.6 灌浆方法和方式

采用在新建混凝土防渗墙内（坝体防渗）预埋灌浆导管法灌浆，灌浆方法采用自上而下分段灌浆法，灌浆方式优先采用循环式。

4.1.7 灌浆结束标准和封孔方法

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，在规定的压力下当注入率≤0.4 L/min时，继续灌注60 min,，当注入率≤1.0 L/min时，继续灌注90 min，然后灌浆可以结束。

灌浆结束后应在左右岸布设检查孔，检查孔数量按灌浆孔总数10%设置，左岸布设16个，右岸布设10个，检查标准为灌浆后基岩透水率＜3～5 Lu，检查孔应在灌浆结束后14 d进行，检查结束后按技术要求进行灌浆和封孔。灌浆孔封孔应采用“分段压力灌浆封孔法”。灌浆工作必须连续进行，若因故中断可按照相关技术规定处理。

4.2 坝体塑性混凝土防渗墙防渗处理

防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求，同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。

由于国内防渗墙设计无规范，防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。在设计时，根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度（d），计算公式如下：

式中：Iα—帷幕体内的水力坡降；

式中：ΔHmax—作用在防渗墙上的最大水头差，m。

K—抗渗坡降安全系数，一般取3～5；

Jmax—防渗墙渗透破坏坡降，取300。

根据已建成的混凝土防渗墙统计，防渗墙允许承受的水力坡降Jp=Jmax/K，可达到100，当K=5时，Jp为60，假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同。计算得：d=0.27～0.46 m，根据其他工程经验，本工程取防渗墙厚度为0.60 m。

塑性混凝土的配制强度根据混凝土的设计强度、强度保证率及离差系数等指标应满足有关规范规定。塑性混凝土的弹性模量、强度、渗透系数主要取决于水泥用量。塑性混凝土防渗墙的配合比应根据其强度、弹性模量及渗透系数等设计指标要求，通过室内试验成果，经过综合分析确定。

5 主坝防渗效果

5.1 渗流监测设计

工程除险加固增加 0+080、0+140、0+275、0+400、0+500 五个渗流监测断面，共计10根浸润线管和5根测压管（含渗压计），分别监测坝体及坝基的渗流情况。

5.2 渗流效果分析

2010年12月前坝基及坝体的防渗处理完成，到2011年5月完成了浸润线管及测压管安装，开始大坝渗流监测，进行大坝除险加固后的防渗效果分析。主河槽及两岸台地段浸润线管及测压管与库水位关系如下图所示：

图4 大坝0+140断面观测管水位与库水位历时曲线图

图5 大坝0+275断面观测管水位与库水位历时曲线图

图6 大坝0+400断面观测管水位与库水位历时曲线图

根据上述观测管水位与库水位历时曲线图分析（具体见图4、图5、图6）：目前大坝防渗处理效果较好，坝体、坝基不存在渗漏情况；由于大坝未经高水位运行，加固后的防渗效果还有待进一步验证。

6 结论

文章根据水库大坝测压管实测资料，综合分析了大坝的渗流工作性态。水库大坝整体渗流状况稳定，渗流未见异常情况。基岩帷幕灌浆和塑性混凝土防渗墙起到了较好的防渗效果，渗透比降小于规范允许值；部分测点水位虽有波动,但无明显的趋势性变化；靠上游的测压管,受上游水位的影响较大；靠下游的测压管，测值逐渐稳定，各测压管时效变化平稳。坝基渗水均为清水，从渗流量分析，坝基渗流是稳定的。

目前水库除险加固后防渗效果尚未经高水位运行验证，测压管监测坝体和坝基渗流时，也只能从宏观上反映大坝渗流体的运行情况，而局部渗透破坏现象不能及时反映，建议加强高水位运行时主河槽坝段及两岸台地的渗流监测，同时加强坝基防渗体局部渗流破坏的监测，为工程的安全运行提供参考依据。