水库坝体渗流及边坡稳定计算

马楠

宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司 宁夏银川 750001

1 水库大坝防渗处理原则

1.1 大坝渗漏的原因分析

要想解决大坝的渗漏问题，前提是必须要弄清楚大坝渗漏的原因。我国的大坝类型大部分都是土石坝，出现大坝渗漏问题的原因一般有两种。第一种就是由于渗流而引起的破坏。根据我国的相关调查表示，由于渗流变形而造成大坝出现问题占所有原因的60%。这种情况的出现主要就是因为大坝基底渗流，使坝基岩石层中的石子或者土粒发生松动而引起渗漏。第二种是坝体变形引起的破坏。在渗流的影响下，坝体内部物质分布不均匀，对渗流的抵抗力变小，最终引起某些薄弱的部位出现变形，甚至倒塌，这种现象就属于变形破坏[1]。

1.2 大坝防渗处理的原则

大坝的防渗处理工作在水利工程中是一项十分重要的工作，防渗处理需要遵循很多的原则。防渗处理的要求基本体现在以下四个方面：功能用途、设计技术、工程成本和安全环保。在功能用途方面，需要满足基本功能，符合“上堵下排”的原则；技术方面，要求技术合理，达到各项技术指标；工程成本不应超过预算，提前做好相关工作，使工程又经济又合理；在环保方面，工程不造成环境破坏，也不会对人文环境造成不好的影响。

2 水库大坝防渗处理技术

（1）黏土铺盖。这种技术的应用并不广泛，但在一定环境下，这种方法还是很适用的。比如，对于一些小型大坝，通常会有很厚的一个覆盖层，在这种情况下，如果采用黏土铺盖的方法就可以在一定程度上抵御蓄水渗流，降低渗流程度，延长大坝的使用周期，从而体现出特别经济的一面，而且效果还比较好，而采用防渗墙等其他技术就会耗费相当大的人力、物力和财力。

（2）水泥桩防渗墙。水泥防渗墙技术是垂直防渗技术的一种，可采用的方法有很多种，比如多头深层搅拌水泥土、倒挂井法等。这种技术主要是依靠水泥的黏性，通过水泥搅拌机的搅拌，将具有黏性的水泥用喷射设备注入到大坝坝体中，使大坝土体与水泥充分混合，形成一个个水泥桩结构，然后再把这些桩结合起来，就形成了水泥防渗墙。由于墙体的硬度较强，而且连续性较好，从而达到了防渗效果。

（3）混凝土防渗墙。混凝土防渗墙技术起源于意大利，属于垂直防渗技术。这项技术是利用置换法，主要是将坝体中的泥沙置换成聚合效果更强的混凝土材料，由混凝土材料形成墙体，从而达到防渗效果。可采用的方法有：锯槽法、射水法和薄型抓斗法等。这几种方法中，锯槽法具有成墙质量好、效率高的优点，比较适用于一些黏性效果不好的砂土层和淤泥质土层；射水法对工艺的要求不是很高，而且成本也较低，但其适用性不强。一些含有较大砂砾的河床就不适合采用射水法；薄型抓斗法的适用范围较广，工艺效果良好，但其需要投入的设备量大。

（4）劈裂灌浆技术。灌浆技术是水利工程中的关键步骤，其中劈裂灌浆技术是针对大坝防渗加固使用最广泛的技术。在坝体的垂直分布方向上，找准裂缝的位置，根据实际地形进行布孔，在保证安全的情况下，依靠灌浆的压力使坝体劈开，将泥浆通过孔灌入到坝体中，使坝体更加牢固，从而起到防渗效果[2]。

（5）防渗膜等防渗材料。防渗膜具有普通防水材料无法比拟的防渗效果，HDPE防渗膜具有高强抗拉伸机械性，它优良的弹性和变形能力使其非常适用于膨胀或收缩基面，可有效克服基面的不均匀沉降，水蒸汽渗透系数高，耐老化性能—防渗膜具有优秀的抗老化、抗紫外线、抗分解能力，可裸露使用，材料使用寿命达50-70年，为环境防渗提供很好的材料保证，施工速度快—防渗膜有很高的灵活性，有多种规格多种铺设形式满足不同工程防渗要求，采用热熔焊接，焊缝强度高，施工方便、快速健康

3 坝体边坡稳定计算

受同心县水务局委托，我公司承担了“宁夏中部干旱带脱贫攻坚水源工程同心县马家塘水库”技施设计。本次计算为坝体抗滑稳定计算。马家塘水库坝体为碾压式均质土石坝，坝顶高程1341．4m，设计位 1339．4m。设一级马道，设计高程1330．2m，台面宽度 4．0m。坝顶宽 5．0m，最大坝高 26．71m，坝长 3731．74m。根据坝高及地质的不同，选取桩号1+350、1+625、1+800、3+075处作为计算断面。以坝脚处向外30m，坝基深度40m建立计算模型。

3.1 计算工况和参数选择

根据地质勘查后试验成果：

①坝体填土（选用壤土、砂壤土按1:0．7混合料）渗透系数k=8．19×10-5cm/s；

②坝基角砾渗透系数k=0．03cm/s；

③湿陷性壤土渗透系数k=1．5×10-4cm/s；

④非湿陷性壤土渗透系数k=1．17×10-4cm/s；

⑤湿陷性砂壤土渗透系数k=9．2×10-4cm/s；

⑥非湿陷性砂壤土渗透系数k=2．46×10-4cm/s；

⑦砾砂渗透系数k=0．03cm/s；

⑧中砂渗透系数k=5．0×10-3cm/s

从坝顶到坝脚上游坡坡率m1=1:2．75，下游坡坡率m2=1:2．5。

4 计算结果分析

经计算，水库迎水侧坝坡1:2．75，背水侧坝坡1:2．5，只在防渗膜失效情况的地震工况下坝坡安全系数不满足规范允许安全系数，其余工况均满足规范要求。考虑到防渗膜完全失效与地震工况相结合的情况出现概率极小，因此堤身满足稳定要求[3]。

5 结语

通过基于上述渗流和坝坡稳定性计算设定上游和下游截止谷，有效地实现了降低坝基的穿透率和降低污物管道风险的效果。安全系数也得到改善。在水库正常水位和检测洪水位的情况下，可以保证上下游坝坡的稳定性，因此本项目可以采用截水截流作为经济，安全的防漏措施。