浅析某水库大坝帷幕灌浆对渗流的影响

赵德亮

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 概述

某水库工程是一座以灌溉为主、兼顾防洪、发电等综合效益的山区拦河枢纽，建于1988年，水库正常蓄水位为1 258 m，相应库容为2 672.2×104m3，设计洪水位为1 258.60 m，相应库容为2 730×104m3，校核洪水位为1 260 m，相应库容为2 990×104m3，死水位为1 239.50 m，相应库容为700×104m3，最大坝高为52.5 m，坝长为320 m。

2000年6月29日，对水库进行了大坝安全鉴定，发现存在以下问题：① 由于坝肩防渗体系设计不完善，形成绕坝渗流，影响到大坝安全，造成水库不能正常蓄水，如不进行防渗处理，则大坝会出现新的渗透破坏。② 大坝古河床段桩号0+180～0+265，全长为85 m，混凝土防渗墙深入基岩仅1.0 m，不能有效切断风化岩层的渗漏，且该段基岩以下未进行帷幕灌浆，造成坝基渗漏，建议对此段进行帷幕灌浆处理，使其与左右坝肩防渗帷幕连为一体，形成完整的大坝防渗体系。③ 大坝观测设备不健全，不能科学准确地反映大坝的运行状况，给大坝安全运行管理带来不便。综合以上问题确定该水库为病险水库，大坝为3类坝。

根据安全鉴定结论，拟进行如下加固措施：① 增加大坝相应的观测设施；② 对大坝进行帷幕灌浆防渗处理[1]，其中：帷幕灌浆分为左、右坝肩及坝基3部分：左坝肩灌浆范围为桩号0+100～0+131段，长度为31 m，由于桩号0+100～0+131段在1993年施工过程中已做灌浆，则在已灌浆孔下游1.5 m 布设灌浆孔；右坝肩灌浆范围为桩号0+265～0+411段，长度为 146 m；坝基灌浆范围为桩号0+131～0+265段，长度为 134 m。

工程于2002年4月20日开工，2003年完工。

2 测压管监测资料分析

大坝帷幕灌浆后至今，坝体测压管监测资料主要选取了桩号0+185、0+220、0+228、0+253四个位于河槽段内监测断面进行数据分析(如图1～4所示)。

1) 从以上水位过程线可知：断面中第1根测压管水位随上游水位变化趋势明显，管水位与库水位相关性较好[2]。时间略有滞后，一般滞后7～15 d，水位低的时候滞后时间较长，对水头的削减一般在10～25 m左右，可知大坝左侧坝段心墙防渗效果总体较好，满足设计要求。0+185-1、 0+220-1、0+228和0+253-2埋设位置较其他断面测压管在心墙内稍偏上游，所以从数值上看削减水头较小。

2) 0+185-2、0+220-2和0+253-3测压管位于心墙内靠近下游侧，监测值明显比同断面第1根监测值要小，两者间距为6 m，水头差为17 m左右，低于设计浸润线，说明粘土心墙防渗工作性态正常。

图1 0+185测压管水位过程线示意

图2 0+220测压管水位过程线示意

图3 0+228测压管水位过程线示意

图4 0+253测压管水位过程线示意

3) 根据测压管水位数值可知：库水位在最大值情况下，心墙外下游侧第1根测压管水位与上游水位之差大于40 m，说明心墙防渗效果较好。

3 渗流监测资料分析及渗流量计算

3.1 渗流监测资料分析

水库渗流量观测值对比见表1所示。

表1 水库渗流观测值对比 L/s

备注：本资料渗流数据，基本均在其相应水位稳定条件下观测值。2003年观测值为灌浆后初期观测值。

1) 从2003年除险加固后至2018年的渗流量可知：渗流量与水库上游水位的相关性较好，渗流量随库水位的升高而增大，并随着库水位的降低而减小，变化趋势基本一致，在时间上略有滞后，未出现异常变化，表明大坝渗流状态正常，大坝的防渗体系工作性态基本正常[3]。

(2)在主体期望类型上 文献[19]的主体期望类型单一，仅考虑了带有不确定得分情形，该方法难以处理具有多种类型主体期望的双边匹配问题。本文考虑具有两种类型的主体期望，弥补了主体期望类型单一的不足，拓展和完善了双边匹配理论。

2) 从相同库水位不同时间的渗流量变化可知：大坝帷幕灌浆后较帷幕灌浆前渗流量呈逐年收敛下降的趋势，反映大坝渗流性态近期向有利的方向发展[4]。

3.2 渗流量计算

水库渗流主要表现为坝体漏水、坝基和坝肩渗水、库底向较低的透水层渗流等几方面[5]，本水库经现场检查发现：主要存在坝基、坝体和坝肩渗水现象。通过相应公式得出计算结果见表2所示。

表2 渗流量计算

由计算可知，水库渗流量主要为两坝肩绕渗形成。左右两坝肩绕渗量的计算，按目前已进行帷幕灌浆后的情况考虑，渗流系数按5 Lu计算。目前，坝后渗流观测值在除险加固后最高蓄水位1 255.80 m时为36.70 L/s，主要为坝基、坝体渗流量和左右坝肩部分绕坝渗流量。计算复核所得的渗流量正常蓄水位1 258.00 m时为71.1 L/s，说明实际观测坝后渗流量小于理论计算值。

4 大坝渗流稳定计算

渗透稳定计算采用理正岩土渗流稳定分析软件，选用河床段最大断面0+220 m作为典型断面进行计算，0+220 m断面坝体简化分区见图5所示。

图5 坝体0+220断面渗流计算简化分区示意

1) 计算参数

坝体主要材料各分区渗透系数取值根据水库初步设计报告、水库竣工验收资料并参考类似工程确定，计算参数见表3所示。

表3 坝体、坝基各分区渗透系数

水库帷幕灌浆主要是对左右坝肩和坝基进行帷幕灌浆。施工时左右坝肩及坝基均按设计要求进行了帷幕灌浆，按以下工况进行渗透稳定计算。

工况一：坝基覆盖层采用混凝土防渗墙，墙深入坝基砂岩1 m。防渗墙底以下砂岩5 Lu范围内采用帷幕灌浆，帷幕灌浆控制终孔标准为q≤3 Lu。上游正常蓄水位为1 258.0 m，下游水位为1 211.2 m。

工况二：坝基覆盖层采用混凝土防渗墙，墙深入坝基砂岩1 m。防渗墙底以下砂岩5 Lu范围内采用帷幕灌浆，帷幕灌浆控制终孔标准为q≤3 Lu。上游校核洪水位为1 260.0 m，下游水位为1 211.2 m。

3) 计算结果及分析

两种工况计算结果见表4所示。

表4 坝体0+220断面渗流计算

通过计算结果，大坝坝基砂砾石层下游出逸段的水平渗透比降小于砂砾石料允许的渗透比降，说明所计算的坝基砂砾石在渗流作用下均是稳定的，满足规范要求，结合测压管实测水头表明，大坝防渗效果明显，防渗体系的工作性态基本正常。

5 结语

水库帷幕灌浆后，从测压管观测资料及渗流量数据分析结果看，现状大坝渗流性态基本正常，渗流量呈逐年收敛下降的趋势，通过渗流计算分析帷幕灌浆对大坝的渗流稳定发挥了积极作用，大坝渗流性态向有利的方向发展，说明帷幕灌浆后水库大坝防渗效果显著，较好地改善水库大坝的防渗体系。