龙王山水库除险加固渗流效果分析

方 涓

(江苏天源建设集团有限公司，江苏 淮安 211700)

1 工程概况

盱眙县龙王山水库位于盱眙县中部丘陵山区，维桥河中游，穆店乡境内，于1976年5月建成，该水库主要包括主坝、溢洪闸、灌溉涵洞等主体工程。水库设计集水面积196.6km2，总库容约9099万m3，兴利库容为3748万m3，主要发挥着防洪、农田灌溉、地区供水、水产养殖等功能，属于中型水库，设计灌溉面积为8933.33hm2，实际灌溉面积仅为6666.67 hm2。龙王山水库大坝设计断面坝体和坝基材料渗透系数详见表1。

表1 龙王山水库大坝设计断面坝体和坝基材料渗透系数

2 防渗加固方案

盱眙县龙王山水库除险加固工程建设任务为：对大坝坝体进行防渗处理，拆除并重建大坝迎水面的挡浪墙及护坡，并在背水面重新设置反滤设施与排水设施；拆除重建溢洪闸下游的翼墙与海漫，将溢洪闸下游的跌水坡重新维修并加固处理；将东西输水涵洞拆除后重建；工程设计洪水标准50a一遇，校核洪水标准1000a一遇。

2.1 大坝加固工程

采用多头小直径水泥土搅拌桩垂直防渗的方式处理大坝桩号0+250-2+600段的坝体并增设排渗处理措施，截渗墙墙顶设计高程值为34.9m，设计底高程值为18.9-28.9m，截渗墙厚0.26m，并通过10%水泥土回填截渗墙和穿坝涵洞的接头处。拆除并重建浆砌石挡浪墙，墙顶和墙底设计高程分别为37.7m和35.4m。对桩号0+200-2+500段的大坝迎水面护坡高程30.63m以上段的现有块石护坡全部拆除并整平坡面，由下向上铺设厚度0.1m的黄砂垫层，并按350g/m2的使用量铺设一层土工布，对于高程在30.63m以下的护坡段用厚度0.8m的水下抛石护砌。

在水库大坝背水坡0+200-1+800标段增设贴坡反滤排层，排水层顶高程为31.00-29.00m，反滤排层的设置直至坝脚。贴坡反滤层由上至下分别为：厚0.05m的黄砂+1层土工布(350g/m2)+厚0.1m的碎石层+厚0.2m的浆砌层。同时将浆砌石导渗排水沟设置在设计桩号2+000-2+600段的坝脚处，并将所设置的导渗排水沟和原排水沟连接。在大坝顶新建长*宽为2300m×5.0m的沥青混凝土路面，沥青混凝土层和碎石底基层厚度分别为0.07 m和，多孔隙水泥稳定碎石基层厚0.1m。

2.2 溢洪道维修加固

将溢洪道下游末端的翼墙和下游海漫段护坡拆除重建，并将溢洪闸下游跌水坡进行维修加固处理。所重建的溢洪道下游末端翼墙底板面设计高程21.8m，翼墙后填土设计高程为28.7m，翼墙结构按照钢筋混凝土扶壁式结构设计。拆建溢洪道下游海漫段护坡长63.0m，前10.0m采用浆砌块石护砌，浆砌石厚0.3m，下垫厚0.1m碎石垫层，后53.0m采用干砌块石进行护砌，干砌块石厚0.3m，下垫厚0.1m碎石垫层。凿除溢洪闸下游跌水坡表面碳化混凝土，厚约10cm，表面铺设一层直径φ5mm的钢筋网，现浇厚10cm的C20钢筋混凝土。

2.3 东、西放水涵洞拆建

采用1孔钢筋混凝土箱涵结构将原址东、西两座放水涵洞拆除重建，断面设计尺寸应为长*宽1.5×1.5m，各配铸铁闸门、启闭机1台套。顺水流方向总长47.6m，上游设长8.0m的钢筋混凝土防渗铺盖，下游设长10m钢筋混凝土消力池，后接长16m浆砌石海漫。进、出口翼墙均采用浆砌块石重力式挡土墙。

3 加固后渗流效果分析

通过3个方面进行龙王山水库出现加固工程在防渗堵漏措施及配套性工程施工后大坝初期运行情况及实际运行效果的分析。

3.1 渗透系数

根据本水库除险加固大坝的实际运行情况，在对大坝进行高压灌浆加固处理后，整个工程的运行基本处于稳定状态。大坝防渗心墙渗透系数取值在6.1×10-7cm/s-9.5×10-7cm/s范围内，将这一取值区间与《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-1999)相比可以发现，本水库除险加固大坝属于微透水-极微透水状态[1]，也表明大坝防渗加固效果较好，基本达到设计标准。根据本水库除险加固大坝防渗单元质量等级结果评定，大坝防渗单元工程质量合格率均为100%，优良率在63.6%-100之间。

3.2 横断面水位线

通过分析水库除险加固大坝防渗漏处理后横断面水位线，可以将大坝内部测压管实测水位线数据采用直方图予以直观表示，通过分析不同水位状态下库水位横断面情况以及同一观测时间内不同观测水位情况发现，本水库除险加固工程大坝各观测点的水位均比大坝库水位低，见图1，图中横轴表示观测时间，纵轴为水位，且各观测点水位变动趋势较为平缓，也与库水位变动趋势较为吻合，符合设计及相关规范的要求，也充分说明，本工程大坝水位过程线变动趋稳定，不存在任何突变的迹象[2]。

图1 水库除险加固工程大坝各观测点的水位

以上分析表明龙王山水库除险加固大坝经渗流处理后整个大坝渗流符合设计规律，且大坝渗流较为稳定，运行正常。

3.3 大坝坝体断面对比

通过有限元软件绘制水库除险加固工程大坝断面曲线图，并分析整个断面2019年8月18日的实际浸润线结果表明，在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位下，大坝坝体出逸渗透坡降从加固前的0.161、0.154和0.176分别增大至加固处理后的0.167、0.171和0.183，导致出逸段渗透坡降增大的原因主要在于下游坡脚处增设的排水沟水头存在较大趋势的变化以及下游干砌石贴坡的修建，所以，大坝发生渗透破坏的可能性较小。

在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位下，下游坝坡加固后的出逸点高程分别减小0.18m、0.20m和0.32m，仅在排水沟底部存在出逸现象，且正常蓄水位所对应的浸润面高度平均降低0.13m，在总水头中仅占比4.3%，所以，防渗加固措施实施后对降低坝段浸润面效果显著。

在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位下，大坝混凝土面板东西侧水头减小0.20m、0.29m和0.38m，黏土防渗墙东西侧水头减小0.34m、0.30m和0.31m，水头降低幅度较大，防渗效果明显。所以，当库水位不同时，水库除险加固大坝混凝土面板和黏土防渗墙灌浆防渗加固效果具有较强的防渗作用，从而使加固前坝体渗漏严重的问题得到缓解，坝体抗渗性能和渗透稳定性均显著改善，坝体抗水头渗透的整体性能提升。对于库水位较低的情况下，大坝混凝土面板防渗效果较差，通过灌浆防渗墙的建设使结构防渗效果增强，对于高水位情况下，混凝土面板和黏土灌浆防渗墙可以发挥联合防渗作用[3]。

4 结 论

文章对龙王山水库除险加固大坝坝体防渗漏加固效果进行了对比分析，并借助信息化的方式对大坝防渗漏运行效果进行了监测和分析，结果表明，大坝加固防渗处理效果达到了设计及相关规范要求，且分析结果表明，大坝防渗心墙渗透系数显著提升，也达到了相关规范所规定的微透水-极微透水等级。龙王山水库除险加固大坝渗流加固处理后，大坝整体渗流更加具备规律性和稳定性，整个大坝运行过程也趋于正常。通过分析大坝实际浸润线，并将其与设计值进行比较表明，其取值与设计要求也更为相符，从不同侧面表明了大坝内部渗流已基本趋于稳定状态。