水库防渗措施应用效果分析与评价

王 远

(乌苏市兴源水务有限公司，新疆 塔城 833000)

我国水力资源丰富，居世界首位，目前已建成的水电工程约有814万座，因此在实际工程中，做好水库大坝的维护工作十分重要[1]。在水库维护的问题中，渗漏破坏是影响大坝稳定隐形的重要原因之一。因此，做好水库大坝防渗问题，对于提高水库大坝的安全稳定运行具有重要的意义[2-3]。

针对此，本文在介绍大坝防渗措施的基础上，针对某综合型水库的防渗方法以及防渗效果进行分析评价，通过分析防渗前后的水库的渗透系数以及渗透比可知，该水库采取的防渗墙的防渗效果较好。

1 水库防渗措施

1.1 水平防渗

在水库防渗措施中，水平防渗主要是指防渗铺盖，其因施工简便、经济合理，被广泛用于水库大坝的防渗。水平防渗所用的材料为黏土和土工膜，水平防渗长度是其最主要的参数，最小防渗长度计算公式如下[4]：

(1)

式中：H上为上游水位；H下为下游水位；L为地下轮廓线长度；J为坝下游地基允许为水力坡降。在实际工程中，计算得到相应合适的防渗长度，同时根据工程经验，Smin≥5H坝前水头。

1.2 垂直防渗

1.2.1 灌浆

水库垂直防渗中，最常用的为灌浆技术，灌浆技术主要是利用灌浆机将配好的浆液灌入混凝土坝出现裂纹中，从而提高坝体防渗的目的。在灌浆技术中，根据水库实际情况的不同，其灌浆方法也不同。如表1 所示，浆不同灌浆方法的适用水库情况[5]。

表1 不同灌浆方法的适用水库情况

1.2.2 防渗墙

在水库工程中，防渗墙主要是指通过钻孔及挖槽的机械设备，在水库地基或土石坝(堰)体中以泥浆固壁，挖掘槽形孔或连锁桩柱孔，并在挖掘好的孔槽内以混凝土浇筑形成的具有防渗等功能的地下连续墙混凝土，从而达到水库防渗的目的[6]。

1.3 排水措施

在水利工程中，排水的方法和种类较多。大体上进行分类可分为坝体排水与坝基排水。其中坝体排水又分为：棱体、帖坡、褥垫以及多种形式的综合排水，坝基排水主要指的是排水沟或者减压井排水。

2 某水库防渗措施与效果评价

2.1 水库基本情况

本研究以某小型水库为研究对象，该水库是包含灌溉、防洪以及养鱼的综合性水库。其大坝为均质土坝，大坝的具体参数为：坝顶高程106 m；最大坝高20 m；坝宽5.4 m。坝底高程86 m；坝顶轴线长126 m。在未进行防渗加固措施前，该水库的大坝出现基础漏水，下游坝址排水差。两岸绕坝渗流等问题，属于病险水库。需要采取相应的防渗加固措施。

2.2 防渗措施

针对该水库现状，进行了如下防渗措施：(1)针对大坝出现基础漏水问题，进行了防渗墙设计，在水库大坝顶部轴线位置，采用冲抓套井回填的方式设置防渗墙采用的回填粘性土的粘粒含水率为0.45，渗透系数为(0.000 3～0.007)m/s；冲抓的高程为坝顶到基岩。(2)针对两岸绕坝渗流问题，设置三个渗流剖面，并根据剖面的分布情况，设置相应的孔测压管测点。具体情况如图1所示。

图1 监测剖面图

2.3 防渗加固效果分析与评价

2.3.1 渗透系数分析

在进行渗透系数分析时，主要是以是以该水库的测压管水头数据为基础，采用BP神经网络算法，建立起渗透系数与水头之间的关系。算法经过学习训练后，反演得到加固后的水库坝体渗透系数，具体操作如下：

(1)通过查阅该水库的相关地址勘测资料、工程技术文件、相关实验报告等信息，确定出大坝各区域渗透系数的大概取值范围；(2)将拟定好的渗透系数输入到图1所示的实体模型以及其相应的有限元计算模型中，如图2所示；(3)在建立好模型的基础上，采用正分析的方法，进行有限元的分析计算，获取测压管位置处的水头值。(4)将得到的水头值和 预制对应的渗透系数作为BP神经网络进行模型训练的样本，进行训练，当训练结果与设定的误差小于设定的数值后，则网格训练成熟；(5)通过反演即输入测验管出的水头值，来得到与之对应为主除的渗透系数。

图2 有限元模型

采用上述方法进行技术后，该水库进行防渗加固后，大坝的渗透系数为3.89×10-6m/s；帷幕灌浆位置的渗透系数为1.89×10-6m/s；坝基的渗透系数为1.54×10-6m/s。

2.3.2 防渗效果评价

通过反演得到各坝体的渗透系数之后，建立大坝的流体计算模型，在真长蓄水位103.7 m的情况下采用ICEM进行网格划分，计算软件采用ANSYS CFX，计算模型选用SST K-ω，进行流体仿真计算。计算结果经过处理后，得到如图3所示的浸润线与水头的分布图。通过图3的分析可知，采取防渗加固措施后，水库中的水流由于需要先绕过加固区域才能流向下游，导致渗流的路径加长，浸润位置明显的降低。并且通过图三可以看出，防渗墙位置处的水头线较为密集，因此，上游水头的能量被消耗在防渗提内，大大提升的防渗效果。同时，通过计算可以得知，防渗墙从外到内的渗透比为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2；其渗透比将小于其允许的最大渗透比降。从而证实了加固后的大坝不会发生渗透破坏。

图3 浸润线与水头的分布图

通过上分析可知，采用防渗加固后的大坝防渗效果得到了显著改善，防渗加固效果较好。

3 结语

渗漏破坏是影响大坝稳定运行的重要原因之一，解决渗透问题对于提高大坝的寿命以及稳定性具有重要意义。本文在介绍大坝水平防渗、垂直防渗、排水防渗等防渗措施的基础上，对某水库大坝的防渗措施以及防渗效果进行评价，通过分析可知，该大坝采取防渗墙进行防渗处理后，大坝的渗透系数变为3.89×10-6m/s，帷幕灌浆位置的渗透系数变为1.89×10-6m/s，坝基的渗透系数变为1.54×10-6m/s；同时防渗墙从外到内的渗透比为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2，其渗透比将小于其允许的最大渗透比降。从而证实了加固后的大坝不会发生渗透破坏。