东边水库土坝防渗措施浅析

赵 丹

(北大荒集团黑龙江八五八农场有限公司，虎林 158419)

1 工程概况

东边水库位于黑龙江省海伦市东林乡镇东村南，克音河支流双岔河右支岔上，坝址位于E127°20′,N47°30′。水库集雨面积214km2，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养鱼等综合利用的中型水库。

东边水库总库容6371×104m3，水库属于中型山区水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，按50a一遇洪水设计，按300a一遇洪水校核。

2 土坝地质条件

坝体岩性基本为高液限黏土构成，总体呈可塑-硬塑状态，具微弱透水性，满足防渗设计要求；抗滑稳定性好。

坝基第四系松散层为上细下粗的双层结构地基。该淤泥层厚度为0.20m-0.50m，顶面埋深为(原始地面算起)2.7m-3.0m，底面高程为203.44m-203.69m，累计长度为350m，压缩系数(α1-2)为0.610MPa-1，属中等压缩性土，固结沉降已趋于稳定，抗滑稳定性较好。

坝基上部有厚度2.00m-4.20m的微弱透水黏性土，抗渗透能力强。下部粉土质细砂和级配不良细砾为中等-强透水层，经计算坝基年渗漏量很小，可不予考虑。在高水头的作用下，砂性土易发生渗透破坏，破坏形式分别为流土、管涌类型。粉土质细砂的允许渗透水力比降建议值〔J〕允许=0.25；级配不良细砾的允许渗透水力比降建议值〔J〕允许=0.15。

基底为相对不透水的泥岩，无渗漏和渗透稳定问题。

3 土坝防渗复核

复核计算的目的是要确定坝体浸润线的位置及坝下游坝坡和坝基的出逸比降，校核土坝坝坡和坝基的渗透稳定，采取相应的防渗措施。

3.1 坝基渗流安全复核

坝基渗流安全复核按均质坝在有限深双层地基上的计算方法。

坝基渗流安全复核按均质坝在有限深双层地基上的计算方法。计算公式如下：

(1)

式中：A为越流系数；L为临水侧弱透水层长度，150m;h为CD段弱透水层底板承压水头，m;H为坝前水深，m；k0为强透水坝基渗透系数，7.05×10-3cm/s;k1为弱透水坝基渗透系数，2.5×10-6cm/s;T0为透水堤基层厚度，m;T1为弱透水堤基层厚度，m。

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，当下游渗透出逸比降Jc-x>允许出逸比降J允时，渗流不稳定。应设置排水盖重层。

Jc-x=h/T1J允=(Gs-1)(1-n1)/K

(2)

排水盖重层的厚度t可按下式计算：

(3)

式中：J允为表层土在坝下游坡脚点c至c以下范围x点的渗透比降；GS为表层土的土粒比重；n1为表层土的孔隙率；K为安全系数，取1.5。

计算结果见表1。

表1 坝基渗流计算表

经计算，三种设计工况下，表层土在坝下游坡脚点的渗透比降均>允许渗透比降0.64。所以，坝基渗流不稳定，需要进行坝基防渗处理。

4 土坝防渗措施

渗流计算结果，坝基渗流不稳定。从计算过程可以看出，坝基渗流不稳定的主要原因是坝基黏土覆盖层较薄，而覆盖层之下的砂的透水性比较强，渗透系数为7.05×10-3cm/s。

从计算结果可以看出，如果采用排水盖重的措施，则工程量会很大，占地面积也大，所以不适合这种方式。设计针对0+700-1+150已经有渗漏险情的坝段，采用垂直防渗的措施；对0+300-0+750及1+100-1+350采用排水减压井。

4.1 多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙

对0+700-1+150已经有渗漏险情的坝段，采用垂直防渗的措施，彻底根治大坝渗漏的险情。同时，采用垂直防渗可以降低坝体浸润线，对下游坝坡稳定起到较好作用。

比较三种垂直防渗措施：

1)高压摆喷混凝土防渗墙方案

2)垂直铺塑防渗帷幕方案

3)多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙方案

三种垂直防渗措施造价比较见表2。

表2 垂直防渗造价比较成果表

从造价上比较：多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙是最优的，其次是垂直铺塑防渗帷幕，而高压摆喷混凝土防渗墙造价最高。

三种垂直防渗措施都具有施工速度快、防渗效果好的优点，能够彻底解决水库渗漏及渗透变形问题。

从施工工艺及效果比较：高压摆喷混凝土防渗墙方案要求施工场地大，现坝顶宽度仅为5m，影响施工机械的布置及交通。垂直铺塑防渗帷幕方案施工做不到基岩面以下，而且防渗膜易损坏，从长期防渗效果看并不理想。多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙方案施工简单，防渗效果持久。

所以采用多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙方案。多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。多头小直径水泥土深层搅拌桩截渗墙既经济、施工方法又简单。

防渗墙厚度20cm，顶高程在坝顶以下1m，即216.97m，底高程在弱风化泥岩面下1m。桩号0+700-1+150，长450m。

4.2 排水减压井

对于0+300-0+750及1+100-1+350坝段，计算坝基渗流不稳定。为了减小背水坡脚附近的渗流压力，防止发生渗流破坏，在下游设置排水减压井。将排水减压井设置在排水沟底的中央，井口水位应高于沟水位0.1m。

整个减压井由设在井孔中的井管(包括沉淀管、滤管、升水管等)、反滤层、井口结构等几部分组成。井管直径为0.2m，井管进入透水层深度为2.5 m。

井间压力水头：

(4)

式中：a为井距，m；s为上游渗流进口到井列线的距离，m；H为上游水深，m；F为函数。

(5)

式中：T为地基强透水层厚度，m；W为井伸入强透水层的贯入深度，2.5m；r0为井的半径，0.1m。

校核水位条件下，计算结果见表3。

表3 排水减压井井间距计算成果

根据计算成果，设计在以下断面设置排水减压井：0+300、0+380、0+450、0+520、0+580、0+630、0+675、0+715、0+750、1+150、1+180、1+215、1+260、1+305、1+350。总计15处。

5 结 论

东边水库已经施工完成，目前土坝防渗控制运行良好，无不利渗流迹象。