刘光庆 ，伊佳倩，于德全

(1.大连市水利规划设计院，辽宁 大连 116021;2.瓦房店市水利局，辽宁 瓦房店 116300)

1 水库坝基存在的问题

世耀水库位于辽宁省大连市长兴岛临港工业区世耀村境内，是一座集防洪、生态景观及淡水养殖于一体的小(2)型水库。

根据地质勘察，大坝黏土心墙底部与岩石基础之间存在1.5 m厚的中砂层和1.4～2.2 m厚的碎石层。根据地勘资料，中砂层渗透系数为3 ×10－3～1×10－2cm/s，透水性等级为中等透水，碎石层渗透系数为0.05～0.07 cm/s，透水性等级为强透水。岩石基础中部分强风化岩石透水率超过10.0 Lu，达到18.1 Lu，属于中等透水等级。防渗处理前坝基存在较大的渗漏问题，坝后积水严重。

2 坝基防渗处理前渗流安全分析

2.1 渗流计算

世耀水库大坝为黏土心墙坝，排水体不完整，破损严重(本次按无排水体计算)，坝基按有限深透水地基考虑，故可采用下列理论公式对其进行渗流计算。计算工况:上游正常高水位39.10 m，下游无水。

坝体的渗流量计算公式如下:

式中:q 为通过坝体及坝基的单宽渗流量，m3/s·m;h2为心墙后渗流水深，m;k1为心墙的渗透系数，取5×10－9m/s;k2为坝体填筑料的渗透系数，取2 ×10－6m/s;k0为坝基透水层的渗透系数，取5 ×10－5m/s;Les为地下轮廓线总长度，m;Ls为非完整截水墙的等效水平长度，m;ζ 为阻力系数;σ 为透水截水墙对不透水截水墙的阻力系数比值，取1.0。

式中其余符号详见图1。

图1 透水地基上有截水墙的土坝渗流计算示意图

计算结果:世耀水库通过坝体及坝基的单宽渗流量为q=6.29 ×10－5m3/s·m，心墙后渗流水深为h2=6.33 m。

心墙后坝体浸润线计算公式为:

式中:y 为各计算点浸润线距坝底高度，m;x 为各计算点的横坐标值，m。

计算结果见表1。

表1 浸润线高度计算成果表

2.2 渗透稳定分析

沿出渗段的渗透比降计算公式为:

式中:J 为沿出渗段的渗透比降;m2为下游坝坡坡度，2.25;h0下游坝坡上的出逸高度，0.86 m。

计算结果见表2。

第二阶段：1998年到2001年。关于转基因生物环境保护的《关于向环境谨慎释放转基因生物指令》和《外源性污染物标识条例》这两部代表性的法律先后制定出来。一开始，欧盟只是禁止在成员国范围内再进行转基因农产品的销售经营，从这时候开始，对于转基因食品的管制变的严格起来，到后来，不止于农产品的一切转基因生物都被欧盟禁止在欧盟成员国范围内交易，这完全堵塞了转基因产品在欧盟出现的可能性。这一阶段欧盟风险预防原则最明确，在该原则的指导下，欧盟关于转基因的立法逐步完善。

表2 沿出渗段的渗透比降计算结果表

由计算结果可得出:当y' 取任何值时，沿出渗段的渗透比降J均＞J允许=0.2。

沿下游地基表面的渗透比降计算公式为:

式中:J 为沿下游地基表面的渗透比降;其它符号及取值同上式。

计算结果见表3。

表3 沿下游地基表面的渗透比降计算结果表

由计算结果可得出:当x' 取值在0.5 m以内时，沿下游地基表面的渗透比降J均＞J允许=0.2。

2.3 渗流及渗透稳定计算成果分析

通过计算，大坝单宽渗流量为q=6.29 ×10－5m3/s·m，按渗漏长度100 m计，估算其年渗漏总量为19.89万m3，水库年平均来水量在39.45万m3，则渗漏量占其50%，水库渗漏严重。

通过计算，当y' 取任何值时，沿出渗段的渗透比降J均＞J允许=0.2;当x' 取值在0.5 m以内时，沿下游地基表面的渗透比降J均＞J允许=0.2。可见，大坝下游坝坡及地基表面均有产生渗透破坏的安全隐患。

3 坝基防渗处理措施

本次设计针对于坝基存在强透水中砂、碎石层的情况，采用高压喷射灌浆方式对该强透水层进行防渗处理，处理长度141.72 m，高度为1.00～4.37 m，所成防渗墙上部与黏土心墙搭接长度＞1.0 m，下部深入基岩0.5 m。设计采用单排高压旋喷套接形式，钻孔深度为6.17～23.81 m，孔距1.0 m，分为2 序孔，采用自下而上喷浆法。高压旋喷喷墙体渗透系数控制在1 ×10－6cm/s，允许渗透比降为80～100，固结体强度应达到0.4 MPa。水泥采用强度等级为32.5 的普通硅酸盐水泥，具体配合比及相关施工参数根据以上指标通过试验确定。

4 坝基防渗处理后渗流安全分析

水库大坝采取了坝基防渗处理并重建下游坝脚排水体后，对其进行渗流安全分析。

4.1 渗流计算

坝基进行高压旋喷防渗处理后，相当于将原有黏土心墙筑至不透水岩基，切断了原有坝基的透水土层，加之下游坝脚排水体重新砌筑完整，故可采用下列公式对渗流进行理论计算。计算工况为上游正常高水位39.10 m，下游无水。

坝体的渗流量计算公式为:

式中:q 为通过坝体及坝基的单宽渗流量，m3/s·m;H2心墙后渗流水深，m;k2为心墙的渗透系数，取1 ×10－8m/s(按高压旋喷墙体渗透系数确定);k1为坝体填筑料的渗透系数，取2 ×10－6m/s;k3坝基透水层的渗透系数，取5 ×10－5m/s;H1为上游水深，m;T为透水层深度，m;h 为心墙后渗流水深，m;δ 为心墙平均厚度，m。

式中其余符号详见图2。

图中具体参数如下:

计算结果:世耀水库除险加固后通过坝体及坝基的单宽渗流量为q=5.22 ×10－7m3/s·m，心墙后渗流水深为h=0.049 m。

图2 土坝渗流计算示意图

心墙后坝体浸润线计算公式为:

式中:y 为各计算点浸润线距坝底高度，m;x 为各计算点的横坐标值，m。

计算结果见表4。

表4 浸润线高度计算成果表

4.2 成果分析

通过计算，大坝单宽渗流量为q=5.22 ×10－7m3/s·m，按渗漏长度100 m计，估算其年渗漏总量为0.17 m3，水库年平均来水量在39.45万m3，则渗漏量占其0.43%，水库渗漏量较之坝基防渗处理前的19.89万m3减少很多，表明坝基防渗处理效果明显。

黏土心墙后的渗流水深从防渗处理前的6.33 m降低至处理后的0.049 m，且坝体浸润线逸出点位于下游坝脚处的排水棱体上，由于排水棱体已做好反滤层，则可保证坝下游坡土体不会发生渗透破坏。

5 结论

通过对水库坝基防渗处理前后的工况建立计算模型，并合理选用计算公式，对大坝渗流安全进行理论计算对比、分析后，确定坝基防渗所采用的高压喷射灌浆方式是可行的、合理的和有效的。

目前，整座水库除险加固已全部完成，正常运行期进行观测，其防渗效果良好，坝下无积水现象，证明实际防渗效果与理论计算结果基本吻合。

［1］李炜.水力计算手册［S］.北京:中国水利水电出版社出版，2006.

［2］华东水利学院.水工设计手册［S］.北京:水利电力出版社，1984.