白石水库工程建设中坝体及坝基防渗处理探讨

2017-11-23李建霞

黑龙江水利科技 2017年10期

关键词：主坝白石坝基

李建霞

(江西省高安市水利局，江西高安 330800)

白石水库工程建设中坝体及坝基防渗处理探讨

李建霞

(江西省高安市水利局，江西高安 330800)

白石水库始建于1964年12月，1966年5月完工，经多次加固扩建后达现有规模。水库建成运行后为当地工农业生产和人民群众生活发挥了较大的经济效益和社会效益。但因历史的原因和投资的限制，致使水库未能达到设计标准，且工程质量差，运行中暴露出不少影响水库安全的严重隐患，多年来一直控制运行，影响了工程效益的正常发挥。2009年12月江西省赣西土木工程勘测设计院对该工程进行了安全评价报告，宜春市水利局组织专家对该报告进行了审查并和安全鉴定，认为白石水库的三大主要建筑物均存在严重的质量问题，属三类病险水库。因此对该水库进行除险加固是非常必要的和紧迫的。文章讨论了该工程中坝体及坝基的防渗处理技术。

水库工程；坝体防渗；坝基防渗；处理技术

0 前言

白石水库位于高安市大城镇高溪村委会华溪村，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小型水库。水库正常高水位42.5m。水库主要建筑物包括主坝、东副坝、西副坝、主坝涵管和溢洪道等。水库下游有高溪、高邮两个村委会，涉及人口2500人，耕地266.67hm2和杨村圩堤、舒高公路等设施。因此确保白石水库正常安全运行十分重要。文章研究了白石水库加固工程中的坝体及坝基的防渗处理技术，希望为以后同类工程提供参考借鉴。

1 工程概况

白石水库位于高安市大城镇高溪村委会华溪村，距大城集镇7km，距高安市区20km，属赣江流域锦江支流大城水。水库中心地理位置为E115°30＇39″、N28°30＇11″，坝址以上控制流域面积为2.61km2，总库容276.3×104m3,兴利库容226.9×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小(1)型水库。水库原设计灌溉面积200hm2，本次设计灌溉面积194.8hm2，实际灌溉面积133.33hm2。水库下游有高溪、高邮两个村委会，涉及人口2500人，耕地266.67hm2和杨村圩堤、舒高公路等设施。

经大坝安全鉴定，白石水库为小(1)型病险水库。其工程建设标准低，施工质量差，存在较多隐患，长期带病运行。水库存在的问题较多，坝体方面的问题主要表现在以下7个方面：

1)主坝坝体填土质量较差，土层较松散，其压实度、渗透系数均不满足现行规范要求，且坝体渗漏严重。

2)主坝清基质量差，存在坝体与坝基接触渗漏问题。

3)主坝上游现浇混凝土护坡强度低，基底脱空，破损严重；干砌石护坡块石料径小，零乱堆积，无垫层。

4)主坝浸润线出逸点较高，下游坡贴坡排水体高度不够。

5)主坝坝顶坑洼不平。

6)东、西副坝坝顶高程不够、坑洼不平，无护坡和排水设施。

7)主、副坝均存在白蚁危害。

2 坝体及坝基防渗处理技术研究

根据江西省大中型水库坝体坝基及重点堤段堤基防渗处理的经验，良好的防渗墙能有效地降低堤坝内浸润线，减低坝体出逸点高程[1]。针对主坝坝体坝基存在的问题，拟定二种防渗结构型式进行比较，①射水法造混凝土防渗墙；②黏土防渗斜墙。

根据白石水库主坝坝高及上游水位差，结合现有防渗工艺，混凝土防渗墙厚度初步拟定为22cm。

黏土斜墙防渗墙厚度δ按下式公式进行计算：

δ≥ηH[J]

(1)

式中：δ为防渗厚度，m；η为防渗墙消减水头效率系数，迎水面黏土斜墙设计取η=100%；H为设计上下游水头差，校核工况下主坝H=43.15-34.0=9.15m；[J]为防渗墙允许渗透坡降，黏土斜墙设计取[J]=5。

经计算，采用迎水面黏土斜墙防渗时，大坝防渗斜墙厚度δ≥1.83m。

2.1 方案比较

根据白石水库主坝坝体坝基防渗深度要求及防渗厚度计算成果，主坝坝体坝基防渗拟比较二种方案。

方案1：射水造防渗墙方案；混凝土防渗墙布置范围为桩号0+000-0+246的坝体坝基纵断面，全长246m。防渗墙位于坝轴线上游1.5m，防渗墙墙顶高程44.5m，墙底伸入坝基覆盖层1.0m，设计墙厚0.22m。结合涵管重建工程，在涵管周边采用现浇C15混凝土墙，设计墙厚0.22m，范围为涵管中心各4m，射水造防渗墙与现浇C15混凝土墙位于同一轴线上。

方案2：黏土斜墙防渗方案；在大坝上游坡填筑黏土斜墙，斜墙布置范围为桩号0+000-0+246的坝体及坝肩迎水面，全长246m。斜墙顶高程为44.73m，水平顶宽3.0m，底宽6.2m，迎水面坡比为1∶3.0，在桩号0+031-0+200段设置黏土截水槽，槽深2.0m，两侧边坡比均为1∶1。黏土斜墙填筑土料密度γ≥1.49g/cm3，渗透系数K≤1×10-5cm/s，压实度≥0.96。由于坝体迎水面坝脚地面高程低于设计死水位35.2m，因此黏土斜墙填筑前需修建挡水围堰。围堰内外两侧采用编织袋装土，中部采用土料填筑，围堰顶宽3m。

二种方案不同工程量及造价比较结果详见表1。

表1 二种防渗方案工程量及造价比较表

从表1可以看出，黏土斜墙防渗方案比较经济，可以节约投资；从技术方面分析，二种方案均可行；从施工方面分析，黏土斜墙使用比较广泛，施工技术简单，且项目区土料运距较近，土料质量合格，储藏了丰富，因此择优选用黏土斜墙防渗方案对大坝坝体坝基进行防渗处理[2]。

2.2 黏土斜墙防渗方案设计

主坝黏土斜墙处理桩号桩号0+000-0+246，斜墙顶宽3m，底部厚度为2.3m，结合坝顶交通需要，斜墙顶高程为44.73m，全长246m。底高程伸入砂质黏土层内1.0m，黏土斜墙坡坡比为1∶3.0。在桩号0+031-0+200段设置黏土截水槽，槽深2.0m，底部宽2.3m，两侧边坡比均为1∶1。坝体填筑前，必须先清除坝基面所有的杂草和植物根系，坝体填筑时应分层压实，每层填土厚度为0.2-0.3m。设计黏土斜墙渗透数K≤1×10-5cm/s，土料密度γ≥1.49g/cm3，压实度≥0.96。

2.3 大坝加固后渗流及稳定复核计算

2.3.1 计算断面的确定

由于大坝无任何渗透原型观测资料，大坝的渗流安全复核仅能以理论计算为依据进行渗流安全分析评价[3]。本次选取主坝(桩好0+094)断面进行渗流计算分析。断面详见主坝渗流计算断面图。

2.3.2 大坝渗透指标的确定

本次计算分析，主坝断面渗透分区是以江西省宜春市水电勘测设计院的地勘报告和土工实验为基础，并综合施工回忆及运行期大坝质量检查而确定的[4]。主坝黏土斜墙均分为一个渗透区，坝体均分为一个渗透区，坝基分为两个渗透区，各分区的渗透系数均以近期地质勘察资料实验成果综合取值。主坝分区的渗透系数取值见表2。

表2 大坝渗透系数分区指标表

2.3.3 允许坡降

1)坝坡出逸点允许渗透坡降：

坝坡出逸坡降临界值按下式计算:

(1)

经计算得，大坝坝坡出逸允许渗透坡降主坝J允=0.45。

2)坝体土及坝基覆盖层水平允许渗透坡降：

根据地勘资料，大坝坝体土及坝基覆盖层水平允许渗透坡详见表3。

2.3.4 渗流计算

1)程序说明

本次渗流计算分析采用北京理正软件设计研究所编制的土石坝二维渗流计算程序，该程序求解方法是基于三角形单元的有限元法，用改进平方根法的直接解法求解线性代数方程组。

表3 大坝坝体土及坝基覆盖层水平允许渗透坡降

2)稳定渗流计算：

荷载组合：根据规范《碾压式土石坝设计规范》(SDJ274-2001)规定，大坝计算应考虑水库运行中出现的不利条件，一般需要计算下列水位组合情况：①上游正常蓄水位(42.5m)与下游相应的最低水位；②上游设计洪水位(42.98m)与下游相应水位；③上游校核洪水位(43.15m)与下游相应水位；在各种计算工况，主坝下游水位取坝脚地面高程34.4m。

计算结果：大坝加固后坝体稳定渗流期侵润线位置见表4，填土及下游坝坡出逸点渗透坡降值及计算渗流量值见表5。