nghuang_峽谷型水庫壩體滲流原因及防滲方案比選[精選]

1、峽谷型水庫壩體滲流原因及防滲方案比選摘要：我國水庫存在眾多不穩(wěn)定因素，分析出壩體的滲流原因并進行針對性解決的重要性變的越來越突出。本文以涇河中山峽谷水庫為研究對象，對該水庫的基本地質(zhì)和工程情況通過注水、壓水滲透等一些試驗表明該壩體的填筑不夠均勻，壩體質(zhì)量比較差，壩基和壩體的防滲性能不好。并且針對性的列出了四種壩體加固的常用方案，結(jié)合該水庫壩體周圍的地址具體條件對方案進行了對比，最終采用了固結(jié)灌漿的方案，以確保大壩的安全穩(wěn)定運行，對于其他類似的工程具有非常重要的借鑒意義。關鍵詞：壩體滲流；防滲性能；固結(jié)灌漿；穩(wěn)定性評價；cause analysis and seepage control sch

2、eme selection of gorge reservoir bodyabstract: there are many unstable factors in chinas reservoirs, and the importance of analyzing the causes of the seepage in the dam and making targeted solutions becomes more and more prominent. in this paper, jinghe zhongshan canyon gorge reservoir for the stud

3、y, the basic geological and engineering conditions of the reservoir through water injection, infiltration of water pressure and other tests show that the dam body filling is not uniform, the dam body quality is poor, the dam foundation and dam anti-seepage performance is not good. in addition, four

4、kinds of common schemes for dam reinforcement are listed in detail, and the schemes are compared with the specific conditions around the reservoir dam. finally, the consolidation grouting scheme is adopted to ensure the safe and stable operation of the dam, for other similar projects have a very imp

5、ortant reference.key words: seepage flow in dam body; impermeability; consolidation grouting; stability evaluation;0 引言近年來，水庫壩體穩(wěn)定性不足、壩體滲漏、泄洪能力不達標等1這一系列問題如果不及時的進行有效處理，有可能醞釀成潰壩等重大事故2。本文以涇河中山峽谷水庫為研究對象，對該水庫的基本地質(zhì)和工程情況通過注水、壓水滲透等一些試驗進行研究，表明該壩體的填筑不夠均勻，壩體質(zhì)量比較差，壩基和壩體的防滲性能不好。并且針對性的列出了四種壩體加固的常用方案，結(jié)合該水庫壩體周圍的地址具體

6、條件對方案進行了對比，最終采用了固結(jié)灌漿的方案，以確保壩體可以穩(wěn)定加固。1 工程區(qū)地址構(gòu)造及條件水庫區(qū)域地質(zhì)復雜，包括了褶皺、斷層、不良物理地質(zhì)等現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差。水庫區(qū)為溫帶大陸性氣候，降雨量486mm，且不均勻，集中在7月到9月，占據(jù)了全年流量的61%66%，并且大多以洪水和暴雨為主。而地下水孔隙水和基層巖的裂隙水為主。根據(jù)當?shù)貧庀笳?970-2010年記錄資料統(tǒng)計如圖1所示，每年平均氣溫9；最高氣溫36；最低氣溫-24；年降水量485mm；年蒸發(fā)量1440mm。圖1 年蒸發(fā)量及分配比多年的平均降雨量485mm，以近三年的統(tǒng)計作為依據(jù)，如圖2所示。圖 2 年平均降雨量2 水庫壩體滲流分析2

7、.1 壩體滲流現(xiàn)狀水庫透水主要有兩種：（1）地層的砂卵石和顆粒石分布都不勻，這樣就會造成滲透的系數(shù)增大，導致了細顆粒向下面的粗空隙移動，上游滲透系數(shù)變的更大，水流的損失反而減小，下游的部位就承受了更大的水頭壓力，因此而流土發(fā)生造成破壞。（2）下游分布著黏土薄層，流網(wǎng)位勢高，因而將細沙層和粘性土頂穿發(fā)生滲流。兩種接觸面接觸時，產(chǎn)生了接觸性流土。2.2 壩體滲流原因分析目前壩體滲流的分析評估一般采用的方法是滲流有限元法3，選擇代表性的斷面計算求解：其中：t為壩后水深；h1為上游的水深；m為放坡系數(shù)；k為滲透系數(shù)；q1和q2分別為下游、壩體滲流量。壩體浸濡線的方程為：繪制流網(wǎng)圖，計算出滲透的坡降：式

8、中：l為滲流的途徑長度；h為上下游的水頭差；j為滲透坡降；經(jīng)實地勘察表明，壩后與壩體下游的泄洪洞出口的滲漏，通過分析后有三個最主要的原因：（1）存在著厚度大約7m左右的松散堆積物分布在壩體表層，下伏基巖分別為砂質(zhì)泥巖和千峰群砂巖，不容易發(fā)生風化，巖體的強風化厚度為616m，由于斷層影響，導致結(jié)構(gòu)面不夠完整，所以滲透性特強。（2）壩體的坡度特陡，達到4146，機器在施工的時候難以實施，因此深人壩體的帷幕灌漿長度太短，只有21m，并且原來的壩軸線在0+1720+124m段沒有進行灌漿的操作。（3）原來在0+1740+219m段處的壩軸線灌漿較差，沒有實質(zhì)性的堵塞產(chǎn)生滲流的通道，而在1515m以上的

9、高程是中等的透水層，15051515是較弱的透水層。3壩體加固的方案比選3.1 壩體加固方案備選現(xiàn)在壩體加固的主要方案目前有以下幾種常用方案：（1）固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿主要是用來提高壩體地基的整體性，同時提高了巖石的整體力學指標4。帷幕灌漿是一種常用防滲手段，可以降低地層的透水性。帷幕灌漿是采用特種固化水泥灌漿并且布置三排的漿孔，相對來說固結(jié)灌漿為大面積布孔，孔不深，壓力較小。帷幕灌漿在檢查指標方面主要的方面是透水率，而固結(jié)灌漿主要方面是聲波，以變形模量和壓水為輔助。（2）高壓噴射灌漿可用于砂礫石基和土基，也適用于壩體加固，一般具有混合噴、旋噴和擺噴等幾種工藝。根據(jù)漿液的高壓存在而形成噴射的高速流

10、束，從而達成大幅度提高壩體的防滲能力5。（3）土工膜防滲處理結(jié)合黏土斜墻填筑措施在國內(nèi)外，用到的防滲薄膜主要是高分子化學聚乙烯和聚氯乙烯，主要優(yōu)勢有以下幾個：（a）輕巧，使用簡單，便于施工；（b）土工布由于自身性質(zhì)的存在，可以較大程度的提高土體的抗變形和抗拉扯能力，從而改善土體結(jié)構(gòu)以增強壩體的穩(wěn)定性。（c）具備高透水性，在土水的重大壓力下可以繼續(xù)保持透水性，有效阻截沙土的同時保持回流，承擔起了滲透膜的用處。（d）可以將聚集在一處的強力有效的分散并傳遞到別處，防止土體被破壞。（4）回填防滲墻并進行帷幕灌漿在壩體的松散地基處造孔，并灌注水泥、黏土，構(gòu)筑成防滲透建筑。也稱為地下連續(xù)墻，整面墻是以一個

11、槽段和多個連續(xù)墻段建成。而處在壩體頂部的墻體連接墻體兩端和岸上或岸邊的底板，從而徹底阻斷了地下水，能夠大幅度降低滲透量。可以起到尤為突出的防護壩體滲透的作用。3.2 壩體加固方案選擇施工區(qū)滑坡體的下部，由于前部巖體的破裂，邊坡比較陡峭，而且在前面的施工中，公路路基邊坡和輸水洞出口的邊坡存在了太多不合理的開挖，滑塌越來越嚴重，逐漸形成了一個101131m的嚴重滑塌體，狀態(tài)特別松散，邊坡的角度是23，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)取值24時kc的值為1，處于比較平衡的狀態(tài)，需對其采取治理的措施。結(jié)合水庫壩體周圍的地址具體條件，采用固結(jié)灌漿的方案。壩體的右岸破碎程度比較嚴重，完整性不好，需要對1631m的巖體進行徹

12、底的處理，滑坡體的下部也要采取固結(jié)灌漿的操作，進而保證大壩在施工后安全有效的運行，挖除掉壩頂11m左右的心墻以及砂礫石，壩頂?shù)母叨纫惨陆?515m，以保證最大程度的降低內(nèi)部壩體的浸潤線。另外，在大壩上游壩坡的平臺處，樁號0+1310+231m內(nèi)澆筑鋼筋抗滑樁。再布置32跟直徑的抗滑樁在平臺坡腳，中心距離分別為，頂部要與地平線持平，底部深入，抗滑樁的深度大約在3646m。3.3 滲流方案選擇通過對該庫區(qū)地質(zhì)情況的實際勘察后，為了對壩體進行防滲處理，降低浸潤線的高度，通過對各種加固方案的考慮，建議在0+1700+250m樁號的壩段進行噴射高壓防滲墻?？拙?m，墻厚，深度6072m，不但能夠有效緩

13、解滲流問題，還能防止沖刷力破壞壩體，另外，固結(jié)灌漿技術使用了特種粘性土。同時在壩段0+0090+090m處采取防護措施，也摻入較穩(wěn)定的懸濁性特種黏土，其優(yōu)于水泥和泥土漿液等。而特種漿液和普通漿液的對比優(yōu)勢如圖3-圖5所示，可以看出該特種黏土防滲固化漿液于其他滿足條件的材料相比，長時間保持流動性、均勻分散性、觸變性等，并且較低的含水率實現(xiàn)了加固技術的突破。圖3 特種黏土和普通水泥漿液的壓強比圖4特種黏土流變曲線圖5特種黏土塑性強度ps-l時程泄洪洞和溢流堰設計泄洪洞位于壩體左岸，由泄水渠和隧洞組成，進出口都建有控制室，灌漿的石護坡組成出口的邊坡。表層為混凝土，上游為礫巖、砂巖，下游為最厚的三疊系

14、礫巖，而礫石以石英巖和石灰?guī)r為主，最大的粒徑有26cm。隧洞的圍巖以砂巖、粉砂巖、泥巖和紫紅色、青灰色礫巖為主，同樣呈現(xiàn)巨厚狀，總體屬于五類圍巖。泄洪洞水利通過隧洞的有壓泄流能力計算：式中：hp為斷面水流平均勢能；t0是隧洞底部的高度差和上游水頭流速的和，一般t0=t；為隧洞的斷面面積；為流量的系數(shù)。泄洪洞和溢流堰的能力如圖6所示。圖6泄洪洞和溢流堰的泄流量而溢流堰的水力通過堰流的公式求得：式中：c為側(cè)收縮系數(shù)；n為閘孔孔數(shù)；m為自由溢流的流量系數(shù)；h0為行進流速水頭的堰前水頭；b為每孔凈寬；其中壩底高程與洪峰流量關系見圖 7，下壩址水位-庫容曲線與壩址水位-庫面曲線如圖8、圖9 所示。圖7壩

15、底高程與洪峰流量關系曲線圖8水位和庫容曲線圖9 水位和庫面曲線對泄洪洞出口和進口進行改建，重建岸塔式結(jié)構(gòu)檢修閘室，采用固結(jié)灌漿及內(nèi)襯鋼板進行加固，內(nèi)襯鋼板厚度，灌漿孔梅花形布置。在下游新壩軸線位置澆筑 3 孔溢洪堰，底寬 30m，總長 32 m，高 28 m，堰型為 wes堰。泄洪槽原襯砌徹底拆除，右側(cè)山體進行噴錨支護，高程降低1m 進行擴挖。壩體的基本處理根據(jù)建筑邊坡工程技術規(guī)范中的要求，在邊坡上的砂礫石和松散的堆積物開挖范圍是，較高的邊坡在開挖的時候遵循原則，每挖15m就設置2m的馬道。同時清除覆蓋層，而其他的建筑物處置在比較弱的風化巖上。主要的建筑物由于坐落在基礎巖體上，并且該位置體型較

16、大，我們采用固結(jié)灌漿在泄洪洞的進出口、溢流段、泄槽填方處以提高基礎巖體的完整性和承載能力，深度灌漿6m，每排的孔距。由于壩肩滲漏和水位基礎高的問題，采取了灌漿防滲的操作來處理壩后的壩肩和左壩肩的軸線，兩個壩肩需進行平洞灌漿，而按照水頭的來考慮洞長，各自按長度55m。平洞灌漿采取城門洞的類型，洞底部高1515m，洞的寬度為，澆筑厚的鋼筋栓，灌漿深度在較弱的透水層以下3m左右，孔的深度為364m，以單排方式布置，孔的距離為3m。4 結(jié)論本文以涇河中山峽谷水庫為對象，對該水庫的基本地質(zhì)和工程情況通過注水、壓水滲透等試驗，證明了該壩體的填筑不夠均勻，壩體質(zhì)量比較差，壩基和壩體的防滲性能不好。結(jié)合該水庫壩體周圍的地址具體條件對方案進行了對比，最終采用了固結(jié)灌漿的方案，以確保大壩可以在施工及以后可以安全運行，將壩頂11m范圍的心墻全部挖掉，壩頂降低到1515m，浸潤線得到了最大程度的降低，該工程明顯有效。并且固結(jié)灌漿采用了特種的黏土防滲技術，具有優(yōu)于普通水泥漿液等很多良好性能，對于其他類似的工程具有非常重要的借鑒意義。參考文獻1韋峰. 大田水庫碾壓式土石壩壩體防滲方案設計j. 紅水河,2017,36(04):30-33. 2王禹. 某水庫壩體防滲加固方案比選及施工質(zhì)量控制j. 內(nèi)蒙古水利,2017,(06):5