水庫大壩滲流安全評價

水庫大壩滲流安全評價原設計、施工的滲流控制措施評價大壩施工時清基深度僅1m左右，壩基覆蓋為第三系粘土巖(N2)：黃色、灰色、綠灰色灰黑色礫石層、含礫粘土巖與粘土巖，礫石成分為玄武巖、砂巖、灰?guī)r，呈次棱角-棱角狀。兩壩肩巖體強風化層，屬中等透水層。筑壩土料級配較差，施工質(zhì)量控制不規(guī)范，填筑壓實度較低，屬中等透水層。但設計及施工時，未設置壩基截水槽、壩肩結合槽及防滲心墻等防滲設施，導致水庫運行中，存在壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏及壩端結合部滲漏問題。大壩現(xiàn)狀滲流情況評價大壩現(xiàn)狀滲流情況(1)實測資料壩基及壩體繞壩滲漏現(xiàn)象嚴重，在最高水位1934.37m下，壩體下游壩坡出逸點標高為1928.24m，總滲漏量達3.89L/S,壩體下游壩坡濕潤、沼澤面積達1282m2，滲漏水匯集于壩坡低洼處，積水厚度達12cm左右。(2)分析目前滲漏情況對大壩的危害A、 滲漏量逐年增大通過對照本次巡視結果和歷年滲漏觀測資料，壩體的濕潤面積隨庫水位的升高而增大，滲漏量呈逐年增大之勢。B、 壩面滲透破壞近年來，壩體的集中出逸點逐年增加，本次巡視發(fā)現(xiàn)，壩體濕潤區(qū)分布有可量測出水量的集中漏水點10個，隱約可聽到滲漏水流響聲，部分集中出逸點存在壩土顆粒被帶出的現(xiàn)象。C、 浸潤線位置較高在最高水位(1934.37m)下，壩體下游壩坡出逸點標高為1929.09m。受滲漏水流的長期浸泡，土料力學性質(zhì)指標逐年衰減，在滲透力的誘導下，壩坡的抗滑穩(wěn)定性顯著降低。(3)監(jiān)測資料分析為了查明大壩滲漏原因，通過現(xiàn)場鉆孔進行了孔內(nèi)水文地質(zhì)試驗及水位觀測等工作，結果顯示，大壩壩土、壩基的透水性指標均較大。壩土碾壓不密實，填筑壓實度僅為51.1%?90.6%,低于現(xiàn)行規(guī)范值的要求。其滲透系數(shù)為1.27X10-3?4.20X10-4cm/s,屬中等透水層。壩基由新第三系和石炭系下統(tǒng)大唐組構成，滲透系數(shù)5.1X10-5cm/s?1.27X10-3cm/s,屬中等透水層。下伏強?弱風化灰?guī)r地基，厚度大于10m,透水率8.2?15.42Lu，屬弱?中等透水層。但施工未設壩基截水槽、壩肩結合槽及防滲心墻等防滲設施,壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏及壩端結合部滲漏問題不可避免。（4）監(jiān)測資料評價東進水庫壩體填筑土料級配差,質(zhì)量不合格,碾壓時質(zhì)量控制不規(guī)范,壓實度低。壩體結構分區(qū)性及透水指標差異性的存在,易在壩土料之間形成連續(xù)的透水帶,進一步發(fā)展為連續(xù)的軟化帶,不僅加劇壩體滲漏,還造成壩體變形量大甚至出現(xiàn)壩坡滑動等不良影響。滲透流量及滲透變形計算主壩（1）基本資料A、 水庫特征水位：正常蓄水位1934.00m；設計洪水位1934.37m（本次復核值）；校核洪水位1934.54（本次復核值）；死水位1930.70m。B、 計算采用斷面：大壩最大橫斷面和壩軸縱斷面。C、 大壩各區(qū)土料顆粒級配統(tǒng)計結果見表7-1。D、 大壩各區(qū)土料主要物理性質(zhì)指標統(tǒng)計結果見表7-2。表7-1 大壩各區(qū)土料顆粒級配統(tǒng)計值壩體分區(qū)顆粒組成（％）>22?0.0750.075?0.005<0.005壩體I區(qū)1.2515.0051.1932.28壩基III區(qū)第三系粘土巖表7-2大壩各區(qū)土料主要物理性質(zhì)指標統(tǒng)計值壩體分區(qū)天然密度g/cm3飽和密度g/cm3孔隙比比重平均透水性指標cm/s//Lu壩體I區(qū)1.761.850.942.645.05X10-4棱體II區(qū)2.152.261.16X10-4壩基III區(qū)1.871.964.71X10-4E、浸潤線推求根據(jù)大壩現(xiàn)狀病害情況，結合本次安全評價地質(zhì)勘察資料，對壩體土樣進行物理力學性質(zhì)分析。然后，通過鉆孔水位反演分析水庫最高水位情況下的壩土滲透系數(shù)和壩基透水率，進行壩體滲流分析。壩體浸潤線采用北京理正軟件設計研究院開發(fā)的《理正巖土系列軟件》（V5.10）中的滲流分析計算軟件進行二維平面有限元分析得到。F、計算斷面圖圖7-1主壩滲流計算斷面圖（2）滲流量計算計算采用巴甫洛夫斯基?達赫勒分段計算法，按透水地基上的均質(zhì)土壩進行計算。由于大壩土料具有分區(qū)特點且各區(qū)土料的滲透系數(shù)不盡相同，因此，計算時按分層土體的滲透性計算公式，求出壩體的綜合滲透系數(shù)（K綜合），首先求出壩體最大橫斷面時的單寬滲透流量（q）,最后求出整個壩體的總滲透流量（Q）,計算結果見表7-3。表7-3壩體、壩基滲漏流量計算結果項目水庫水位（m）壩土k （cm/s）綜合壩基覆蓋層k （cm/s）綜合基uuL土q5.05X10-44.71X10-411.3單寬滲漏量正常畜水位1934.000.0081q(L/s.m)最咼運行水位1934.370.0094總滲漏量正常畜水位1934.003.81Q(L/s)最咼運行水位1934.373.96從計算結果知，東進水庫大壩在正常蓄水位1934.00m時的壩體、壩基滲透流量計算值為2.81L/S，在最高運行水位1934.37m時下的壩體、壩基滲漏流量計算值為2.96L/S。對照大壩滲漏現(xiàn)狀，除壩體滲漏外，壩基滲漏、繞壩滲漏及壩肩結合部滲漏問題嚴重。（3）滲透變形計算A、 計算方法計算方法：根據(jù)壩體、壩基土體的級配狀況，確定壩土、壩基可能的滲透變形類型，再根據(jù)壩體、壩基土料的物理性質(zhì)指標確定其臨界水力坡降（Jcr），依據(jù)工程特點及重要性，確定相應的安全系數(shù)，求出允許水力坡降（［J］）；結合壩體的運行情況，求出下游壩坡出逸點的出逸水力坡降值（J）,最后進行判別。B、 計算結果大壩滲透變形計算結果見表7-4。表7-4 大壩滲透變形計算結果水庫水位（m）計算參數(shù)壩體棱體壩基I區(qū)II區(qū)III區(qū)正常畜水位（1934.00）Jcr0.8870.765F2.52.5[J]0.3550.306J0.3860.367壩土：由土樣顆粒級配曲線求得大壩壩體土料的Cu=34.67>5,Cc=10.2,可知其級配不良。覆蓋層：由顆粒級配曲線求得壩基覆蓋層土料的Cu=31.2>5,Cc=9.7，可知其級配不良。流土型滲透變形的臨界水力比降計算公式為：J=（G-1）（-n）crs（C）分析根據(jù)計算結果，壩體在正常蓄水位情況下，出逸水力坡降J）為0.386,大于其允許水力坡降［J］值（0.355）,易于發(fā)生滲透變形。根據(jù)計算結果，壩基覆蓋層在正常蓄水位情況下，出逸水力坡降（J）為0.367,大于其允許水力坡降［J］值（0.306）,易于可能發(fā)生滲透變形。副壩（1）基本資料A、水庫特征水位：正常蓄水位1934.00m；設計洪水位1934.37m（本次復核值）；校核洪水位1934.54（本次復核值）。B、 計算采用斷面：大壩最大橫斷面和壩軸縱斷面。C、 大壩各區(qū)土料顆粒級配統(tǒng)計結果見表7-5。D、 大壩各區(qū)土料主要物理性質(zhì)指標統(tǒng)計結果見表7-6。表7-5 大壩各區(qū)土料顆粒級配統(tǒng)計值壩體分區(qū)顆粒組成（％）>22?0.0750.075?0.005<0.005壩體I區(qū)1.2515.0051.1932.28壩基II區(qū)III區(qū)第三系粘土巖表7-6 大壩各區(qū)土料主要物理性質(zhì)指標統(tǒng)計值壩體分區(qū)天然密度g/cm3飽和密度g/cm3孔隙比比重平均透水性指標cm/s//Lu壩體I區(qū)1.761.850.942.645.05X10-4棱體II區(qū)2.152.261.16X10-4壩基III區(qū)1.871.964.71X10-4E、浸潤線推求根據(jù)大壩現(xiàn)狀病害情況，結合本次安全評價地質(zhì)勘察資料，對壩體土樣進行物理力學性質(zhì)分析。然后，通過鉆孔水位反演分析水庫最高水位情況下的壩土滲透系數(shù)和壩基透水率，進行壩體滲流分析。壩體浸潤線采用北京理正軟件設計研究院開發(fā)的《理正巖土系列軟件》（V5.10）中的滲流分析計算軟件進行二維平面有限元分析得到。F、計算斷面圖圖7-2副壩滲流計算斷面圖（2）滲流量計算計算采用巴甫洛夫斯基?達赫勒分段計算法，按透水地基上的均質(zhì)土壩進行計算。由于大壩土料具有分區(qū)特點且各區(qū)土料的滲透系數(shù)不盡相同，因此，計算時按分層土體的滲透性計算公式，求出壩體的綜合滲透系數(shù)（K綜合，首先求出壩體最大橫斷面時的單寬滲透流量（q）,最后求出整個壩體的總滲透流量（Q）,計算結果見表7-8。表7-8 壩體、壩基滲漏流量計算結果項目水庫水位（m）壩土k綜合（cm/s）壩基覆蓋層k綜合（cm/s）基uuL土q5.05X10-44.71X10-411.3單寬滲漏量q（L/s.m）正常畜水位1934.000.004最高水位1934.370.0043總滲漏量Q（L/s）正常畜水位1934.001.61最高水位1934.371.73從計算結果知，東進水庫大壩在正常蓄水位1934.00m時的壩體、壩基滲透流量計算值為1.611L/S,在最高運行水位1934.37m時下的壩體、壩基滲漏流量計算值為1.73L/S。對照大壩滲漏現(xiàn)狀，除壩體滲漏外，壩基滲漏、繞壩滲漏及壩肩結合部滲漏問題嚴重。（3）滲透變形計算A、 計算方法計算方法：根據(jù)壩體、壩基土體的級配狀況，確定壩土、壩基可能的滲透變形類型，再根據(jù)壩體、壩基土料的物理性質(zhì)指標確定其臨界水力坡降（Jcr），依據(jù)工程特點及重要性，確定相應的安全系數(shù)，求出允許水力坡降（［J］）；結合壩體的運行情況，求出下游壩坡出逸點的出逸水力坡降值（J）,最后進行判別。B、 計算結果壩土：由土樣顆粒級配曲線求得大壩壩體土料的Cu=6.6>5,Cc=0.91，可知其級配不良。覆蓋層：由顆粒級配曲線求得壩基覆蓋層土料的Cu=1.1>5,Cc=0.97，可知其級配不良。流土型滲透變形的臨界水力比降計算公式為：J=（G-1）（-n）crs大壩滲透變形計算結果見表7-9。表7-9 大壩滲透變形計算結果水庫水位（m）計算參數(shù)壩體棱體壩基I區(qū)II區(qū)III區(qū)正常畜水位（1934.00）Jcr0.8870.765F2.52.5[J]0.3550.306J0.3860.367（C）分析根據(jù)計算結果，壩體在正常蓄水位情況下，出逸水力坡降（J）為0.386,大于其允許水力坡降［J］值（0.355）,易于發(fā)生滲透變形。根據(jù)計算結果，壩基覆蓋層在正常蓄水位情況下，出逸水力坡降（J）為0.367,大于其允許水力坡降［J］值（0.306）,易于可能發(fā)生滲透變形。大壩滲流安全評價、安全等級（1） 通過滲流量計算，主壩、副壩壩體存在嚴重的壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏及壩肩結合部滲漏問題。（2） 壩體滲漏量隨庫水位的升高而增大，滲透水流直接在下游壩坡出逸，受水浸泡，壩土的物理、力學指標會逐年衰減。3）壩土及壩基覆蓋層在正常蓄水位和最高水位情況下，易于發(fā)生滲透變形破壞。本次巡視檢查，壩體濕潤區(qū)分布有可量測出水量的集中漏水點10個，部分集中出逸點存在壩土顆粒被帶出的現(xiàn)象。（4）根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準《水庫大壩安全評價導則》（SL258－2000），東進水庫壩體的滲流安全等級為C級。輸泄水建筑物滲流安全評價1.3.1輸水涵洞滲流安全評價（1）基本資料因長期被水浸泡并受洞內(nèi)水位波動影響，采用水泥石灰砂漿支砌的輸水涵洞，其勾縫砂漿已發(fā)生大量脫落，使洞體的防滲性能降低?，F(xiàn)狀涵洞沿線均存在散浸滲漏，淤積。涵洞進口工作閘止水破損，門縫漏水。巡視檢查中，于出口實測輸水涵洞的總滲漏量為0.47L/s。（2）輸水涵洞滲漏情況對建筑物的危害輸水涵洞的滲漏現(xiàn)狀，會帶來以下問題：涵洞過流時，水流通過灰縫外浸并通過涵洞外圍結合部土體排泄，若不處理，隨縫的增加和擴展，滲漏量會逐年加大，容易引起外圍結合部位的集中沖刷。進口閘關閉、涵洞斷流時，外圍壩土水流通過頂板及側墻的不飽滿灰縫處特別是開裂處往洞內(nèi)滴漏，這會攜帶壩土顆粒流失，對壩體不均勻沉陷產(chǎn)生隱患。1.3.2溢洪道滲流安全評價（1）基本資料溢洪道全長51.3m,工程運行多年，2道閘門的橡膠止水已嚴重老化，局部斷裂脫落，擋水時門槽周邊呈股狀漏水。（2）溢洪道滲漏情況對建筑物的危害在不同的運行時期會產(chǎn)生外水內(nèi)滲或內(nèi)水外滲，使墻體背部填土的物理力學性質(zhì)降低，從而對陡槽段邊墻及底板的穩(wěn)定會產(chǎn)生不利影響。門槽漏水會加劇門槽及閘門兩側端的銹蝕發(fā)生，從而給閘門的啟閉增加更大困難。輸泄水建筑物滲流安全評價、安全等級根據(jù)滲流現(xiàn)狀，綜合評定東進水庫輸泄水建筑物的