摘要:本文根据新丰水库大坝的运行现状和地质勘测资料,利用有限元法对坝体渗流进行了计算,分析了大坝存在的渗漏问题,并提出除险加固措施.经过计算复核表明,大坝采用复合土工膜+基础帷幕灌浆防渗,坝基坝肩采用砼压浆板+帷幕灌浆进行处理可以有效改变坝体渗流状况、提高坝体的稳定性.其成果可为本工程的大坝安全鉴定和除险加固设计提供参考依据。
关键词:水库大坝，坝体渗流，除险加固
1．引言
新丰水库属长江流域青弋江水系，水库工程位于黄山市黄山区新丰乡新丰河上游安居村境内。黄山区地处安徽省南部，水库集雨面积为3.06km2,属于小（一）型水库，正常蓄水位319.00m，设计洪水位320.50m,校核洪水位321.20m，总库容为204万m3。拦河大坝为分区土石坝，最大坝高24.5m，坝顶宽度7.0m，坝顶轴线长度172.0m，坝顶高程322.15m，大坝迎水坡边坡在高程312.00m以上为1∶3.0，以下为1∶2.5，背水坡边坡在高程316.00以上为1：1.7,316.00m～305.50m之间为1：2.25，305.50m以下为干砌石体支撑,外坡为1：1.0。迎水坡高程321.60m～306.00m之间及背水坡316.00m以下均为干砌块石护坡，其他部位均为土坡.大坝断面图(见附图1)
附图1大坝断面图
2。存在问题
勘察期间，进行钻孔注水试验，其中大坝填土风化砂土的渗透系数K=6.21×10-4-9.33×10-4，属中等透水。大坝填土砂壤土的渗透系数K=1.21×10-4-3.68×10-5，属中等透水-弱透水。因此判定，该坝体填筑土料风化砂土及砂壤土防渗均达不到规范要求.大坝迎水坡干砌石护坡多处沉陷，无反滤料层，砂土随退水带出迹象明显。桩号0+000～0+030段高程314.50m～316.00m处、0+130～0+150段314.00m～316.00m高程处塌陷面积达100m2；大坝左右坝肩及坝脚渗漏较严重，出逸点偏高，再加上坝体、斜墙土质差，施工时填筑质量差，存在渗透变形隐患。左坝肩桩号0+068～0+080段渗漏出逸点高程在310.0m～311.0m之间；右坝肩0+125～0+135段在高程312.0m～313.5m之间曾发生管涌，渗流量为0.3～1.0L/s。根据《水库大坝安全鉴定导则》有关规定，经小型水库大坝安全技术认定专家组评定,新丰水库大坝属三类坝。
3．加固防渗措施
大坝坝顶宽度7.0m，坝顶轴线长194m，坝顶高程322.15m，坝顶采用C20混凝土路面浇筑；大坝迎水坡采用C20预制砼六角块护坡；背水坡采用C20砼网格护坡，网格内种植草皮；坝体采用堆石棱体排水；大坝防渗采用复合土工膜防渗+基础帷幕灌浆，坝基防渗处理采用砼压浆板+帷幕灌浆进行处理。在大坝迎水坡297.65m高程处浇筑砼压浆板，板底进行帷幕灌浆；为解决复合土工膜与坝肩两岸山坡的连接和岸坡防渗，在两岸山坡接头处增设砼压浆板，板底进行帷幕灌浆，板上部预埋螺栓，复合土工膜的锚固采用槽钢夹接、螺栓固定在防渗体头部，同时，为适应变形，槽钢间衬以止水橡皮，涂抹SR止水材料，双面反包，以增加渗径.灌浆设计排数为一排，孔距2.0m，要求深入相对隔水层（q≤7lu）以下2m。帷幕顶高程为压浆板底，与压浆板相接，使坝体与基础灌浆帷幕形成坝基防渗整体。灌浆中心线为压浆砌中心线一致，范围为全坝段194m；两侧岸坡300m；左坝肩向山体延伸各34m（暂定），右坝肩向山体延伸20m（暂定），帷幕总长1299m，最大孔深13.6m。
4.渗流稳定分析
（1）计算方法
渗流计算分析采用北京理正软件设计研究院编制的渗流分析软件（5.11版）按有限元法进行计算。
对二向稳定渗流而言，它的解实际上可归结为满足某特定边界条件下求解下列方程，即：
（2）计算参数
计算模型取用坝体最大断面，见图1，坝体及坝基各材料的渗透系数采用安全指标见表1。
表1渗流计算坝体及坝基材料特性指标表
（3）渗流计算工况及计算结果
按以下四种工况计算：
工况一：正常蓄水位319.0m+下游无水
工况二：设计洪水位320.33m+下游无水
工况三：校核洪水位321.00m+下游无水
工况四：校核洪水位骤降至正常蓄水位（即321.00m降至319.0m）
计算结果见表2及图2～图5。
表2各种工况渗流计算结果
从上表可知，坝体砂壤土最大渗透比降为0.42，风化砂土最大渗透比降为0.13，防渗墙最大渗透比降为16.00，出逸点处的最大渗透比降为0.36。
（4）渗流量计算成果
①水库渗漏量分析：
水库渗漏量损失主要表现为坝体漏水、坝基和坝肩渗水、库底向较低的透水层的渗流，以及周边向库外渗水等几方面。
本次分析渗漏水不参照有关资料，以年渗漏量占水库蓄水库容比例估算。水库渗漏量为坝体与坝基渗水，坝体长度按194m计算，结果见表3。
表3大坝各工况渗流量分析表
②出逸点高程分析
经计算：上述四组工况下游边坡的出逸点高程均在排水棱体以下，坝体的浸润线以及坝体下游边坡处的出逸点位置满足规范要求。
③渗透比降分析
表4大坝各土层渗透比降分析表
根据《碾压式土石坝设计规范》条文说明第6.2.7节，一般砂壤土取3；风化砂土临界坡降按《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99（M.0.3-2）公式：
式中：Jcr—土的临界水力坡降；
k¬—土的渗透系数，取k=8.4×10-4cm/s；
n—土的孔隙率，取n=0.429；
d3—占总土重的3的土粒粒径，取d3=0.0016mm。
经计算，临界坡降J允=0.65，风化砂土允许坡降为土的临界坡降除以1.5~2.0的安全系数，本工程取1.5，即J=0.43。
根据表4显于结果可知，大坝各分区的渗透比降和出逸点比降均满足坝体各分区材料的允许比降。
图2大坝正常蓄水位流网图
图3大坝设计洪水位流网图
图4大坝校核洪水位流网图
图5大坝水位骤降期（321.20m～319.00m）流网图
5.结论
本文结合小型水库除险加固工作,对新丰水库大坝不同库水位情况下渗漏及稳定等问题进行了计算和分析,计算结果为解决水库大坝渗漏和稳定等问题提供了科学依据.提出的新丰水库大坝工程除险加固处理防渗处理措施的效果可行.
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