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关于大坝防渗加固设计实例分析

日期：2016-4-22 14:14:28　来源：互联网　浏览数：
　

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1· 实例工程介绍
    某水库上方有27.6 平方千米集雨区，主河长15.4 千米，属山区河流，河道狭窄，河水流速大，扇形流域，呈不对称分布，左岸比较陡峭，右岸相对平坦，河道的加权平均坡降为1.95％，流域内的森林及草木覆盖率高于百分之九十，流域内水灾发生次数很多，多为暴雨引起山洪所致，抗灾形式较为严重。
    2 ·渗漏情况及原因分析
    2.1 坝体填筑质量差
    该大坝属黏土均质坝，使用坡积层黏土进行填筑，多数部位使用低液限黏土填筑，少数部位采用高液限黏土填筑。由于黏土颗粒大小分布不均匀，从而导致土壤孔隙比、液性指数偏大，干容重较低，填筑不够密实。经检测，坝体的渗透系数为1.3×10-4 至3.6×10-4cm/s，远远超过坝体防渗土料所规定的最大渗透系数1×10-4cm/s 的标准，从而导致汛期水位高时出现大面积散浸情况。
    2.2 排水棱体失效
    排水棱体采用白云岩块石堆砌而成，使用碎石和砂作为滤料构成过滤层。由于排水棱体体积较小，在常年使用过程中排水功能逐渐减弱，使得浸润线上升，从而导致坝坡发生湿润、散浸现象。经测量，散浸汇集总量达50mL/s。
    2.3 坝基、坝肩用料材质不过关
    2.3.1 构成坝基的岩石风化严重。通过实地勘测，坝址区存在6 个较大规模风化洞穴，位置多在坝轴线下游，从暴露出来的基岩看，洞穴多为蜂窝状空洞。坝基构筑石材为白云岩。其色浅灰，层状结构，岩层厚度较大，晶粒多为粗晶、中晶。岩体风化程度严重，已有破碎现象发生。经检测，强中风化层的下限约5 到10 米。进行压水试验检测，基岩顶部5 到10 米范围内，坝段透水率为23.5 到72.1 吕荣，基岩顶面10 米以下透水率为9.8 到11.6 吕荣。压水试验结果表明，坝基、基岩表层岩石风化情况较为严重，透水性强，其下部岩石大体保持完整，透水性弱。
    2.3.2 岩体中存有软弱夹层带。在两岸地层层面处的长石砂岩中发现薄饼状泥岩，构成岩体重点软弱夹层带。
    2.3.3 坝肩构筑土壤土质有缺陷。坝肩中发现钙化黄土状土壤与半胶结细砂，这种土壤易遭受渗漏破坏，不适合直接用作坝肩基础。
    2.4 坝体填土土质不合格
    砂、低液限黏土、含砂、低液限粉土以及粉土质砂共同组成了大坝填筑土，土壤种类复杂导致土质均一性差。特别是含砂、低液限粉土和粉土质砂的渗透系数平均值分别为2.33×10-4cm/s 和7.67×10-4cm/s，超出规定范围，易受渗漏破坏。
    3· 工程除险加固的必要性
    该水库为中型水库，承担当地灌溉、防洪、发电以及养殖等职能。正式运行以来，水库始终未能正常工作，大坝坝基、坝体、坝肩渗漏等质量问题层出不穷。为保障运行安全，水库始终保持低水位运行状态。为解除安全隐患，充分发挥水库作用，需要对其除险加固，以满足下游灌溉需要，并为水库今后健康运行发展夯实基础。
    4· 防渗加固设计
    4.1 防渗方案的选取
    在进行防渗设计时，提出了两种坝体防渗加固处理设计方案，进行比较选择。
    方案1：在大坝上游侧增设粘土斜墙
    方案简述：在大坝的下游坡高程292.5 米处进行削坡处理，坡度改为1： 2.5，在大坝的上游侧构筑粘土斜墙，建后坝顶宽为6 米，斜墙底宽为245 米，底部厚度为7 米，通过在砂卵石坝基上加设截水槽来增强坝基覆盖层的防渗漏能力。
    方案2：沿坝轴线设混凝土防渗心墙
    方案简述：在大坝的下游坡高程292.5 米处进行削坡处理，坡度改为1： 2.5，在高程的295 米处开辟一条宽1.5 米的马道，用来为上游坝坡整平、护坡。从坝顶开始，沿坝轴线构筑混凝土防渗心墙。为保障坝基覆盖层不被渗透，防渗墙要深达坝基基岩内一米，贯穿整个坝基砂卵石层。
    方案对比情况：如果选择方案一，由于水库已经蓄水运行已经很长时间，建设粘土斜墙需要把水库放空，不仅工作量大，影响面广，而且施工难度也非常大，需要投入大量资金。所以最终采用方案二，建设混凝土防渗心墙，该技术安全可靠，效果明显，施工相对独立，对周边影响不大，广泛应用于大坝防渗加固工程中。
    4.2 防渗加固设计
    4.2.1 墙体材料及防渗墙厚度的确定
    使用混凝土作为防渗墙体的材料，要求渗透系数不能大于1×10-6cm/s，渗透坡降要小于60。根据周边与水库实际情况进行设计，墙体厚度设为50cm，最大渗透坡降为53.476，满足相关设计要求。按照规范要求，为保证防渗墙墙顶高程高于校核的洪水位高度，防渗墙墙顶高程设为309.5 米，最大墙高约39 米，墙体深入基岩内1 米。
    4.2.2 防渗墙施工工艺的选择
    防渗墙的建筑质量受多种因素影响。要保障其建成质量，施工工艺必须综合考虑成墙技术的原理、适用条件、质量以及经济等各方面的因素，实现最优化。
    4.2.3 防渗墙施工注意事项
    （1）做好顶部塑性黏土区的设置工作。用高塑性粘土在防渗墙顶部填筑厚1 米、底宽3.2 米的防护层。同时为防止水土流失，从护坡到顶部设置反滤层。高塑性粘土的具体技术要求是：渗透系数小于1×10-7cm/s；压实度大于0.97；干容重大于6.5kN/m；最优含水量不能超过+2％。（2）做好施工观测工作。施工观测是保障防渗墙施工质量的有效措施。其主要内容是对应力应变进行观测。具体步骤是：在断面0+150、1+200 桩号处各设置应变计一只，埋设无应力计三只，观测电缆沿坝坡铺设并引入位于水库管理所的观测房。通过对大坝施工过程中应力应变的监测和统计分析，实施科学的工程管理，保障防渗墙的施工安全质量。
    4.2.4 坝基及坝肩防渗加固
    从之前的勘探结果可以知道，在大坝坝基位置有松散砂卵石层，厚约2 米，属强透水性；坝基浅层基岩为强、弱风化变质砂岩，左、右坝肩经由钻孔压水试验检测，透水率达10.1 到25.9 吕荣，属中等透水性。坝基、坝肩均存在渗漏问题，同时还可能出现绕坝渗漏。
    经过防渗加固施工，坝体混凝土防渗心墙从坝顶直接插入坝基岩层，深入基岩1 米，完全贯穿坝基砂卵石层，彻底消除了坝基覆盖层发生渗漏的可能，坝基基岩经钻孔压水试验检测，透水率为5.6 至7.5 吕荣，坝基渗漏的可能性也基消除。同时，通过渗流计算可知大坝上游侧在校核洪水位时的最大单宽渗漏量为每天每米3.489 吨，按这个最大值计算，那么大坝一年的渗流量就是16.81 万吨，而水库的总容量是1076万吨，渗漏量仅占总库容的1.56％，对大坝正常运行没有影响，所以不对坝基进行帷幕灌浆处理。
    大坝正常运行时，左右坝肩基岩经钻孔压水试验检测，大部分透水率都小于10 吕荣，少部分大于10 吕荣。根据渗透剖面图可知，基岩透水率小于等于10 吕荣，属相对不透水层。因此，坝肩发生渗露可能性也不高，左、右坝肩也不做帷幕灌浆处理。