摘要:本文根據(jù)新豐水庫大壩的運行現(xiàn)狀和地質(zhì)勘測資料,利用有限元法對壩體滲流進行了計算,分析了大壩存在的滲漏問題,并提出除險加固措施.經(jīng)過計算復核表明,大壩采用復合土工膜+基礎帷幕灌漿防滲,壩基壩肩采用砼壓漿板+帷幕灌漿進行處理可以有效改變壩體滲流狀況、提高壩體的穩(wěn)定性.其成果可為本工程的大壩安全鑒定和除險加固設計提供參考依據(jù)。
　　關鍵詞:水庫大壩，壩體滲流，除險加固
　　1．引言
　　新豐水庫屬長江流域青弋江水系，水庫工程位于黃山市黃山區(qū)新豐鄉(xiāng)新豐河上游安居村境內(nèi)。黃山區(qū)地處安徽省南部，水庫集雨面積為3.06km2,屬于小（一）型水庫，正常蓄水位319.00m，設計洪水位320.50m,校核洪水位321.20m，總庫容為204萬m3。攔河大壩為分區(qū)土石壩，最大壩高24.5m，壩頂寬度7.0m，壩頂軸線長度172.0m，壩頂高程322.15m，大壩迎水坡邊坡在高程312.00m以上為1∶3.0，以下為1∶2.5，背水坡邊坡在高程316.00以上為1：1.7,316.00m～305.50m之間為1：2.25，305.50m以下為干砌石體支撐,外坡為1：1.0。迎水坡高程321.60m～306.00m之間及背水坡316.00m以下均為干砌塊石護坡，其他部位均為土坡.大壩斷面圖(見附圖1)
　　
　　附圖1大壩斷面圖
　　
　　2。存在問題
　　勘察期間，進行鉆孔注水試驗，其中大壩填土風化砂土的滲透系數(shù)K=6.21×10-4-9.33×10-4，屬中等透水。大壩填土砂壤土的滲透系數(shù)K=1.21×10-4-3.68×10-5，屬中等透水-弱透水。因此判定，該壩體填筑土料風化砂土及砂壤土防滲均達不到規(guī)范要求.大壩迎水坡干砌石護坡多處沉陷，無反濾料層，砂土隨退水帶出跡象明顯。樁號0+000～0+030段高程314.50m～316.00m處、0+130～0+150段314.00m～316.00m高程處塌陷面積達100m2；大壩左右壩肩及壩腳滲漏較嚴重，出逸點偏高，再加上壩體、斜墻土質(zhì)差，施工時填筑質(zhì)量差，存在滲透變形隱患。左壩肩樁號0+068～0+080段滲漏出逸點高程在310.0m～311.0m之間；右壩肩0+125～0+135段在高程312.0m～313.5m之間曾發(fā)生管涌，滲流量為0.3～1.0L/s。根據(jù)《水庫大壩安全鑒定導則》有關規(guī)定，經(jīng)小型水庫大壩安全技術認定專家組評定,新豐水庫大壩屬三類壩。
　　
　　3．加固防滲措施
　　大壩壩頂寬度7.0m，壩頂軸線長194m，壩頂高程322.15m，壩頂采用C20混凝土路面澆筑；大壩迎水坡采用C20預制砼六角塊護坡；背水坡采用C20砼網(wǎng)格護坡，網(wǎng)格內(nèi)種植草皮；壩體采用堆石棱體排水；大壩防滲采用復合土工膜防滲+基礎帷幕灌漿，壩基防滲處理采用砼壓漿板+帷幕灌漿進行處理。在大壩迎水坡297.65m高程處澆筑砼壓漿板，板底進行帷幕灌漿；為解決復合土工膜與壩肩兩岸山坡的連接和岸坡防滲，在兩岸山坡接頭處增設砼壓漿板，板底進行帷幕灌漿，板上部預埋螺栓，復合土工膜的錨固采用槽鋼夾接、螺栓固定在防滲體頭部，同時，為適應變形，槽鋼間襯以止水橡皮，涂抹SR止水材料，雙面反包，以增加滲徑.灌漿設計排數(shù)為一排，孔距2.0m，要求深入相對隔水層（q≤7lu）以下2m。帷幕頂高程為壓漿板底，與壓漿板相接，使壩體與基礎灌漿帷幕形成壩基防滲整體。灌漿中心線為壓漿砌中心線一致，范圍為全壩段194m；兩側(cè)岸坡300m；左壩肩向山體延伸各34m（暫定），右壩肩向山體延伸20m（暫定），帷幕總長1299m，最大孔深13.6m。
　　4.滲流穩(wěn)定分析
　　（1）計算方法
　　滲流計算分析采用北京理正軟件設計研究院編制的滲流分析軟件（5.11版）按有限元法進行計算。
　　對二向穩(wěn)定滲流而言，它的解實際上可歸結為滿足某特定邊界條件下求解下列方程，即：
　　
　　（2）計算參數(shù)
　　計算模型取用壩體最大斷面，見圖1，壩體及壩基各材料的滲透系數(shù)采用安全指標見表1。
　　表1滲流計算壩體及壩基材料特性指標表
　

　　（3）滲流計算工況及計算結果
　　按以下四種工況計算：
　　工況一：正常蓄水位319.0m+下游無水
　　工況二：設計洪水位320.33m+下游無水
　　工況三：校核洪水位321.00m+下游無水
　　工況四：校核洪水位驟降至正常蓄水位（即321.00m降至319.0m）
　　計算結果見表2及圖2～圖5。
　　表2各種工況滲流計算結果
　　　　從上表可知，壩體砂壤土最大滲透比降為0.42，風化砂土最大滲透比降為0.13，防滲墻最大滲透比降為16.00，出逸點處的最大滲透比降為0.36。
　　（4）滲流量計算成果
　　①水庫滲漏量分析：
　　水庫滲漏量損失主要表現(xiàn)為壩體漏水、壩基和壩肩滲水、庫底向較低的透水層的滲流，以及周邊向庫外滲水等幾方面。
　　本次分析滲漏水不參照有關資料，以年滲漏量占水庫蓄水庫容比例估算。水庫滲漏量為壩體與壩基滲水，壩體長度按194m計算，結果見表3。
　　表3大壩各工況滲流量分析表
　　

　　②出逸點高程分析
　　經(jīng)計算：上述四組工況下游邊坡的出逸點高程均在排水棱體以下，壩體的浸潤線以及壩體下游邊坡處的出逸點位置滿足規(guī)范要求。
　　③滲透比降分析
　　表4大壩各土層滲透比降分析表
　　　　根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》條文說明第6.2.7節(jié)，一般砂壤土取3；風化砂土臨界坡降按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287-99（M.0.3-2）公式：
　　
　　式中：Jcr—土的臨界水力坡降；
　　k¬—土的滲透系數(shù)，取k=8.4×10-4cm/s；
　　n—土的孔隙率，取n=0.429；
　　d3—占總土重的3的土粒粒徑，取d3=0.0016mm。
　　經(jīng)計算，臨界坡降J允=0.65，風化砂土允許坡降為土的臨界坡降除以1.5~2.0的安全系數(shù)，本工程取1.5，即J=0.43。
　　根據(jù)表4顯于結果可知，大壩各分區(qū)的滲透比降和出逸點比降均滿足壩體各分區(qū)材料的允許比降。
　　圖2大壩正常蓄水位流網(wǎng)圖
　　
　　
　　圖3大壩設計洪水位流網(wǎng)圖
　　
　　
　　
　　圖4大壩校核洪水位流網(wǎng)圖
　　
　　
　　
　　圖5大壩水位驟降期（321.20m～319.00m）流網(wǎng)圖
　　
　　
　　5.結論
　　本文結合小型水庫除險加固工作,對新豐水庫大壩不同庫水位情況下滲漏及穩(wěn)定等問題進行了計算和分析,計算結果為解決水庫大壩滲漏和穩(wěn)定等問題提供了科學依據(jù).提出的新豐水庫大壩工程除險加固處理防滲處理措施的效果可行.
　　參考文獻:
　　1張曉元,李長城.湖北省青山水庫大壩滲流及穩(wěn)定計算J.大壩與安全,2006(5):43-45.
　　2張曉元,李長城,王躍生.仙嶺水庫大壩滲流及穩(wěn)定分析J.湖南水利水電,2006(6):61-63.
　　3郭雪莽,李國會,于國輝.平原水庫防滲墻的應力分析J.浙江水利水電專科學校學報,2005(4):10-14..
　　4梁國錢,鄭敏生,孫伯永,徐家海.土石壩滲流觀測資料分析模型及方法J.水利學報,2003(2):83-87.