2023年nghuang_峡谷型水库坝体渗流原因及防渗方案比选.doc

峡谷型水库坝体渗流原因及防渗方案比选 ：我国水库存在众多不稳定因素，分析出坝体的渗流原因并进行针对性解决的重要性变的越来越突出。本文以泾河中山峡谷水库为研究对象，对该水库的根本地质和工程情况通过注水、压水渗透等一些试验说明该坝体的填筑不够均匀，坝体质量比较差，坝基和坝体的防渗性能不好。并且针对性的列出了四种坝体加固的常用方案，结合该水库坝体周围的地址具体条件对方案进行了比照，最终采用了固结灌浆的方案，以确保大坝的平安稳定运行，对于其他类似的工程具有非常重要的借鉴意义。 关键词：坝体渗流；防渗性能；固结灌浆；稳定性评价； Cause analysis and seepage control scheme selection of gorge reservoir body Abstract: There are many unstable factors in China's 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 study, 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 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 important reference. Key words: Seepage flow in dam body; impermeability; consolidation grouting; stability evaluation; 0 引言 近年来，水库坝体稳定性缺乏、坝体渗漏、泄洪能力不达标等[1]这一系列问题如果不及时的进行有效处理，有可能酝酿成溃坝等重大事故[2]。本文以泾河中山峡谷水库为研究对象，对该水库的根本地质和工程情况通过注水、压水渗透等一些试验进行研究，说明该坝体的填筑不够均匀，坝体质量比较差，坝基和坝体的防渗性能不好。并且针对性的列出了四种坝体加固的常用方案，结合该水库坝体周围的地址具体条件对方案进行了比照，最终采用了固结灌浆的方案，以确保坝体可以稳定加固。 1 工程区地址构造及条件 水库区域地质复杂，包括了褶皱、断层、不良物理地质等现象，稳定性较差。水库区为温带大陆性气候，降雨量486mm，且不均匀，集中在7月到9月，占据了全年流量的61%～66%，并且大多以洪水和暴雨为主。而地下水孔隙水和基层岩的裂隙水为主。根据当地气象站1970-2023年记录资料统计如图1所示，每年平均气温9℃；最高气温36℃；最低气温-24℃；年降水量485mm；年蒸发量1440mm。 图1 年蒸发量及分配比 多年的平均降雨量485mm，以近三年的统计作为依据，如图2所示。 图 2 年平均降雨量 2 水库坝体渗流分析 2.1 坝体渗流现状 水库透水主要有两种：（1）地层的砂卵石和颗粒石分布都不匀，这样就会造成渗透的系数增大，导致了细颗粒向下面的粗空隙移动，上游渗透系数变的更大，水流的损失反而减小，下游的部位就承受了更大的水头压力，因此而流土发生造成破坏。（2）下游分布着黏土薄层，流网位势高，因而将细沙层和粘性土顶穿发生渗流。两种接触面接触时，产生了接触性流土。 2.2 坝体渗流原因分析 目前坝体渗流的分析评估一般采用的方法是渗流有限元法[3]，选择代表性的断面计算求解： 其中：t为坝后水深；H1为上游的水深；m为放坡系数；K为渗透系数；q1和q2分别为下游、坝体渗流量。 坝体浸濡线的方程为： 绘制流网图，计算出渗透的坡降： 式中：L为渗流的途径长度；△H为上下游的水头差；J为渗透坡降； 经实地勘察说明，坝后与坝体下游的泄洪洞出口的渗漏，通过分析后有三个最主要的原因： （1）存在着厚度大约7m左右的松散堆积物分布在坝体表层，下伏基岩分别为砂质泥岩和千峰群砂岩，不容易发生风化，岩体的～强风化厚度为6～16m，由于断层影响，导致结构面不够完整，所以渗透性特强。 （2）坝体的坡度特陡，到达41º～46º，机器在施工的时候难以实施，因此深人坝体的帷幕灌浆长度太短，只有21m，并且原来的坝轴线在0+172～0+124m段没有进行灌浆的操作。 （3）原来在0+174～0+219m段处的坝轴线灌浆较差，没有实质性的堵塞产生渗流的通道，而在1515m以上的高程是中等的透水层，1505～1515是较弱的透水层。 3坝体加固的方案比选 3.1 坝体加固方案备选 现在坝体加固的主要方案目前有以下几种常用方案： （1）固结灌浆 固结灌浆主要是用来提高坝体地基的整体性，同时提高了岩石的整体力学指标[4]。帷幕灌浆是一种常用防渗手段，可以降低地层的透水性。帷幕灌浆是采用特种固化水泥灌浆并且布置三排的浆孔，相对来说固结灌浆为大面积布孔，孔不深，压力较小。帷幕灌浆在检查指标方面主要的方面是透水率，而固结灌浆主要方面是声波，以变形模量和压水为辅助。 （2）高压喷射灌浆 可用于砂砾石基和土基，也适用于坝体加固，一般具有混合喷、旋喷和摆喷等几种工艺。根据浆液的高压存在而形成喷射的高速流束，从而达成大幅度提高坝体的防渗能力[5]。 （3）土工膜防渗处理结合黏土斜墙填筑措施 在国内外，用到的防渗薄膜主要是高分子化学聚乙烯和聚氯乙烯，主要优势有以下几个： （a）轻巧，使用简单，便于施工； （b）土工布由于自身性质的存在，可以较大程度的提高土体的抗变形和抗拉扯能力，从而改善土体结构以增强坝体的稳定性。 （c）具备高透水性，在土水的重大压力下可以继续保持透水性，有效阻截沙土的同时保持回流，承担起了渗透膜的用处。 （d）可以将聚集在一处的强力有效的分散并传递到别处，防止土体被破坏。 （4）回填防渗墙并进行帷幕灌浆 在坝体的松散地基处造孔，并灌注水泥、黏土，构筑成防渗透建筑。也称为地下连续墙，整面墙是以一个槽段和多个连续墙段建成。而处在坝体顶部的墙体连接墙体两端和岸上或岸边的底板，从而彻底阻断了地下水，能够大幅度降低渗透量。可以起到尤为突出的防护坝体渗透的作用。 3.2 坝体加固方案选择 施工区滑坡体的下部，由于前部岩体的破裂，边坡比较陡峭，而且在前面的施工中，公路路基边坡和输水洞出口的边坡存在了太多不合理的开挖，滑塌越来越严重，逐渐形成了一个101～131m的严重滑塌体，状态特别松散，边坡的角度是23º，边坡的稳定系数φ取值24时Kc的值为1，处于比较平衡的状态，需对其采取治理的措施。结合水库坝体周围的地址具体条件，采用固结灌浆的方案。 坝体的右岸破碎程度比较严重，完整性不好，需要对16～31m的岩体进行彻底的处理，滑坡体的下部也要采取固结灌浆的操作，进而保证大坝在施工后平安有效的运行，挖除掉坝顶11m左右的心墙以及砂砾石，坝顶的高度也要下降1515m，以保证最大程度的降低内部坝体的浸润线。另外，在大坝上游坝坡的平台处，桩号0+131～0+231m内浇筑钢筋抗滑桩。再布置32跟直径的抗滑桩在平台坡脚，中心距离分别为，顶部要与地平线持平，底部深入，抗滑桩的深度大约在36～46m。 3.3 渗流方案选择 通过对该库区地质情况的实际勘察后，为了对坝体进行防渗处理，降低浸润线的高度，通过对各种加固方案的考虑，建议在0+170～0+250m桩号的坝段进行喷射高压防渗墙。孔距3m，墙厚，深度60～72m，不但能够有效缓解渗流问题，还能防止冲刷力破坏坝体，另外，固结灌浆技术使用了特种粘性土。同时在坝段0+009～0+090m处采取防护措施，也掺入较稳定的悬浊性特种黏土，其优于水泥和泥土浆液等。而特种浆液和普通浆液的比照优势如图3-图5所示，可以看出该特种黏土防渗固化浆液于其他满足条件的材料相比，长时间保持流动性、均匀分散性、触变性等，并且较低的含水率实现了加固技术的突破。 图3 特种黏土和普通水泥浆液的压强比 图4特种黏土流变曲线 图5特种黏土塑性强度Ps-l时程 泄洪洞和溢流堰设计 泄洪洞位于坝体左岸，由泄水渠和隧洞组成，进出口都建有控制室，灌浆的石护坡组成出口的边坡。表层为混凝土，上游为砾岩、砂岩，下游为最厚的三叠系砾岩，而砾石以石英岩和石灰岩为主，最大的粒径有26cm。隧洞的围岩以砂岩、粉砂岩、泥岩和紫红色、青灰色砾岩为主，同样呈现巨厚状，总体属于五类围岩。 泄洪洞水利通过隧洞的有压泄流能力计算： 式中：hp为断面水流平均势能；T0是隧洞底部的高度差和上游水头流速的和，一般T0=T；ω为隧洞的断面面积；μ为流量的系数。 泄洪洞和溢流堰的能力如图6所示。 图6泄洪洞和溢流堰的泄流量 而溢流堰的水力通过堰流的公式求得： 式中：θc为侧收缩系数；n为闸孔孔数；m为自由溢流的流量系数；H0为行进流速水头的堰前水头；b为每孔净宽； 其中坝底高程与洪峰流量关系见图 7，下坝址水位-库容曲线与坝址水位-库面曲线如图8、图9 所示。 图7坝底高程与洪峰流量关系曲线 图8水位和库容曲线 图9 水位和库面曲线 对泄洪洞出口和进口进行改建，重建岸塔式结构检修闸室，采用固结灌浆及内衬钢板进行加固，内衬钢板厚度，灌浆孔梅花形布置。在下游新坝轴线位置浇筑 3 孔溢洪堰，底宽 30m，总长 32 m，高 28 m，堰型为 WES堰。泄洪槽原衬砌彻底撤除，右侧山体进行喷锚支护，高程降低1m 进行扩挖。 坝体的根本处理 根据建筑边坡工程技术标准中的要求，在边坡上的砂砾石和松散的堆积物开挖范围是～，较高的边坡在开挖的时候遵循原那么，每挖15m就设置2m的马道。同时去除覆盖层，而其他的建筑物处置在比较弱的风化岩上。主要的建筑物由于坐落在根底岩体上，并且该位置体型较大，我们采用固结灌浆在泄洪洞的进出口、溢流段、泄槽填方处以提高根底岩体的完整性和承载能力，深度灌浆6m，每排的孔距。 由于坝肩渗漏和水位根底高的问题，采取了灌浆防渗的操作来处理坝后的坝肩和左坝肩的轴线，两个坝肩需进行平洞灌浆，而按照水头的来考虑洞长，各自按长度55m。平洞灌浆采取城门洞的类型，洞底部高1515m，洞的宽度为，浇筑厚的钢筋栓，灌浆深度在较弱的透水层以下3m左右，孔的深度为3～64m，以单排方式布置，孔的距离为3m。 4 结论 本文以泾河中山峡谷水库为对象，对该水库的根本地质和工程情况通过注水、压水渗透等试验，证明了该坝体的填筑不够均匀，坝体质量比较差，坝基和坝体的防渗性能不好。结合该水库坝