1、1水库均质土坝除险加固防渗设计摘要：均质土坝是水库建设的重要组成部分，其防渗加固设计工作的质量直接影响到水库功能的发挥。为此，本文结合工程实例，在阐述坝型比较及选择的基础上，重点围绕大坝抗滑稳定计算、渗流计算和基础渗透稳定计算等方面探讨了均质土坝防渗设计工作，以确保水库土坝的安全稳定运行。 关键词：水库；均质土坝；防渗设计；渗流计算 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 随着我国社会经济建设的快速发展，城乡技术设施建设步伐加快，水库作为水利工程基础设施建设的重要组成部分，担负着城乡防洪、灌溉、发电和供水等重任，对存进城乡的经济发展、改善生态环境和提高人民生活水平等方面具有重要的作用
2、。目前我国部分水库大坝为均质土坝，由于受到地质条件、人为活动和环境破坏等因素的影响，加上大坝的使用年限比较久，许多均质土坝容易出现裂缝和渗漏等质量通病，若不及时进行有效的处理，则会影响到水库运作的安全，严重情况下很可能出现人员的伤亡和财产的损失。因此，必须重视均质土坝的防渗加固工作，以确保水库的质量安全。 1 概述 某水库水库土坝工程按 50 年一遇洪水设计，1000 年一遇洪水校核。比选方案砼重力坝、溢流坝为 3 级建筑物，设计洪水标准为 50 年一遇，2校核洪水标准为 500 年一遇。 2 坝型比较与选择 本枢纽工程所处位置的地形、地质、水文等有以下特点：坝址较为开阔，覆盖层较薄，地形地质
3、条件适合建土坝和重力坝，因此本阶段坝型比选选择了均质土坝、粘土心墙坝、混凝土重力坝三种坝型进行比选。1)均质土坝方案 枢纽工程由粘土均质坝、岸边溢洪道、取水建筑物等组成。 由于左岸地质条件较好，适合布置岸边溢洪道。岸边溢洪道由引渠段、闸室段、泄槽段，挑坎段组成。堰型为实用堰，堰顶高程为286.00m，共 3 孔，每孔净宽 9m。 2)砼重力坝方案 枢纽工程由砼重力坝段、溢流坝段、取水坝段等组成。 砼重力坝坝顶高程为 294.50m，防浪墙顶高程为 295.70m，坝顶长751m，其中溢流坝段长 36m，溢流堰堰型为“WES” ，堰顶高程为 286.0m,共 3 孔，每孔净宽 9m。挡水坝段上游
4、坝坡为 1:0.1，下游坝坡 1：0.7；溢流坝段上游为 1:0.1，下游坝坡 1：1。坝基防渗处理采用帷幕灌浆。 3)粘土心墙坝 粘土心墙坝与均质坝总体布置一致，粘土心墙墙顶高程 292.50m，顶宽 3m,上下游坡比均为 1：0.2。 地质条件和建筑物布置比较 坝址区内未发现不利于坝基及坝肩稳定的断裂构造带，两坝肩节理3裂隙中等发育。 因此，从以上地质情况及建筑物布置三种坝型均可行。 建筑材料比较 本次设计所需天然建筑材料有混凝土坝方案用料及土坝方案用料。根据设计对天然建筑材料的种类及数量要求，本次对 A1、A2 粘土料场、B1 砂砾料场、C1、C2 坝壳料场、D1、D2 石料场进行了初查
5、。总储量满足设计需用量要求。 因此，从建筑材料角度来看，三种坝型均可行。 主要工程量及投资比较 由以上分析可见，三种坝型在本工程中技术上均可行，重点是比较经济上的合理性。三种坝型比较主要工程量及静态投资见表 1。 表 1 坝型比选投资比较表位/万元 土均质坝和心墙坝投资相差不大，但从施工角度看，粘土均质坝质量和工期容易得到保证，故推荐粘土均质坝。 3 土坝结构布置 水库工程挡水建筑物为均质土坝，土坝位于桩号坝 0+000坝0+725.50m，坝顶长 725.50m。坝顶高程经过计算为 294.60m，防浪墙顶高程为 295.80m。坝顶宽 6.0m，最大坝高 21m，上游边坝为 1：3.0，下
6、游坡在高程 282.60m 处设有宽 2.0m 的马道，马道以上坡度为 1：2.75，马道以下坡度为 1：3.0。上游坡采用 0.3m 厚干砌石护坡，其下设 0.2m碎石垫层，垫层下铺设无纺布(400g/m2)，无纺布下设 1.0m 厚砂砾料防4冻层。下游坡采用 0.3m 厚碎石护坡。坝基防渗处理采用帷幕灌浆，灌浆深度按 5lu 控制。为防止坝肩绕渗，沿坝左岸向外水平延伸 50.0m，沿坝右岸向外水平延伸 30.0m 进行帷幕灌浆，与坝基帷幕相接。上坝道路布置在河道右侧，并在左、右坝头各布置一回车场。 4 土坝计算分析 4.1 大坝抗滑稳定分析 a)稳定分析依据 根据碾压式土石坝设计规范(SL
7、274-2001)规定，土坝稳定计算采用毕肖普法。坝坡抗滑稳定安全系数，相应 3 级建筑物规定，正常运用情况 K 允=1.30，非常运用情况 K 允=1.20。 水库区地震基本烈度为度，可不进行抗震稳定计算。 b)计算情况 计算情况如下： 1)正常运行情况： a、上游坝坡：水位在最不利水位(1/3 坝高水位)时，形成稳定渗流。b、下游坝坡：在正常蓄水位(292.0m)下稳定渗流期。 2)非常运行情况： c、上游坝坡：上游水位从正常蓄水位(292.00m)骤降到溢洪道堰顶(286.00m)情况。 c)稳定分析计算 稳定分析计算采用中国水利水电科学研究院 1994 年 12 月编制的5土坝边坡稳定
8、分析程序(STAB-95)进行微机计算。 取土坝桩号 0+500 断面作为计算断面。 经计算，土坝(0+500)断面上、下游坝坡各种运用条件下的抗滑稳定计算结果列于表 2。 表 2 土坝坝坡抗滑稳定计算成果表(0+500 断面) 4.2 大坝渗流计算 1)渗流计算水位组合情况如下： a)上游正常蓄水位 292.00m； b)上游设计水位 292.00m 与下游水位 275.15m； c)上游校核洪水位 292.50m 与下游水位 275.51m。 2)计算公式 式中：q1、q2 为单宽渗流量，m3/m/s；k 为坝体渗流系数，cm/s；H1、H2 为上下游水头，m；a0 为下游溢出点高度，m；
9、m2 为下游坡比。 3)计算结果 渗流量计算结果见表 3。 表 3 渗流量计算结果 4.3 大坝基础渗透稳定计算 6计算公式如下： J=H/L 式中：J 为渗透比降；H 为水头差，(m)；L 为渗径长度(m)。 经过计算，土坝基础渗透比降为 0.10，小于级配不良砂的允许渗透比降 0.12。 5 结论 水库均质土坝防渗加固设计是一项系统性的工作，也是确保水库运作安全的重要保障。因此，设计人员应结合水库周围的地质条件和水文条件，选择适合水库的坝型，做好土坝的防渗加固设计工作，并在不断实践中总结设计经验，以提高水库坝体的质量。通过以上分析论证，本工程的防渗设计是经济合理的，其设计经验值得参考。 参考文献 1 颜维明.均质土坝防渗加固技术的探讨J.内蒙古水利,2012 年第 01 期 2 倪银虎;李涛;高大水.龙须湖水库均质土坝防渗加固设计J.人民长江,2012 年第 17 期
