分析坝前泥沙淤积对大坝基础渗流影响

蒋国星

【摘 要】近些年来，水利工程事业在我国的基础设施建设中所占据的比例越来越大，其在人类日常生活和社会生产中所发挥的作用日益突出，这也促使了人们对水利工程施工建设技术研究的不断深入。坝前泥沙淤积问题作为影响水利工程整体性的主要原因之一，也是提高坝体抗渗性能的重要途径，为此做好其有关控制和研究至关重要。本文首先阐述了坝前泥沙淤积问题的影响，结合实际工程案例提出了有关控制策略，以供同行工作参考。

【关键词】水利工程；大坝；泥沙堆积；渗流问题

就多年的工作实践进行分析，一个水库在运行的过程中，如果坝体基础前方产生淤泥堆积问题，不仅会造成整个水库库容受到严重的影响，同时坝体结构的防渗性能也饱受考验。就淤泥问题出现分析，其自从淤泥堆积以来随着时间的推移使得整个水库的水位不断提高，水库库容严重缩小、水位不断升高，并且还给水库坝体整体性和水平抗荷载提出了考验。但是它并不是一无是处的，它在提高坝体防渗性能上发挥着重要意义，同时有效的保障了坝体结构的整体性。为此，在水路工程施工建设中我们有必要对坝前泥沙淤积问题进行研究，以保证水利工程功能的正常发挥。

1.水利工程坝前泥沙淤积问题分析

在当今的水利工程施工建设中，在那些泥沙较多的河流上的水库，经常会在坝体结构前方产生严重的泥沙堆积问题，这些泥沙不断冲击着坝体机构，慢慢沉降，从而在坝体结构上形成了一层天然的防渗层，虽然在坝体水平荷载上造成了严重的威胁，但是却有效的提高了坝体的防渗结构。尤其是对于一些中小型的水利工程而言，其在施工建设的过程中要想达到预计防渗要求可谓是难之又难，而采用这种方法来提高坝体防渗技术可谓是有着先天性优势，不仅减少了工程的施工量，同时也有效的保障了工程的整体性、抗渗性和耐久性。

就我国的水利工程施工实践进行分析，绝大多数的水利工程项目在坝前出现淤泥堆积之后其下方出现的渗流量极大的减小，随着时间的推移这种问题最终消失不见。虽然在这个时候其水库坝体结构的水平荷载受到严重的考验，同时其水库容量大幅度缩小，所谓瑕不掩瑜由此所造成的工程优势却不容我们忽视。

2.某水利工程坝前泥沙淤积对大把基础渗流影响进行分析

在某水利工程项目中，大坝的坝体结构是以堆石坝为主构成的，整个大坝结构高度为160米，其处于泥沙较多的河流上游，根据有关数据统计，其坝前泥沙淤积厚度早已经超过了120米。为此，在工程施工建设的过程中，为了有效的利用坝前泥沙所形成的天然防渗铺盖，在进行机构设计的过程中对于坝体结构的整体性、抵抗水平荷载能力以及结构的安全性都给予了高度重视，也进行了严格的控制；同时对于水利工程的库容量也增加了很多。在该水利工程项目中，水库在蓄水之后，其泥沙中的粒径大约都是0.05mm.属于细粉砂，这些沙砾的存在可谓是一个良好的天然防渗层，给工程的整体性提供了扎实的基础。就该水利工程运行的几年时间里进行分析，在上世纪末期，该水利工程的蓄水水位高达275米，而经过5年时间的运行之后，我们测量发现，该水利工程的水位高度仅仅为255米，由此可见泥沙堆积所引发的水利工程库容影响。

2.1水库蓄水初期

2.1.1坝前泥沙淤积

某水库蓄水前，坝前库底高程约为132m，水库蓄水后，随着泥沙的淤积，坝前淤积泥沙顶面逐年抬高， 2000年9月25日、2001年12月22日和2002年12月18日坝前1.32km处分别达到160.30、174. 90m和180.50m。2003年7月11日坝前60m处达到178.8m，泥沙淤积厚度约为47m，淤积面基本为水平面。

2.1.2坝前淤积铺盖防渗效果

某水库自下闸蓄水到2003年7月，水库最高水位为240.87m。埋设在大坝帷幕前河床覆盖层中的基础渗压计P81的观测水位反映了经淤积铺盖消减后的坝前基础水位，库水位与P81测值之差反映了淤积铺盖的防渗效果。水位差过程线见图1。

图1 库水位及库水位与P81水位差过程线

从图1可以看出，从1999年10月水库开始蓄水到2001年8月，库水位与P81水位差总体上随库水位上升而增加、随库水位下降而减小， 2000年11月8日，上游三门峡水库进行拉沙运用，某坝前淤积明显，导致库水位与P81水位差突增16.4m，坝前其他渗压计读数也普遍下降，表明蓄水初期坝前泥沙淤积对大坝基础防渗效果显著。随着坝前泥沙淤积厚度增加速度的放缓或停滞，这种变化在2002年9月～2003年7月库水位在230m以下时已变得不明显。

2.2高水位时期

2003年后，汛期受“华西秋雨”影响，某水库水位快速上升，10月15 日达到265.48m，超出前期最高水位（ 240.87m）24.61m，距水库设计最高水位275m不足10m。2004 ～2006年，水库最高水位分别为261. 99、263.41m和256.32m，水库进入高水位运行期。

2.2.1坝前泥沙淤积

2006年11月26日，某坝前泥沙淤积面高程为182.5m，比2003年7月11日升高了3.7m，泥沙淤积厚度约为51m，坝前淤积面仍然为水平面，泥沙粒径也基本未变。

2.2.2坝前淤积铺盖防渗效果

坝前泥沙淤积铺盖防渗效果可以用水头削减比率来表示。水头削减比率是指淤积铺盖所削减的水头（库水位与铺盖下P81测值之差） 与大坝上下游水位差之比（用百分数来表示） 。

2003年7月以后，库水位及淤积铺盖的水头削减比率过程线见图2。

图2 库水位及淤积铺盖的水头削减比率过程线

从图2可以看出，经过2003年汛后首次高水位运行以后，某水库坝前淤积铺盖水头削减比率与库水位的变化呈反比关系，随库水位升高而减小、随库水位降低而增加；随着高水位运行时间的延长，淤积铺盖的水头削减比率变化幅度也逐步减小， 2006年以来一直稳定在50%～75% ，也就是说，从坝基防渗来讲，淤积铺盖削减了大坝工作水头的一半以上，说明坝前淤积铺盖的防渗效果较好。

2.3初步分析意见

某大坝防渗系统的设计原则为“以垂直防渗为主、水平防渗为辅”。水库最初3年蓄水位相对较低的情况下，随着坝前泥沙的快速淤积，库区水平淤积铺盖初步形成并逐渐固结，这对于防止水库从库底垂直向下渗流的效果非常明显；随着坝前三角区淤积的完成，淤积面上升速度逐渐变缓甚至停滞，在经过3个蓄水期高水位运行以后，淤积铺盖对坝基的防渗效果随库水位升高而减小、库水位降低而增加，随高水位运行时间的延长，淤积铺盖的防渗效果逐渐稳定，淤积铺盖削减了大坝工作水头的一半以上。

3.结束语

总之，经过工作研究表现出该水库在蓄水的初期就发生快速的淤泥堆积，坝前的垂直防渗漏效果十分明显；在坝前的三角区域淤泥堆积完毕后。淤积铺盖的对大坝的总体防渗漏效果伴随着水库的体位提高而减小、库区水位的降低而增加，并随着水坝长时间高水位运行，泥沙的淤泥负担了大坝工作的百分之五十以上，这个过程中十分有效的利用了水库坝前淤积的泥沙，从而形成一个天然的防渗层来加强大坝的防渗工作。

【参考文献】

[1]曾庆华.蓄清排浑的水库运用方式不能解决三峡库尾的泥沙淤积问题[J].大自然探索，1986（04.

[2]黄新凯，张清芬.水坝之争[J].大自然，2006（04）.