黏土心墙坝射水造砼防渗墙加固效果分析

谢涛　曾秀娟

【摘要】以实际工程为例，通过渗流计算和上下游坝坡稳定计算分析了黏土心墙坝经射水造砼防渗墙加固后的防渗效果，结果表明：大坝加固后，坝体浸润线大幅降低，防渗墙前后总水头削减了40%，渗流量减少了10%，下游坝坡的抗滑稳定性得到大幅提高，并且解决了坝基渗漏问题；可为类似工程提供了借鉴和参考。

【关键词】黏土心墙坝；防渗加固；射水造砼防渗墙；渗流；抗滑稳定

1、 工程概况

毛村水库位于上饶市广丰区西北部，水库总库容180.9×104m3，是一座小（一）型水利工程。水库大坝为黏土心墙坝（4级），最大坝高30.3m，顶宽3m，底宽9m，大坝下游高程119.8m以下为贴坡排水体。

2 、大坝存在的问题

毛村水库大坝兴建于1958年，主要是依靠大规模的人工挑土完成，无机械碾压，坝体填筑质量较差，下游坝坡有大面积的散浸现象，坝脚有多处集中漏水点。勘察结果表明：大坝心墙填筑土料主要分为两层，上层黏土质砾，土体松散，渗透系数较大，黏粒含量不满足规范要求；下层含砂低液限黏土渗透系数也大于规范值，心墙防渗作用不明显；坝基含砂低液限黏土层存在渗漏问题。上述问题严重影响到大坝的安全运行。

3 、防渗效果分析

经综合分析比较，毛村水库大坝采用射水造砼防渗墙方案进行加固，并在下游坝脚处新建排水棱体。砼防渗墙顶略高于校核洪水位，底部伸入基岩，砼防渗墙的有效厚度为0.4m。

3.1 计算方法及工况

采用二维稳定—非稳定渗流理论的有限元法计算渗流，坝坡稳定采用简化毕肖普法进行计算。

稳定渗流及下游坝坡稳定计算工况：①正常蓄水位；②设计洪水位；③校核洪水位。

非稳定渗流上游坝坡稳定计算工况：④正常蓄水位降至死水位；⑤设计洪水位降至死水位；⑥校核洪水位降至死水位。

3.2 渗流计算结果及分析

从图1可以看出，加固前浸润线穿过大坝时呈均匀下降趋势，降幅较小，在心墙前后没有显著跌落。其产生的原因主要是：心墙土层渗透系数与坝壳土相当，防渗性能不明显，浸润线呈现均质坝的走势。从表1计算结果来看，大坝加固前各工况下浸润线逸出点远高于贴坡排水体顶高程，浸润线直接从下游坝坡面出逸，易发生渗透破坏；坝基土最大渗透坡降为0.44～0.51，接近或大于其允许值0.45，与坝壳土接触带易发生渗透破坏，这与大坝下游坝坡大面积的散浸、渗漏现象相吻合。

大坝加固后，渗流形态符合土石坝防渗墙渗流规律，浸润线在砼防渗墙前后急剧跌落，水头削减达到了40%以上；心墻下游坝体浸润线大大降低，逸出点位于排水棱体处，排水棱体起到了很好的排水效果，阻止了下游坝坡发生渗透破坏；砼防渗墙水平渗透坡降远小于其允值80，坝基土渗透坡降降低到0.37～0.40，小于其允许值0.45，坝基土与坝壳土接触带不再发生渗透破坏，坝基渗漏问题得到改善。此外，大坝加固后，渗流量也减少了10%左右。

3.3 坝坡抗滑稳定计算结果及分析

表2计算成果表明，加固前大坝下游坝坡抗滑稳定均不满足规范要求，加固后下游坝坡的抗滑稳定安全系数显著提高，达到了规范要求值。这是因为，大坝加固后，下游浸润线大幅降低，减小了土体孔隙水压力，增大了土体间的抗剪强度，坝坡整体稳定性得到增强。

非稳定渗流期时，上游坝坡的抗滑稳定安全系数能满足规范要求；加固后，抗滑稳定安全系数得到进一步提高，幅度约为9%。这是因为，上游坝坡在非稳定渗流期随着库水位降落，抗滑稳定安全系数逐渐减小，直至坝体内水含量减小到一定值[2-3]，而防渗墙加固后，坝体下游渗透系数减小，坝体内水的渗流速度减缓，上游坝体安全系数达到最小值的历时变长，在同一时刻下表现出比加固前更高的安全系数。

4、 结语

毛村水库大坝经射水造砼防渗墙加固后，在渗流及稳定方面均有很大改善：

（1）大坝加固后，防渗墙前后水头削减明显，下游坝体浸润线大幅降低，浸润线直接从排水棱体出逸，大坝渗流量减少了10%，坝基土渗透坡降降低到了其允许值以下，下游坝坡不再产生渗透变形，坝基不再发生渗漏现象。

（2）大坝加固后，稳定渗流期下游坝坡抗滑稳定安全系数得到了大幅提高，防止了下游坝坡发生失稳破坏，在一定条件下还增强了非稳定渗流期上游坝坡的稳定。

毛村水库除险加固工程竣工并投入运行以来，防渗效果良好，取得了较好的工程效益，可为其他相似工程提供借鉴和参考。

参考文献：

[1] SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].

[2] 张建博，杜应吉.防渗体形式对土坝除险加固工程渗流稳定的影响[J].武汉大学学报（工学版），2014，47 （1）：50-53.

[3] 岳庆河，刘福胜.非稳定渗流作用下土石坝边坡稳定分析[J].中国农村水利水电，2008 （11）：66-68.