土坝除险加固防渗方案必选研究

刘丽君

浙江迈泽水利水电勘测设计有限公司浙江省杭州市淳安县311700

摘要：此文章是作者针对土坝防渗的深入探究方案，是根据土坝除险强化禁止渗入作为研究目标，该文章先讨论除险加固的讨论的方法，继而把防渗方案相对比，在此根基上，得到了大坝渗流的结果以及大坝坡体的抗滑稳定的最终结论，并做了深刻的阐明，全文是讲述了该理论在工作实践根源上的更好的进行了完善，肯定了原本从事该工作的原本的能力。

关键词：土坝；除险强化；防渗规划；坝坡稳定

根据某部分土石坝的运用的次数的增加，根据长期以来管理不善的工作，技术力量不够，导致发生了关于大部分的水库堤坝的许多相关问题，比如渗漏量相当大、渗透损害严重等。土石坝的险峻强化的重点是关于土石坝防渗的问题上，出现土石坝的质量问题的原因是因为渗漏、滑坡以及裂缝等问题。关于土坝的渗入、滑坡以及裂缝问题中，滑坡以及裂缝等问题的产生也和渗漏有联系。因此，在加固除险的过程中，防渗是特别重要的问题。然而在国内外大部分使用的都是土石坝的防渗强化的技术，重要包括粘土防渗斜坡、非低压喷射技术、粘土劈裂技术、射水导致常态混凝土的防渗问题和土工膜防渗等其他问题。土石坝的防渗的方式除了要满足该项目的地质要求、施工要求、坝体构造条件以及土料的性质等要求以外，还被要求符合下列渗流条件：（1）渗流量应在允许渗流量左右；（2）墙壁下游坡的突起坡应在允许坡降左右。由于各种防渗的方法的持久性、真实性、经济合理性的区别，事实是小型的土坝加固的工程常选用冲抓粘土墙以及粘土防渗墙来进行方案对比。所以本文主要把土坝除险强化中的套井粘土墙以及防渗斜墙防护措施的与稳定计算来进行深究，把防渗墙位置与厚度变化对大坝渗流的稳定的影响规律当作重点，可以给工程设计带来了参考的根据。

1、探究的目的

关于土石坝的类型很多，比如是均质坝、非厚心墙坝、非厚斜墙坝、非薄心墙坝、非薄斜墙坝、陡心墙坝等。然而坝体防渗的结构类型――土斜墙与土心墙的厚度的选择是根据以下几种因素来确定的：（1）填筑土料的渗透指标；（2）坝坡的稳定标准；（3）心墙的边坡；（4）施工标准等。目前，土石坝除险强化防渗计划的选择大部分是凭经验，以及只进行非困难的经济技术对比。不好的方案可能会导致资金的浪费，可能还会挫伤了除险强化的积极性。所以有必要从理论筹划方面了解到了防渗的形式以及位置对大坝除险强化工程渗流的稳定性的作用。本文把工程实际当作背景，研究出多种类型的心墙厚度、心墙的位置（是垂直心墙以及上游的斜墙）的水坝的渗流稳定性规律，算出不同防渗体方面下的坝体的渗流量、坝坡稳定指数、心墙下游面突出的高度、坝体下游突出的高度，用来选择更好的强化防渗计划，充分利用工程效益，节约了加固投资。

2、研究的方式

为了认识的更全面，根据工程实际选择来选取江西鄱阳县地区的部分的加固土石坝，制定原均质土坝安排为最大坝在12.8m左右，某上游坝坡的高度在8m高程左右甚至比例在1∶2.50左右，低于1∶3.00；下游坡平整的数据是1∶2.75，还增加设贴坡排水的拥有防渗的非均物质的土坝，该大坝是4级建筑物，此水库校核标准的洪水水位在11.33m左右。

2.1计算施工情况、计算方法和计算标准参数的确定

在分析大坝的土料特性时采用的指标时实测材料指标（如下表1）。在稳定渗流期时下游坡稳定计算运用最为有效的办法，土层参数采用c′、φ′指标。在库水位降落时算出上游坡稳定的总应力法，其中包括了总应力法土层指标使用c、φ指标。在篇幅有限的情况下，我们会给出特别不利的情况：渗流计算应该考虑到水库运行时上游作为校核，而洪水位和下游对应的则是最低水位的组合状况；在坝坡抗滑稳固时计算出稳定渗流期的上游为标准洪水位形成的上下游之间的稳定程度，不是稳定渗流期的组合――是针对库水位下降的施工情况以及上升施工情况上游坝坡稳定性分析结果。

2.2防渗方案比较

按照工程特点以及我国目前的土石坝防渗强化的处理方法和施工工艺，此次是按照初步设计来对以下方案来进行比较。从方案一到方案四使用的是冲抓套粘土心墙的规划。

方案一主要是：在坝轴线附近设置一排钻孔，根据冲抓锥取土来造井，把套井内分层回填粘土（层厚25～30cm），把钻机的动力以及卷扬设备发动来夯实这个钻机，从而形成不断的粘土防渗墙。该顶的高程为11.83m（比校核洪水位高0.50m），墙的底部到基岩面，墙体最好的厚度0.80m，最大墙的高度为14.20m。

方案二主要是在方案一的根本之上设置成两排钻孔，而墙体的有效厚度在1.576m，其他不变。

方案三主要是把方案一的防渗心墙附近的坝轴线平移3m左右，而墙体的有效厚度则是0.80m，其他的不改变；方案四主要是把方案二的防渗心墙附近的坝轴线上游会平移3m左右，而墙体最好的厚度是在1.576m，其他的不改变。

方案五则是粘土斜墙方案：在大坝上游的面消除那些表层杂草以及护坡体，添加些粘土斜墙渗入，底部甚至是基岩面设置的坝基粘土的截水槽。斜墙高度达到11.83m（比校核洪水位高0.50m），顶宽度为3.0m，底部是厚度为3.50m。

3、算出结果并分析

3.1大坝的渗流结果计算

关于大坝稳定渗流（校核施工情况）使用了关于SEEP/W以及理正岩土渗流的软件并对其分别进行了筹划。

使用的防渗墙比较厚，大坝的总渗流量就比较小，其截取的断面处的渗流量也就越小，突出点的位置水头如果越低，防渗效果就会更好。渗墙越靠近上游，大坝总渗流量越小，所取断面处渗流量也越小，出逸点位置水头亦越低，防渗效果越好。为了降低总的渗流量以及出逸点位置，可能会增加防渗墙的厚度来得到的效果会比向上游平移的效果会更好。在总渗流量和出逸点位置的这两方面来看，5种方案优先使用的次序是：方案一、方案二、方案三、方案四、方案五。

3.2关于坝坡抗滑的稳定计算

在计算坝坡抗滑的稳定特性时，对上游坝坡的稳定性分析计算时。库水位降低时会考虑到最不利施工状况，是指当水库大坝发生险情，溢洪道以及灌溉涵管同时会具有负荷泄洪，在校核洪水位降为水库死水位时。水库水位在上升时会根据最不利工况，就是水位在死水位上升到校核洪水位。算出最后的结果。显示了上下游坝坡的标准洪水位的形成时在稳定渗流时的不大的安全指标。虽然在正边坡的稳定分析中显示的时上游最小安全数值等其他方案的变化不明显，但是针对下游最小的安全系数和SLOPE/W得出结论时上游最小安全指标仍旧时明显地得出了防渗墙越厚、而防渗墙会越靠近上游的坝坡越会安全的规律。

根据大坝在库时水位降低以及上升时候的各方案的上游坝坡稳定性得出的计算结果。

可以得出以下的规律：

（1）伴随着水位的降低，上游边坡安全的指数会逐渐下降直到探底，紧接着会出现一些小幅度的增加。出现该探底的原因主要是此水库的实际10d就能够完成从标准水位（11.33m）降低到死水位（1.3m），在这个期间水库的水位即使下降可是坝体内的孔隙的水压力未消散，自由面在变化初期时坝体内的水随着上游的产生进而发现出“倒流”现象，导致坝坡稳定性降低的很快。而上游的水位下降到比较明确的水位，坝内的水压力渐渐退散时，坝坡逐步成为干坡，这时候各个方案的坝坡稳定性就比较接近了。

上游水位增加的时候，上游边坡安全标准是渐渐增加的。这是因为当水位增加的时候，上游的坝坡保存着坡外水体压力的影响，这会有利于安全。

（3）不管时水位增加或者水位降低，上游坝坡的稳定性都会表现出的防渗墙就会比较厚、防渗墙越是靠近在上游坝坡就会更比较安全的规律。

小结

根据结合工程实际，采取有限单元法的不一样的位置以及不一样的厚度，就会实行渗流计算，就会总结出防渗墙防渗规划。就会使得防渗墙的位置越是靠近上游的坝基，防渗的效果就会越好；防渗墙的设置标准越厚，防渗的效果就会更好。所以作者认为它是非常重要的。主要是针对具体的项目来说，由于工程的地质条件比较困难，主要是针对施工条件的约束，再算上经济方面的研究，不会是全部都使用防渗墙的上游以及防渗墙比较厚的规划，但是在尽可能地满足地质、施工情况以及经济的条件下，将防渗墙尽可能的设立在坝基上游的地方以及尽可能的选取比较厚的防渗墙进行防渗。在最初建造设计时设置的土坝，而在防渗墙设置的地方以及厚度不会仅仅就局限在文中原本就有的选择方案，所以在满足坝坡的稳固性标准以及渗流量的控制，对于安全数值能够咯很好的均衡以及比较小的坝体的体积来说，还能够尝试着将垂直心墙的坡度和倾斜度进行改变，在进行深入研究来比较选择出更加优良的设计规划。

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