南沟水库大坝防渗漏洞和跌窝除险方案探析

石 宁

(辽宁省营口水文局， 辽宁 营口 115003)

南沟水库大坝防渗漏洞和跌窝除险方案探析

石 宁

(辽宁省营口水文局， 辽宁 营口 115003)

在水利工程建设过程中，堤防渗透破坏险情主要有堤坝的漏洞、跌窝等状况。特别是堤身及其堤基的接触，其堤身、堤基的接触物质比较广泛，堤基的险情出现在大堤的基础层面，由此对坝身的危害较大，为防止类似情况的发生，须加强对大坝进行巡视、检查,对发现的情况进行回填等处理,以确保水库大坝安全度汛。本文对此加以介绍。

防渗； 跌窝除险； 大坝； 南沟水库

1 概 述

南沟水库位于辽宁省沈阳市，属小Ⅱ型工程，坝长345m，坝顶高程为84.5m，总库容67万m3。原土坝为均质坝,库区风力八级(相当于风速19m/s),库长为1km，平均水域宽度300m，该区标准冻深1.20m。坝后地面高程78.1m。

2 南沟水库坝堤除险方案

坝堤位于关山与王家林子山之间，属沟底最洼地段。

2.1 原因分析

原土坝施工质量差，未经任何碾压，涵管周围可能也未作特殊防渗处理(如截水环)。一旦发生大洪水，渗透水流可能沿涵管形成集中渗漏通道，进而形成跌窝、滑坡、管涌等险情。大坝上下游坝坡约1∶1.5，较陡，且杂草丛生。坝右端建有溢洪道，与土坝坝端以导墙分开。

2.2 坝堤稳定性评价

南沟水库坝堤修建于1969年，坝堤处于关山及王加林子山之间谷地处，山谷地势较平坦，有利于坝体的稳定。坝基层位稳定，层面起伏不太大，而且土质较单一，有利于坝体稳定，坝基土中圆砾透水性好，若该层在上游有补给面，当库区水位由上升到下降时，圆砾中会产生流砂现象，因此会影响坝体稳定。但从勘探及踏勘情况来看，库区内上部大部分均为粘性土，流砂现象很少，所以坝体较稳定。

2.3 坝址渗漏评价

由于坝为土坝，坝体主要由粉质黏土组成，透水性差，所以坝体本身起到很好的防渗作用，渗流量较少。基土中圆砾透水性较好，但其上部为透水性较弱的粉质黏土所覆盖，所以坝基渗漏量较少。该坝区周围及底部为强风化花岗岩，裂缝发育，会导致库区水渗漏，存在绕坝渗流。

2.4 除险加固方案拟定

第一方案是对坝体及坝基采取全方位灌浆，设计要求主要为：在坝顶平面弧线全线布孔，左岸幕线向山体延伸大致10m左右。单排布孔的孔距约为1.5～2.5m，深入基岩8～10m。灌浆后基岩透水率可以控制在5Lu以内。

第二方案是采用喷灌相结合，即在上游面喷一层防水层，然后再对坝基作全面帷幕灌浆处理。

第三方案是针对漏水部位及坝体强度薄弱部位进行加固处理，以灌浆堵缝隙为主，结合表层嵌缝修补为辅。

以上3种方案虽然都能达到治理渗漏、除险加固的目的，但经过比较可知，第一方案虽然全面彻底，但是造价相对较高。第二方案在施工方面难度较大，特别是在上游面喷防渗面层方面，质量较难控制且需采取水库放空即降低水库水位等，其对水库收入损失影响较大，且达不到增加坝体整体强度的标准。第三方案采取有针对性补漏措施可以有效节约工程造价，提高坝体的整体强度。故采用第三方案对大坝进行加固处理，其具体加固方案为：钻灌前需要先打导孔进行灌浆试验，摸清渗漏的通道，以确定浆液配比和注浆压力参数，然后进行灌浆。

2.5 加固项目

大坝上下游坝坡约1∶1.5，较陡，且杂草丛生。坝顶高程由原来的85.9m加高至86.9m，坝顶宽扩宽至10m。上下游坝坡由1∶1.5变为1∶2.75。

在大坝加高放缓之后，为防止渗流逸出处遭受渗透破坏以及渗流造成的表面水流冲刷，增加有承压水地层的压重作用，在坝坡面增设反滤层。

3 大坝防渗处理

3.1 坝体处理

坝体渗透破坏的除险加固应采取两方面措施：ⓐ提高坝基和坝身抵御遭受渗透破坏的能力，比如消除坝基坝身的隐患、提高堤身密实度、贴坡排水等措施；ⓑ如何降低由于渗流的作用而遭受破坏的能力，即降低坝身的浸润线和渗流出口比降，并根据工程所在地的地质、出险状况以及堤防的重要程度来选择适合该工程的渗流控制措施。

3.2 漏洞和跌窝除险方案的选择

对于坝基的渗流稳定性，在经过设计洪水或超设计水位运行后，只有在渗漏的回水侧，坝基不会出现洪水侵沙和表面隆起的渗流破坏现象，此处地基是稳定的渗透。

大坝坝基的渗流稳定性不符合要求。在大坝坝后附近的洞和坝基的基坑破坏，不能满足必须加固的渗流稳定性的要求。但应根据不同的渗漏破坏部位、原因和程度，采取不同的加固措施。

对于经过设计洪水水位试验，但由于背水侧是由坑塘等薄弱环节引起的堤防基础渗漏破坏，只要采用反滤料填平坑塘就基本上可以满足坝基的渗流稳定性要求；在背水侧没有坑塘和其他薄弱环节，但在设计洪水水位低于堤坝附近处发生堤坝渗透性破坏的情况下，必须采取有效的防渗加固措施进行加固处理。

3.3 加固后渗流、稳定的验算

大坝的渗流计算公式：

(1)

式中kT——坝基透水层的渗透系数;

H1——上游水深，当下游有水时应采用上下游水位差;

L0——排水设施前的坝底宽；

n——由于坝基渗流流线弯曲对渗径进行修正的系数；

T——坝基透水层深度。

由计算得出坝基的渗透量Q=6.16×10-8cm/s

为检测土坝在各种可能的工作条件下坝坡是否安全经济，需对大坝进行稳定验算，

由于大坝是多种土质坝，故采用圆弧滑动法进行验算：

根据条分法求出大坝的浸润线，然后由式(2)计算：

(2)

式中i——土条编号；

Wi——i号土条底部的渗透压强，W=vγ；

ui——i号土条底部弧长；

li——i号土条底部中点和圆心O点铅垂线之间的夹角；

βi、ci——i号土条底部滑动面上的抗剪强度指标。

式(2)未考虑滑动体内的渗透力，只适用于坝体浸润线和滑动面大致平行的情况。当浸润线陡于滑动面时，则求得的Kc值将偏大，偏于不安全；反之，则Kc值偏小。

由以上计算得出Kc<9.03×10-8cm/s。

4 坝前帷幕灌浆

在大坝坝身临水坡脚下设置一阶梯式帷幕，帷幕的厚度T根据幕体内的允许坡降值确定。但可按式(3)作初步估算：

(3)

式中H——最大作用水头，m；

J——帷幕的容许比降，对一般黏土浆可采用J≤3～4。

灌浆孔距为2～4m。如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范围不足，则可采用缩小孔距、加密钻孔的办法来补救。

受灌浆压力的限制，地面以下1m以内防渗帷幕很难形成。为保证帷幕与土工布形成一个完整的防渗体，可沿帷幕中心线开挖1m×1m的截水槽并用混凝土回填，在回填混凝土的同时将土工布埋入其中，使帷幕与土工布之间不存在任何漏水通道。

5 加设防浪墙、马道、排水体

原来大坝无防浪墙，为了满足防洪要求，加固时加设防浪墙。防浪墙结构选择浆砌石型式,坝顶面以上墙的高度不宜大于1.2～1.5，埋置深度应在50cm以上，间隔20cm左右设置变形缝，防浪墙应与防渗体相连接。

为方便检修及排水，在下游的坡面上增设马道，边坡比不变。原坝顶路段宽度过窄，不能满足防汛抢险的需要。加宽为10m，其中行车道8m，人行道2m，铺设0.06m厚沥青，下铺0.15m厚炉渣石灰土。路面向两面倾斜，坡度以2%～3%为宜，以排除路面积水。

坝后排水在布置形式上采用两种。一种是坝较长，采用明排与暗排相结合的方式,即在坝两端、中间和坝半腰纵向排水布置明排，其他横向排水都是暗排。暗排是在坝坡上埋设10～15cm混凝土预制管，进口在坝顶外肩并安设铁丝网，以防堵塞。出口连在马道一侧的纵向排水沟上。另外一种坝长较短，选用明排。横向排水沟最好与台阶排水相结合。

针对南沟水库的具体情况，坝体浸润线位置不高，没有必要降低坝体浸润线，所以在下游坝坡上设一贴坡排水，可以防止坝坡土发生渗流破坏，保护坡免受下游拨浪淘刷。排水层厚度根据冻层深度的要求确定，其顶部应高出浸润线溢出点，同时高于下游最高水位1.5～2.0m。整个工程施工方便，便于检修。当下游有水时，应同时满足对护坡的要求。贴坡排水底角处应设置排水沟或在排水沟中填以卵石。

6 结 语

大坝的防渗以及加固措施的选择受多种因素的限制，尤其是施工条件的限制，所以在选择大坝加固措施时，应根据程度来选择各种加固措施，同时进行技术分析比较，以最小的投资，创造最大的工程效益。

[1] 李曙光.堤防工程除险加固措施研究[D].合肥：合肥工业大学，2010.

[2] 徐岩彬,王德库,王科峰,等.土石坝沥青混凝土防渗心墙安全监测设计研究[J].水利规划与设计，2007(6).

[3] 高春宝.蓟运河堤防渗透破坏成因及除险加固措施[J].水科学与工程技术，2010(6).

[4] 晏志武.水库除险加固设计前期工作应注意的问题[J].水利规划与设计，2011(3).

[5] 徐淑涓.水利工程除险加固措施分析[J].水利建设与管理.2009(3).

[6] 娄一青,王林素,苏怀智.碾压混凝土坝层面渗流变异特性研究[J].水利规划与设计，2011(6).

Exploration of seepage control loophole and falling-pit risk removal plan in Nangou Reservoir dam

SHI Ning

(Liaoning Yingkou Hydrology Bureau, Yingkou 115003, China)

Dam seepage failure risks mainly include dam loophole, falling-pit, etc. in the process of water conservancy project construction, especially dam body and its contact surface with dam foundation. There are extensive contact materials between dam body and dam foundation. Risk of dam foundation appears at the foundation level, thereby leading to higher risk on dam body. Dam patrol and inspection should be strengthened in order to prevent such conditions. The risky parts should be backfilled and treated, thereby ensuring safety of the reservoir dam during flood period.

seepage control; falling-pit; dam; Nangou Reservoir

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.008

TV62

B

2096- 0131(2016)06- 0024- 03