水库土坝渗流稳定方法及除险策略

刘意美

(梅州市水利水电勘测设计院，广东 梅州 514000)

土坝在我国大坝中的应用比例最高，多数土坝建于1950-1960年间。全面了解土坝的运行情况以及做好防洪安全管控工作十分重要。目前水利工程检测土坝渗流的常用设备为开放式测压管，得到了广泛应用[1]。并且通过多年来的实践发展，通过对多种观测资料的收集，详细了解坝体渗流及基础，为水库土坝的加固及日常维护工作提供了重要的参考依据。近些年来，我国应加强了对水库土坝安全评估工作的重视。目前，虽然危险水库安全评估工作及加固工作水平越来越高，但是仍存在一定的风险，需要对更多大坝情况进行总结，进而制定有效的除险策略，保证水库土坝的质量。

1 工程概况

某水库位于五华县岐岭镇华源村，所在河流为双头河支流，水库离岐岭镇府7km，离县城45km。该水库在1977年8月开工建设，1978年8月建成开始蓄水投入使用。坝址以上集雨面积0.21km2，总库容为3.43万m3(本次复核)，参照小(2)型水库，工程等别为Ⅴ等，永久性主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。水库始建时按20a一遇洪水设计、200a一遇洪水校核。水库是集灌溉、防洪于一体的综合利用的小(2)型水库。主要灌溉华源村农田面积46.67hm2，捍卫耕地11.33hm2，保护人口2500人、华源小学、省道。工程现状：①大坝为均质土坝，经实测复核，大坝坝顶高程为223.0m，坝顶长为53m，坝顶宽度为3.0m，最大坝高9.0m，无防浪墙，大坝上游坡坡比为1∶2.0，下游坝坡为草皮护坡，坡比为1∶1.8。上游坡无护坡，且杂草丛生。下游坡雨水冲刷、侵蚀严重，凹凸不平，杂草丛生，无岸坡和水平排水沟，下游坡无反滤导渗设施。大坝无水位、雨量观测设施。②溢洪道位于大坝右端，溢洪道为无控制开敞式宽顶堰，溢洪道为土渠，堰顶高程220.60m，溢洪道净宽4.0m，溢洪道未进行“三面光”衬砌，两侧墙为原山土，过流面被冲刷许多沟槽，无消能设施，无防汛交通桥。③输水涵管位于大坝左岸，输水涵为预制混凝土圆涵，位于大坝左侧，放水设备为浆砌石的分级斜卧管(哨涵)。卧管多处淤积堵塞，无法正常放水。

2 水库土坝渗流稳定方法

大坝防渗处理工程是本工程的关键线路，必须作为重点工期来安排。下面对水库土坝渗流稳定方法展开分析。

2.1 对比法

该方法得到了压力管道数据分析的广泛应用，效果确切。在对原始数据进行搜集的过程中，工作人员需要认真分析水库的水位，与过往数据进行对比展开分析。为了能够有效提高检测数据的可靠性和准确性[2]。需要对异常数据进行再次校对，及时发现存在偏差的数据，使其作为可靠的数据。本工程中使用该方法对水库水位数据和过往数据进行对比，得到了精确的结果。

2.2 管水位过程线法

对管水位及库水位滞后时间进行测量，分析多种问题之间存在的联系，并对水位及降水量之间的关系进行全面分析。为了加强对坝基渗透压力以及坝体防渗情况的了解，确保数据的连续性[3]。测压管水位处理线属于高水位下的水位线，如果线条较平，则表示操作无误[4]。如果线条发生异常，那么则说明管道及裂缝可能渗入变形。如果水位向下倾斜较为严重，则可能因为水库沉降作用所致。如果管线向上倾斜，那么可能管的渗透性上升，并且土壤渗透性下降。本工程中操作无误，数据具有连续性。

2.3 相关线法

绘制测压管水位线的主要作用为发现测压管水位同上水位及下水位之间的关系，进而有效评估测液管的稳定性[5]。将管道水位当作垂直坐标，将水库水位作为水平坐标，将散度点清楚，将测量点集中于直线及平滑曲线上，根据相关数获得方程及系数。系数和库水位对测压管的影响呈正相关关系。如果系数≤0，则说明压力管和储层水位无明显关系，或者压力管的稳定性不佳[6]。

2.4 位势分析法

渗流场中压力管水位所占比例最大。基于下游水位没有非常固定的条件，存在明显变化，使用重力位分析法能够得到准确结果。在运行状态下，水位流程线应靠近水平线，尤其其位于坝基的测量管。通常情况下，随着时间的进展，心墙以及下游压力管的电位会明显下降，这也说明渗透性能在不断提升，工程具有安全性，反之坝基及坝体则会因渗流受损。

2.5 渗压坡降分析

为了能够进一步掌握水坝基的水压分布状况，应加强对防渗路面、排水边、混凝土防渗墙运行情况的监测以及全面评估砂砾石坝基的渗流稳定性，查看其是否存在变形情况。基于特定水库水位下，选择合理的坝基管道水位对渗流的坡度进行有效计算。渗透坡度指的是储层水位和一条管道或者两条邻近管道水位之间的比，以及路面前方到管道同邻近两条管道间水平距离的比。

3 水库土坝除险策略

3.1 使用背水侧压渗盖重，以防发生管涌

基于背水侧地形条件的允许，并且所应用的防渗幕墙成本较高，使用背水测压渗盖重能够防止压盖范围内发生管涌情况。通过计算可知本工程后盖宽度较长，则应该在其末端设置专门的减压井，缩短其宽度。并且压盖的适用范围较大，施工方法简单，能够有效提高堤防的稳定性，成本较低。并且压渗盖重形式繁多，可以根据具体情况选择，进而达到渗水不渗土的目标[7]。

3.2 使用渗透破坏加固方法

该方法主要应用于水库土坝坝基以及坝体发生渗流问题时，进而避免水库的上游及下游出现渗流情况，提高水库土坝的抗渗透性能。使用该方法之后，同时还需要采取一些其他的防水策略，例如褥垫排水及棱体排水等方法，土坝的坝体内需要使用竖向排水层及水平排水层，除此之外还需要使用到排水沟、减压井等相关设备，进而解决水库上游的漏水问题，有效降低下游坝基水头及浸润线。对渗流结果进行计算，减压井效果明显，能够有效避免管涌，具有重要的除险作用，适用于全部管涌堤基的除险处理。

3.3 使用垂直防渗处理地基方法

因为地基透水层较薄并且隔水层较浅，因此需要使用垂直防渗的方法对其进行处理，这一方法能够借助防渗幕墙的作用，进而实现对堤基渗流量的有效控制，从根源处解决堤基被破坏的问题。如果双层堤基的透水层较厚、隔水层较深，因为使用垂直防渗墙具有一定的施工难度，并且耗费成本较大，需要对勘察资料进行全面的调查，并且对渗流计算后才能投入使用。应该将垂直防渗墙安装在临水堤脚下或堤顶同水邻近的位置。可以使用射水法、锯槽法等多种方法完成施工。

3.4 使用裂缝加固法

全面分析水库土坝的各类灾害情况，其中最为常见的灾害便是出现裂缝，通常情况下，裂缝多出现杂水库蓄水运作环节，并且部分裂缝存在于土坝坝体表层，部分隐藏在土坝坝体内，只有将土坝开挖，才能找到隐藏在其中的裂缝。治理土坝需要结合实际情况及资料，明确裂缝形成位置，全面分析产生裂缝的原因，采取针对性解决措施。

目前较为常用的两种裂缝加固方法为开挖回填法以及裂缝灌浆法[8]。本工程主要土方用量为大坝、放水涵和溢洪道的开挖和填筑，以及放水涵进口处围堰土方用量。回填用料可充分利用开挖料中的优质土石料，不足土方可由坝左岸土包取土。接坡处理在上坝土料回填中，因为施工场地和坝面安排布置的需要，需分段填筑时，在横向各段接茬处错开一定的距离(一般10m左右)保证压实质量。各段回填高差不能过大，通常需要控制在3m左右，其横向接缝坡度不得陡1∶3。大坝帷幕灌浆和充填灌浆均由坝顶钻孔进行，不存在施工干扰问题。①先灌上游排孔，之后灌下游排孔，各排按钻孔顺序分序进行灌注；②充填灌浆采用分段灌注方法。由下而上，下套管分段灌注，段长为5-10m。开始先用稀浆，经过3-5min后再加大泥浆稠度，若孔口压力下降和注浆管出现负压(压力表读数为0以下)立即再加大浆液稠度，浆液的容重按技术要求控制；③应作好灌浆记录，并绘制图表。如果浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆时，即可终止灌浆。如果每孔灌完，等到周围泥浆不流动时，可将孔内浆液取出，扫孔至底，注满容重>1.5g/cm3的稠浆。如果浆面下降，可继续注稠浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。

4 结 语

如果水库土坝发生渗流，则会导致土坝稳定性严重下滑。所以在施工过程中需要全面分析和考虑渗流对水库土坝稳定性产生的影响，并制定针对性的防渗策略，全面了解水库土坝的情况，发现问题，解决问题，及时消除风险隐患，提高经济效益和社会效益。