白希源水库防渗加固处理及稳定性分析

王 鑫

（抚州市城市用水管理办公室,江西 抚州 344000）

0 引言

水库是河流防洪系统的重要组成部分。确保水库安全稳定，对于防御洪水灾害，保障经济社会健康稳定发展具有关键意义。小型水库土石坝可能出现绕坝渗漏、坝体渗漏和坝基渗漏等病险，由此引发不同程度的泄漏事故，增加坝体的风险性，从而影响水库的正常功能[1]。众多中小型水库由于建设年代久远，地理条件和经济技术水平制约造成前期设计深度不够，施工技术质量标准不高，长时间运行后存在许多病险。白希源水库于1969 年修建时仅对坝基表面杂草及腐殖土进行了简单清除，缺乏完善的质检验收体系，质量难以把控，目前病险清单中以接触渗漏和坝脚渗漏为甚，采取合理有效的防渗加固措施已刻不容缓。

1 工程概况

白希源水库位于江西省东乡县，距东乡县城约21 km，属东乡河支流。坝址以上集雨面积0.59 km2，主河道全长1.22 km，河道比降4.67%。水库正常蓄水位76.20 m，死水位70.67 m，水库总库容17.67×104m3；工程等别为Ⅴ等，主要永久性建筑物工程级别为5级，次要建筑物属5 级，水库设计防洪标准按10 年一遇洪水标准设计，水库设计灌溉面积300 亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖的综合小（二）型水利工程。

2 防渗加固设计

2.1 坝体现状渗流稳定验证

针对坝体坝基接触渗漏严重的问题，展开渗流稳定验证。

2.1.1 计算断面及单元划分

结合地质探坑布置和大坝结构特点，计算选取最大坝高断面作为计算断面，计算单元划分为粘土质砂（坝体），粘土质砂（坝基）和板岩三部分。

2.1.2 计算参数

根据地质报告选取计算断面各区地质渗透系数，见表1。

表1 计算断面各计算分区参数

2.1.2 计算方法及工况

本工程根据地质勘探及试验资料，采用北京理正《边坡稳定分析软件6.0版》渗流分析计算软件，用有限元法计算。

2.1.3 计算成果

大坝计算断面在各特征库水位时关键部位计算结果见表2。

表2 大坝渗流关键部位计算主要成果表

2.1.4 计算结果分析

从大坝剖面流网形态可知，大坝各计算断面渗流规律符合均质大坝渗流形态。但是当库水位从正常蓄水位76.20 m上升到校核洪水位77.00 m时，下游坝坡最大出逸比降均为0.33～0.38，大于坝体填土允许坡降0.30，可知坝体渗透稳定性不满足要求，并且溢出点偏高，故需要在上游增加防渗设施，降低大坝溢出点。

2.2 防渗加固方案比选

根据本地水库坝身、坝基、防渗处理经验，本着经济实用的原则，拟定两种坝身防渗处理方案，即：粘土斜墙防渗方案和冲抓套井回填粘土心墙方案。

2.2.1 粘土斜墙防渗方案

新设粘土斜墙布置于坝体上游面，在坝底及坝面边坡线设截水槽。粘土斜墙高程不得小于非正常运用条件下的静水位。回填土指标主要考虑渗透系数、含水量和干密度，要求粘粒含量范围为35%～50%，渗透系数小于1×10-5cm/s，含水量在20%～30%之间，且具有较好的塑性及渗透稳定性。

斜墙采用粘土填筑，由于坝体为均质土坝，要求斜墙土料的渗透系数小于原坝土料渗透系数的百分之一以下，斜墙土料的渗透系数K≤1×10-5cm/s。粘土斜墙顶部的水平宽度取为1.5 m，斜墙底部厚度则根据土料允许渗透坡降而定。

2.2.2 冲抓套井回填粘土心墙方案

冲抓套井回填方案，设计参数主要考虑钻孔平面套接布置、孔距、孔深、排距及有效墙厚。钻孔平面套接拟采用单排布置，坝轴线和上游按照主、套孔相间布置，主套相交连接成墙。

防渗墙回填土依然采用粘性土料，设计参数与方案一相同。回填土料干密度，由公式计算或由击实试验确定。要求粘土的设计干密度不得小于土体天然干密度的1.02～1.12倍，且不得小于1.5 g/cm3。

2.2.3 防渗加固方案比较

对两种防渗方案从防渗效果、工程造价、施工条件等进行技术、经济性能比较，具体比较内容见表3。

从表3可知，粘土斜墙方案具有施工简单、防渗效果好的特点，且该水库大坝上游坡面较陡，需培坡加厚，因此推荐采用粘土斜墙的方案。

表3 大坝防渗方案比较表

2.3 加固后渗流稳定计算

2.3.1 计算成果

大坝计算断面在各特征库水位时关键部位结果见表4。

表4 大坝渗流关键部位计算主要成果表

2.3.2 计算结果分析

通过以上数据可知大坝各计算断面渗流规律符合斜墙坝渗流形态。斜墙消杀了30%左右的水头，有效的降低了浸润线，达到大坝应有的防渗效果。当库水位从正常蓄水位76.20 m上升到校核洪水位77.00 m时，下游坝坡最大出逸比降均为0.21～0.27，小于坝体填土允许坡降0.30，坝体渗透稳定满足要求。当库水位从正常蓄水位76.20 m上升到校核洪水位77.00 m时，大坝的计算渗流量均不大，且渗流量随着库水位上升而增大，符合现状大坝运行情况。根据地质勘探资料可知坝基下伏板岩，该层较稳定，透水性较弱，不存在坝基渗漏问题。

可见，防渗加固方案取得了良好效果，是可行的。

3 结语

水库渗漏是造成病险水库的关键原因之一，也成为中小型水库除险加固工程的重要课题。结合工程现状和渗漏分析结果采取科学的除险加固方案是保证水库坝体安全的重要举措。对白希源水库采用有限元法计算分析坝体加固前后的渗流稳定问题，由此验证了加固方案取得了良好效果，证明粘土斜墙方案防渗性能强，且具有施工简易、经济合理的优势。