大坝坝体渗流分析（共7篇）
大坝坝体渗流分析 篇1
摘要：确保昌马水库的安全运行, 从昌马水库运行至今, 一直坚持大坝的渗流监测。实测结果表明, 在各级水位的作用下, 坝体浸润线、坝基渗流在正常范围运行, 未发生异常现象, 符合渗流规程。
关键词：大坝,渗流,监测,分析
昌马水利枢纽工程位于甘肃省玉门市疏勒河上游昌马峡谷进口1.36km处, 地处河西走廊西端, 气候干旱少雨, 该工程是以农业灌溉为主, 兼顾工业供水、发电等多项开发的水利枢纽工程。水库总库容1.934亿m3, 相应水位高程2002.18m;正常蓄水位2000.8m, 相应库容1.8亿m3。防洪标准为100年一遇洪水设计, 洪峰流量1620m3/s;2000年一遇洪水校核, 洪峰流量2968m3/s;地震烈度为8度, 设防烈度为9度。拦河大坝为壤土心墙砂砾石坝, 最大坝高54.8m, 坝顶高程2004.8m, 坝顶长度365.5m, 坝顶宽度9m。
昌马水库主体工程于1997年9月30日正式开工, 2001年12月17日水库下闸蓄水。2002年春季水库开始蓄水发挥效益。当年水库最高蓄水位达到1996.2m, 2004年达到最高蓄水位1998.02m (9月9日) , 2005年达到设计蓄水位2000.8m (9月3日) , 当年进行了水库放空试验和溢洪道过流试验, 标志着昌马水库蓄水达到设计指标这一重要功能。昌马水库的运行为“两蓄、两放”方式。从昌马水库运行以来, 为确保安全, 一直坚持大坝的渗流监测, 现将结果报道如下。
一、渗流监测
㈠坝体、坝基渗压监测坝体、坝基渗压观测的目的是了解心墙、混凝土防渗墙和基岩帷幕灌浆形成的防渗效果, 运行期间坝体孔隙水压力消散过程与浸润线分布情况, 以及坝基覆盖层的渗透稳定性。
观测仪器主要有渗压计和测压管。渗流压力P观测点分布如图1所示, 测压管的分布如图2所示。渗压计分别布置在0+166.0、0+235.0和原天然河道主河槽所在部位 (0+080左右) 。壤土心墙内不同高程布置有5支渗压计, 心墙下混凝土防渗墙前、后坝基覆盖层各1支渗压计。0+166.0断面为主要观测断面如图3所示, 布置有13支渗压计, 同时在0+150.0断面布置6个测压管, 主要用于验证渗压计的观测效果, 并可作为渗压计失效后的备用观测断面。此外, 还在下游坝基设了两口观测井。
本枢纽工程共埋设31支渗压计, 14个测压管见图1所示。测压管采用电测水位计观测, 每5天观测一次。
㈡绕坝渗流监测由于右岸岩体断裂发育, 透水性极强, 为了解右岸山体绕渗情况以及防渗帷幕处理效果, 在右岸设立4个测压管, 用电测水位计进行水位观测。
㈢渗流量监测为观测坝体、坝基及绕坝渗漏水量, 在下游排水沟设置有一个量水堰。
㈣渗压计及渗压水位渗压水位采用埋设渗压计观测, 渗压计采用南京水科院的GKD型振弦式渗压计。
渗压计的量程为0.3 Mpa～0.5Mpa;精度≤0.5%F.S;分辨率≤0.05%F.S。没有测温功能。渗压水位测值计算方法如下:
式中Ho为渗压计埋设高程 (m) ;U为渗水压力 (kpa) ;fo为初始频率 (Hz) ;fi为测读频率 (Hz) ;K为渗压计仪器灵敏系数 (×10-4kpa/Hz2) 。
㈤测压管水位测压管中水位的观测、计算方法有两种, 采用绳式水位计直接测量管中水位距离 (ho) , 用下式计算测压管水位Hi。
式中Hi为测压管中水位 (m) ;Ho为管 (孔) 口高程 (m) ;ho为管 (孔) 口至管中水面距离 (m) 。
㈥渗流量坝后渗流量观测采用量水堰法测量, 量水堰为三角形薄壁堰, 计算公式如下:
式中H为堰上水头 (m) ;Q为渗流量 (L/s) 。
二、大坝实测值的分析评价
㈠河床坝段坝体、坝基渗流在大坝河床段埋设31个渗压计 (P) 和6支测压管 (D) , 监测河床段的坝体、坝基渗流压力水位。渗压计按一个主观测断面 (0+166) 、两个副观测断面 (0+070～0+095、0+235) 布设。另于0+150断面布设一排测压管 (6支) , 以对渗压计作对比观测。大坝渗流观测仪器与观测点布设位置分布图。这些渗压计和测压管均于下闸蓄水之前进行安装埋设并观测, 截止到2009年6月, 实测成果最长已有连续观测10年10个月。
从实测库水位过程线可以看出, 库水位的放空过程分为两个阶段:一是每年的4月底至6月26日, 库水位由2000m下降至1970m, 库水位下降速率约为0.5m/d;二是库水位由1970m再历时4d, 降至1950.0m, 而后库水位保持在1950.0m运行时间约15d左右。
水库在上述运行方式下的实测成果表明, 河床部位坝体、坝基实测渗流压力水位与库水位密切相关, 随库水位升降而升降, 即库水位上升, 坝基、坝体渗压水位上升, 反之则下降。实测渗压水位除与库水位有明显的相关关系外, 看不出与其它因素 (包括降雨、气温等) 有明显关系, 这个问题有待于今后进行多元定量的数学分析计算确定。
10年多实测渗压水位过程线表明, 从整体上看, 在相同库水位情况下, 逐年间的渗流压力水位没有上升或下降的趋势性变化, 说明坝基、坝体的渗流状况是稳定的。
实测渗压水位随库水位的升降而升降, 但明显滞后于库水位升降变化。无论是渗压水位或是测压管实测水位, 均明显体现了这种滞后现象。这种滞后现象随坝体材料透水性能、渗径长短和排水条件而不同。如2007年7月8日至29日, 水库放空, 库水位维持1952.0m。位于壤土心墙的渗压计P2实测渗压水位为1992.25m、渗压计P3实测渗压水位为1982.15m、渗压计P4实测渗压水位为1982.87m, 高于库水位32.15m～42.25m。统计埋在坝体、坝基的31支渗压计, 其中大部分 (29支) 高于库水位, 只有P14、P21 (位于覆盖层) 渗压计实测渗流压力水位稍低于库水位。
在库水位上升、下降过程中由于渗流滞后现象, 坝体、坝基防渗体、防渗结构将承受比稳定渗流状态较大的水力梯度和动水压力, 这对坝体、坝基的防渗体 (结构) 稳定和渗透变形是有一定影响的。实测资料表明, 该工程在水库放空运行期间, 渗压水位滞后现象维持时间较长。自2007年7月10日到7月25日, 半个月的水库放空时间, P2、P3、P4等渗压计的实测值一直持续较高的水位而没有消落, 这样的状况维持时间越长, 对坝体、坝基的安全威胁也越大。根据水库的运行要求, 每年需要“两蓄、两放”, 库水位快速上升下降, 是本工程正常运行的基本条件, 也是本水库的运行特点, 因此由于渗压水位滞后而产生的一些不稳定因素应引起管理及观测部门的足够重视。
根据水库运行资料, 2005年8月17日至2005年9月20日库水位一直维持在2000.0m高程以上运行, 期间实测库水位为2000.96m, 下游水位为1950.0m, 上、下游水头差达50.96m。
心墙下游坝壳排水体中的渗压计除P29、P28实测水位受右岸绕坝渗流影响较高外, 其余的P8、P9、P19、P20实测渗压水位接近下游水位1950.0m, 流经坝体的渗透水流基本平稳地进入坝后排水棱体汇入下游集水沟中。
以上分析表明本工程河床坝段渗流控制效果是显著的, 渗流控制措施也是成功的。除两岸坝端受岸边绕渗的影响, 反映为等势线较密, 水力梯度较大外, 大部分河床坝基的渗流是平稳的。
综上所述, 实测资料表明, 坝体浸润线、坝基渗流均在正常范围之内, 没有突变或异常现象发生。
㈡两坝肩绕坝渗流河床坝段采用砼防渗墙截断覆盖层渗流, 墙下基岩采用主次两排帷幕灌浆, 两坝肩设灌浆平洞, 设主次两排帷幕, 次帷幕孔深仅到河底高程。
从过程线、实测值汇总结果可知, 位于两坝肩的测压管水位随着库水位的升降而升降, 与库水位存在密切的相关关系。2005年9月3日, 相应库水位2000.96m时, 设在右岸帷幕灌浆区的D7、D8两观测点的渗压水位实测值分别为1995.63m及1993.94m, 设在马道上的D9观测点的渗压水位实测值为1963.71m。据2003年右岸观测资料, 设在帷幕后的SZK51的渗压水位实测值在1980m以上;左岸设在帷幕前的D11渗压水位实测值为1982.0m, 设在帷幕后的D12、D13两测点的渗压水位实测值为1982.5m及1982.1m, 渗压水头经帷幕后基本无折减。
实测资料表明, 两坝肩渗压水位偏高, 右岸为1993.94m, 左岸为1982.50m。右岸渗压水位偏高的原因可能是D7、D8两观测孔在帷幕灌浆区域内, 左岸山体岩性为凝灰质岩, 二者均属弱透水带。但相对于下游水位而言, 其作用水头偏高, 有可能会对壤土心墙产生接触冲刷和水力劈裂等渗透变形, 对坝肩岩体, 尤其是含软岩夹层的岩体也有可能会引起冲蚀破坏。
由两坝肩测压管D8 (右岸) 、D11、D12 (左岸) 可以看出, 在2007年7月10日～7月25日, 水库放空时期 (水库放空时间为15d, 库水位为1950.0m) , 右岸D8测压管实测水位维持在1980.0m以上, 左岸D12测压管水位维持在1975.0m以上。这些滞后降落导致岸边渗压水位偏高, 渗压水头作用于坝肩壤土心墙和坝肩岩体, 也有可能会引起两岸心墙墙头部位及坝肩岩体部位的渗透变形。
㈢渗流量渗流量观测采用在坝后设量水堰进行观测, 量水堰设在坝后渗流区, 每天观测一次, 渗流量的观测从2002年开始观测, 至今已连续观测7年。从大坝渗流量实测值汇总表、过程线 (图4) 看, 渗流量随库水位的升降而增减, 最大日实测渗流量为34.26L/s (2004年6月29日测, 相应库水位为1979.85m) 。平均每年渗出水量为36.1618万m3, 是设计库容的20.1%。渗流量日最大实测值、日平均值呈逐年减小趋势, 整体的渗流量也逐年减小, 符合渗流规律。
值得注意的是在渗流量的观测过程中测流有淹没现象, 建议准备一个备用测流量设备, 以备薄壁堰淹没无法观测渗流量时备用。
㈣坝体主观测断面二维渗流及坝坡稳定计算坝体主观测断面的渗流及坝坡稳定计算采用GEO-SLOPE软件对主观测断面进行渗流及坝坡稳定计算。计算工况为两种:一是设计正常高水位工况, 库水位为2000.8m;二是校核洪水位工况, 库水位为2002.18m。
为了更进一步地对大坝实测数据进行分析评价, 本分析针对主观测断面 (0+150断面) 在2006年3月、2006年9月、2006年8月及2006年11月的观测值进行了渗流计算分析。坝体心墙下游坝壳内渗压水位的实测值与计算值吻合的较好, 差值仅0.01m～0.30m。心墙内的差值较大, 差值达1.5m～9.0m, 这是由于计算为稳定渗流条件, 而实测值则是在不稳定水位情况下所测。例如, 本工程的高水位情况一般只能持续9d左右, 很难在心墙内形成稳定的浸润线, 这就造成计算值要比实测值偏高。另外, 低水位最长的运行时间也就是20d左右, 其余时间库水位均在不断地升降变化, 这样造成心墙内浸润线在低水位时, 浸润线位置可能居高不下, 而高水位时浸润线位置有可能上不去, 因而中心墙内的浸润线比实测值就有高有低的现象。在心墙下游坝壳内, 由于坝壳内有良好的排水体, 浸润线位置则相对要稳定些。
渗流计算表明, 主观测断面的渗压水位实测值正常, 符合渗流分布规律。
三、结语
大坝坝体、坝基及两坝肩实测渗压水位随库水位升降而升降, 即库水位上升, 实测渗压水位上升, 反之则下降。多年实测渗压水位过程线显示, 实测渗压水位除与库水位密切相关外, 看不出与其它因素 (包括降雨、气温等) 有明显的关系。
从7年多的实测渗压水位过程线以及相同库水位不同时间的实测渗压水位、计算分析过程线、库水位实测值可以看出, 渗压水位从整体上没有发生上升或下降的趋势性变化, 坝后实测渗流量也没有发生大的趋势性变化和突变现象, 实测资料表明坝基、坝体以及两坝肩渗流是稳定的。
河床坝段采用壤土心墙、砼防渗墙、灌浆帷幕防渗体系, 该防渗体系已经近7年的高水位以及各级水位的考验。在库水位2000.6m作用下, 防渗墙后折减水头达35m～50m, 相应墙后折减系数0.70～0.98, 防渗墙后剩余水头仅为全水头的2%～30%。设在下游坝壳的渗压计的实测渗压水位接近下游水位1950.0m。表明河床坝段防渗效果是良好的, 渗流控制措施是成功的。
总之, 实测成果表明, 在各级水位作用下, 坝体浸润线、坝基渗流在正常范围内运行, 没有发生异常现象, 符合渗流规律。
值得注意的是:沿大坝防渗线虽然向两坝肩岩体延长作了帷幕灌浆防渗, 但与河床坝段相比, 防渗效果相对较弱, 由于左岸山体的凝灰质岩及右坝肩加固灌浆后的防渗体, 均属弱透水体, 且D11、D12观测孔在左岸山体, D7、D8两观测孔在右坝肩帷幕灌浆区域内, 从而导致在2000.96m库水位下, 置于左、右岸山体的渗压计实测渗压水位偏高, 有可能会对壤土心墙及坝肩岩体的稳定性产生一定影响;在库水位上升、下降过程中实测渗压水位随库水位升降而升降, 实测渗压水位滞后于库水位的升降速度, 滞后时间在15d以上, 滞后的渗压水位局部偏高, 在蓄、放速度较快情况下, 对坝体、坝基及坝肩防渗体渗流稳定可能会产生一定影响, 并且本工程运行调度需每年“两蓄两放”, 因此在“蓄、放”过程中应注意蓄放速度控制, 并加强渗流观测。
水库大坝坝体填筑施工技术探究 篇2
关键词：大坝；水库；填筑；施工
前言
水库大坝的填筑施工质量关系到整个施工工程的科学性、合理性和工程质量的过关。水库大坝的填筑技术多种多样，为了保证水库大坝的施工技术能够符合施工标准，使水库大坝工程能够更加顺利的竣工，本文对水库大坝的填筑技术进行了全方面的整体研究。
一、工程概述
（一）水库大坝工程的概述
水库工程是由拦河坝、防空洞、发电引水建筑物及发电厂等土建工程能够和相应的金属节后设备组件而成的。水库大坝的坝体从上游到下游所涉及到的材料有钢筋砼面板、垫层、过度区和主推石区等。大坝的下游地区主要是砌石护坡。
（二）大坝的填筑施工程序
在水库大坝的建设过程当中，其要遵循的原则是从下游到上游的原则，从高程较低一侧向高程较高一侧过渡，主推区不能侵占过渡区，而过渡区对垫层区也不能侵占。在混凝土面板堆石坝的垫层和过渡层进行链接的时候，要先填主堆石，再对过渡层进行填充，一层和二层不能同时进行填充。
二、大坝的填筑方法
（一）填筑单元的施工
在填筑单元的平面测量区中首先是对各区的料边线进行填筑，之后要进行测量和撒白灰、进料和卸料、对平料进行洒水的过程，之后通过碾压、超径石的处理、补碾和挖坑取样才算完成填筑单元的施工。在整个工作完成以后要对单元进行验收。
（二）大坝填筑单元的划分
水库大坝的填筑要进行连续的施工工作，不能够在中间进行停顿就要把填筑工作划分成若干个单元进行。每个单元轮流作业，在一个单元进行填筑的时候，另一个单元进行洒水碾压，然后第三个单元通过验收。这样循环的工作能够很好的把握大坝的填筑施按照工顺序的不停顿的完成。
（三）堆石灰的洒水作业
在堆石灰的洒水方面，撒水管的使用要是DN50的胶皮软管，软管与DN100的支管进行相连，支管和施工的水池相连接。各种石料在上坝前要在场外进行充分的加水湿润工作，上坝平料基本要控制在含水量加减3%的范围内。
（四）平料
在水坝的建筑工程当中平料部分要从以下几点出发。
首先，在每一个的填筑单元都要设置推土机，在汽车卸料的工作完成后进行平料的工作。在推土机平料的过程当中，超径石在填筑前面大约20米的地方进行剔除，利用手风钻进行打孔再利用冲击锤解小。
其次，要在填筑坝前面五米左右的地方设置一种标杆，这种标杆可以移动。这样推土机操作人员根据标杆的走向对填料层的厚度进行控制，避免过薄或者过厚。
再次，粗细料的填筑要注意的是在填筑的过程中，细聊可以侵占粗料的部位，但是粗料不能够侵占细料的部位。在粗料到细料的界面上如果产生了大粒径的堆积就一定要进行清除。以免在以后的填筑过程中出现问题。为了能够有效的保证密实度，风化料要在设计线的范围内价款30厘米以上。
最后，分块填筑。各块之间的差不能够太大也不能太小，太大太小都会阻碍填筑的效果。最大的块间差不能超过30米，还要对先填块进行预留，预留的空间是上升5米就要预留一个台阶，台阶的宽度要下3米以下才算合理。
（五）挤压边墙的施工
挤压边墙的施工顺序是在一层料前对下层垫层料进行碾压和整平，在定位化纤后利用专业的边墙碾压机制作出混凝土小墙，此种混凝土墙要保证在40厘米的低强度、低弹性模量还要是半透水型的。在小墙达到一定的强度以后，在进行铺填垫层料。在碾压的过程中利用推土机 摊铺平整后利用自行震动的碾压方式。
挤压边墙的施工方法，在施工前期的准备阶段要找平基面，在垫层料的填铺过程中要严格的控制高差和平整度，对于平整度的平整方法要靠人工拉线的方法进行找平。在对基面进行碾压后，高差要控制在三厘米以内，对于不符合要求的不能进行防线施工，这一点要严格的把握。在按照找平后实测地基面高程放出上游设计边线的位置，按照挤压边墙底的宽度画出内侧的位置线以白灰明示，這种明示用来作为挤压机的控制线，控制挤压机的行走。
三、填筑的质量控制
（一）质量控制
在原料的控制上要对硐室爆破后的超经石块要按照要求进行剪切，达到石粒径的要求，在料场就要对其进行解小处理。硐室爆破之前，对于山体的覆盖层土要进行全面的剥离减少爆破后，料源所含的泥量。
在坝面的控制上，主要是对石料的而质量和施工的参数进行控制。在坝面的填筑施工时，一定要安排值班人员进行看守。在卸料方面设置指挥人员严格的看守料的质量，对超径的料及时的安排处理。在填筑料中如果有杂质也会影响到建筑物的质量，要及时的发现且清理掉。在碾压工作中，要有专人对碾压的遍数畸形几率，以免发生碾压遍数过多或者过少对工程质量产生影响。还要根据当地的天气情况对填充物的洒水量进行有效的调整，对填筑层的水量有一个很好的控制。
（二）质量检查的方法
在质量的检查上要采用多种方法进行检查和检验。例如，试坑注水法。试坑注水法是对坝体填筑的孔隙及填坝的颗粒进行检查检验的，对于垫层料的碾压质量进行检验就不能使用这种方法，要使用的是灌砂法。只有填筑试坑检查结果通过才能进行下一层的填筑工作，检查部门应该是监理工程师的检查，如果碾压不合格就要重新的进行碾压，直到符合标准才算完成任务。
（三）风化料的质量控制
风化料的渗透系数检测过程中要注意渗透试验应该是垂直渗透，渗透环刀要有溢流管的设计，供水管上要有标有刻度的测压管。试验的时间要根据渗透的速度进行定夺，可以在10分钟、15分钟或者20分钟之间，取平均值。平面的密度检测使用前文提到的试坑法。试坑法是要放置护环并且使其处于水平位置，在护环内挖坑，挖坑的形状保持圆柱形。试坑应该是在两个填筑层的中间位置或者交界位置，对填筑层的实际厚度进行测量。在挖好的坑内要铺设塑料膜，塑料膜与坑壁仅仅贴实，再用水管向坑内注水，水管要带有水表以用来记录水量。
总结：在国家的号召下，建筑业要把建筑工程技术融合到每一个建筑种类当中，要运用合理的科学的方法对水库的建设做到质量上的严格控制，对水库坝面的填筑方法进行控制，对工程的原料进行严格的把关，完善质量监督的管理体系，完善每一个工种的工作职责。这样才能够使坝体的密实度等方面符合工程的要求，采用试坑注水法要严格控制水量，在每一项工程完成后要通过有关部门的细致的检查，合格后才能通过下一个工程项目的建设。
参考文献：
[1]刘先行.高面板堆石坝大坝填筑设计与施工[J]水利发电.2010，12（03）：121-123.
大坝坝体渗流分析 篇3
本文研究对象古城水库大坝坝中部河槽处分布第四系全新统冲积粉质粘土, 承载力低, 压缩性高, 易引起压缩沉降, 造成坝体开裂及渗漏。老河床部位渗漏、散浸现象较为严重, 原始地面处理不彻底, 接合面及软夹层透水形成。并且由于坝体与坝基间的接合面含有较多腐殖土及较多粉质, 局部含少量砾砂, 施工时清基不彻底, 腐殖土孔隙度大, 土质疏松, 中等透水性, 易形成渗漏;坝基土局部中等透水性, 长期位于高水位情况下, 易形成渗漏。
2 古城水库概况
古城水库最大坝高21.5m, 坝顶长度1070m, 坝顶高程155.50m。主坝坝顶局部沉陷不均, 坝顶高程达不到原设计坝顶高程, 一般在0.1~0.3m之间, 最大处达到0.39m。
古城水库建成后, 经过多年的运行使用, 发现大坝存在很多问题, 大坝下游坡渗水严重, 由于大坝施工质量差, 坝坡面多处沉陷不均, 坡面混凝土块塌陷严重, 损坏面积达13 928m2, 损坏率达61.0%。
通过地质分析, 造成坝基渗漏的主要原因包括: (1) 坝体与坝基间的接合面含有较多腐殖土及较多粉质, 局部含少量砾砂, 施工时清基不彻底, 腐殖土孔隙度大, 土质疏松, 中等透水性, 易形成渗漏; (2) 坝基第 (2) 层土局部中等透水性, 长期位于高水位情况下, 易形成渗漏。
据此对大坝填筑质量进行评价:大坝坝体填筑质量不合格。
大坝下游坡面排水沟损坏严重, 坝下贴坡式反滤排水原设计长200m, 未按设计要求兴建, 实际只建了40m, 且已堵塞失效。由于水库确权划界工作没有到位, 大坝外坡禁脚内农民进行耕作的现象十分普遍, 给大坝造成了一定的安全隐患。据此, 对上游护坡及下游坝脚质量评价为不合格[1]。
3 计算古城水库大坝渗流
在对古城大坝渗流进行计算时, 可以使用二维稳定渗流有限元计算方法, 依据各向同性来对土层渗透性进行分析。在对断面进行计算时, 分别对河床的最大断面 (0+350m) 及岸坡坝断面 (0+485m) 进行计算。计算工况按初步设计的调洪计算结果, 在选择上游水位时, 分别选取了正常蓄水位、设计洪水位以及校对洪水位, 其高度为153m、154m和155m。在选择下游水位时, 河床坝段和岸坡坝段均为136m。
由以上试验可得出如下结论:大坝各土层的渗透系数及允许渗透坡降取值见表1, 根据渗流计算成果[2,3], 见表2。
4 古城水库大坝抗滑计算
根据渗流计算成果, 古城水库大坝抗滑稳定计算取河床段最大断面0+350m和岸坡坝段0+485m来进行计算。依据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2001) 中的有关规定, 水库所在位置的地震动参数标准值为0.05g, 地震烈度保持在Ⅵ度以上, 在进行复核计算时, 地震荷载的作用不进行详细考虑[4,5]。
依据水库的实际情况和《碾压式土石坝设计规范》 (SL274—2001) 的要求, 在对工况进行计算时, 主要分为以下2种情况: (1) 正常工况。在正常蓄水位的情况下, 渗流情况比较稳定, 此时下游坝坡也比较稳定;在设计洪水位的情况下, 渗流情况比较稳定, 此时下游坝坡也比较稳定;正常蓄水位下降到死水位时, 上游坝坡会出现比较稳定的情况。 (2) 非正常工况。在校对洪水位的情况下, 渗流情况比较稳定, 此时下游坝坡也比较稳定;当校对洪水位下降到正常蓄水位时, 上游坝坡会出现比较稳定的情况。使用有效应力法进行计算, 地质资料的有关参数构成了计算参数, 依据已有经验来进行校对, 具体情况见表3。
根据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274-2001) 的规定, 对3级建筑物, 也要使用有效应力法和总应力法, 参考的依据为安全系数的最小值。在对体坝和厚坝计算抗滑稳定性时, 最佳的办法就是使用简化毕肖普法, 此次计算过程中, 对瑞典圆弧法和简化毕肖普法在计算抗滑稳定性的情况进行了认真的对比。最终选择使用的计算程序为岩土工程边坡稳定的计算程序, 它是由北京理正软件研究所研制的。
在水库水位降落期, 采用瑞典圆弧法进行稳定分析时, 其抗滑稳定安全系数可以分别采用有效应力法和总应力法公式进行计算。
用总应力分析, 计算较简单, 无需考虑孔隙压力, 分析的可靠性在很大程度上取决于试验条件模拟现场的实际情况。用有效应力分析, 其抗剪强度一般对试验条件不很敏感, 变化较小, 分析的可靠性主要取决于对剪切面上孔隙压力反映的真实程度。
在稳定渗流期里, 依据渗流分析计算坝体内的渗流压力, 坝体中的孔缝水压力u的计算公式如下:
式中, γW为水容重;h为渗透压力水头。
压缩性比较大的填土中出现水位下降的情况以后, 会有附加孔缝压力出现, 在确定孔缝水压力时会比较困难。在计算时, 采取了取近似值的方法, 对降落时出现的孔缝压力消散的情况没有进行考虑, 孔缝水压力系数不用太精确, 可以按照以下公式进行计算:
式中, h1为填土高度;h为水头损失值。
5 计算结果分析
通过渗流计算可知, 大坝渗流量大, 其原因是坝基、坝体防渗性能较差。坝体为黏土, 允许渗透坡降值为0.40, 坝基 (Q4al) 允许渗透坡降值为0.45。计算成果表明, 坝体出口渗透坡降最大为1.62, 坝体与坝基接触面渗透坡降最大为0.46, 均大于允许渗透坡降, 不满足要求, 坝体容易发生渗透破坏。从渗流计算结果可以看出, 渗流逸出点高程在139.88~151.98m之间, 逸出点过高。加之在水库的实际运行中, 观测到当水库蓄至正常蓄水位附近时, 大坝在下游第二级坡多处发生散浸和明流现象, 理论计算和实际运行情况均说明坝体和坝基在渗流方面不满足要求, 故需要对坝体和坝基进行防渗处理。
依据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274—2001) 的有关规定, 对3级坝体进行稳定分析时, 可以使用瑞典圆弧法。在正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.2;在非正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.1。使用简化毕肖普法后, 在正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.3;在非正常运用的情况下, 坝坡抗滑稳定安全系数的最小值一定要大于1.2。
6 结语
本文采用二维稳定渗流有限元方法对古城水库大坝的进行渗流及抗滑分析, 分别进行了不同工况的计算, 最后得到了大量的结果及图表。研究表明, 水库大坝填筑过程中的清底工作十分重要, 其渗透及渗透稳定性直接关系到大坝的稳定性。
摘要：针对古城水库大坝出现的渗漏问题, 在充分核实和精确计算的基础上, 采用二维稳定渗流有限元计算方法, 进行了渗流分析, 对不同工况进行了计算, 研究了渗流对坝体产生的影响及危害性, 以期为同行提供借鉴。
关键词：有限元,水利大坝,渗流,质量控制
参考文献
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大坝坝体渗流分析 篇4
据统计, 在出现问题的土石坝中, 有近一半是由于渗流的原因造成的, 这与大坝渗流监测方法过时、监测数据可靠性差、监测不全面、难以对坝体问题及时查觉等有关系, 所以对大坝渗流一定要采取科学监测方法[1]。在现代科技日益发展的新形势下, 我国土石坝的渗流监测的自动化程度不断提高, 且制定了许多内容详尽的技术规范。目前渗流监测已是水库土石坝除险加固过程中的主要项目。
1 工程概况
某大型水库建于1958年, 完工于1960年, 在1959年即开始拦洪, 有近1.5亿m3的库容, 可以用来发电、灌溉、养殖、防洪等。水库使用以来, 多次成功抵抗了洪水, 方便了下游居民的用水。但由于当时的条件限制, 其质量不佳, 使其在使用当中出现一些隐患。而且, 因当时设计时存在漏洞, 运行多年以来由于工程维修经费的不足, 没有系统地进行维修, 已属于重点险库。在这次施工中, 改造了此水库以前的有线渗流监测系统, 提高了监测方面的自动化程度, 在监测坝体与坝基的渗流过程中已全面应用了自动化与电算化技术。
2 现有大坝渗流监测系统存在的主要问题
尽管这个水库大坝目前的监测系统对监测水库的隐患与保证其安全使用具有很大的作用, 但监测项目还不够全面, 未符合水库工程管理的有关技术要求;本次施工后, 原渗流监测的部分设施将被取消, 这是由于在渗流监测上尽管已有输水洞渗漏监测等7个监测断面, 但监测设施是根据大坝以前渗流情况安设的, 一是以前监测仪器的布设不适合对完成灌浆体后的渗流监测[2]。坝体渗流监测仪等布设在坝轴线下游的监测设施在灌浆体的不断作用下, 其功能会有所减弱, 因此, 要根据新的防渗规定来重新布设好渗流监测测点。二是坝顶及上游监测仪器易被坝基高喷灌浆施工破坏。
3 大坝渗流监测系统的优化方案设计
3.1 更换无线渗流监测系统
经参考一些类似工程大坝的监测, 在加固中更换了原有的监控系统, 以无线监控系统取代了以前的有线系统, 使之更加先进, 新的系统不仅能够弥补原有线监控系统运行时间短、易受雷击的不足, 而且还不破坏已施工完的路面等建筑物。这个水库大坝将无线传感设备应用在监测当中, 不必再另行外接线, 在进行监测中每个监测点的无线传感设备都是由电池供电的[3]。大坝监测区设备与中心监测站是构成系统的两部分。中心监测站设备含有大坝监测软件、无线数据转换器, 还有后备电源、打印机、计算机等计算机设备。水库水位由无线智能库水位计不间断地监测, 它的供电是通过太阳能电池来进行的, 若水位有发生1cm的变化时, 中心监测站就会收到无线智能库水位计向其输来的ISM频段的无线数据;或者由监测站向无线智能库水位计传来发送指令, 以获取所需的实时数据。水位传感器的体积小、分辨率高、非常灵敏, 是属于低功耗的数字压阻式传感器。布设在目前测井内的死水位之下。在测井房顶之上布设太阳能电池系统与数传无线设备。一般用干电池作为无线渗压计电源, 大部分时间都处于停用状态, 可数年换一回电池, 在收到中心监测站传来的指令时, 开始收集好数据再经由无线电波传到中心监测站。
3.2 渗流监测断面及测点设计
为彻底解决大坝坝基渗透问题, 须将坝基高喷灌浆作为加固施工的重点。在灌浆完毕要在适合的部位设好监测仪器, 以对大坝渗流场的变化以及防渗效果进行监测。在设计这次渗流监测时已分析了坝基地质及本次施工的具体要求, 且参考以前渗流监测系统的安设, 共确定了14个监测截面, 本文以2+005、1+911、1+805、1+591、1+405、1+205截面为例说明了监测系统的布点原则:这个坝段坝基渗透问题十分严重, 在这段内大坝有很大的变形, 须将其确定为监测重点。所以, 在2+005、1+911、1+805、1+591、1+405、1+205桩号分别设立一个监测截面。其中, 在1+205截面中的下游马道及灌浆截面前、后各有一条监测垂线, 在各垂线的坝基坝体都设有测点, 这样可对高压灌浆下坝体浸润线、坝基渗流压力情况、坝基坝体防渗情况进行监测。0+405断面与2+005、1+405端截面的监测意图及布置是一样的。在截面1+911中坝脚下游与下游马道的两条垂线仍使用以前所用的测点, 另外将一个测点安在灌浆截面前坝基, 这个断面的全部测点都是坝基测点, 是为了对灌浆在坝基的防渗效果进行监测。在截面1+805设有4条监测垂线, 灌浆截面前、后情况和截面1+591的情况基本一样, 将一个测点设在下游坝脚外坝基, 和灌浆断面前、后坝基测点组成坝基监测截面, 对本截面坝基渗流压力情况进行监测。另一个坝体测点设在下游马道垂线上, 对坝体浸润线监测。在截面1+591设有4条监测垂线, 灌浆截面前、后各有一个钻孔, 每孔坝基坝体都有一个测点, 以监测高压灌浆, 在各垂线的坝基坝体都有一个测点, 这样可对灌浆下坝体浸润线、坝基渗流压力情况、坝基坝体防渗情况进行监测。坝脚下游与下游马道的两条垂线仍使用以前渗流监测所用的测点, 来对坝体浸润线与坝基渗流压力情况进行监测。
3.3 大坝渗流监测系统优化方案的优势
1) 大坝安全监测系统在使用有线连接时, 其各种连线易于产生一些干扰的现象, 影响设备的使用, 甚至会使系统停止运转。而使用无线连接, 则产生的干扰会减少许多, 即使局部设备损坏, 整个系统仍能运行[4]。
2) 大坝监测系统的连接采取有线方式时, 因全部的设备都连为一体, 增加了覆盖范围及距离, 在雷击下, 易出现损坏。而无线的方式可使各个设备保持独立, 其抗雷击能力要强。
3) 有线的方式所花费用为90多万元, 其中有近80万元为直接费。无线的方式所花费用近80万元, 其中有约90%为直接费用。由两种不同连接比较可知, 后一种连接在直接费与总费用上要比前一种分别少近13万元。
4) 分布式的构成方式在现在的大坝监测系统中应用较广, 它通过有线将中心控制站与监测系统各监测点连接。因为监测点在布置上集中程度较差, 以前的有线连接使大坝安全监测系统存在许多不足, 例如监测点移动不便、费用过高、布线网络作业量大等。而使用无线连接有利于安装调试设备, 且在适合的条件下, 便于进行维修。
4 结束语
综上所述, 在水库日常管理中一定要注重监测大坝的渗流情况, 为确保大坝安全使用须将自动化技术应用在监测之中, 这个系统通过长时间的试运行, 很少出现问题, 且利于维护, 所得数据真实准确, 十分有利于大坝渗流的监测, 是一套简单适用可不断工作的系统。水利管理机构经由监测渗流情况, 便于对大坝的实际状态进行了解, 可评价大坝运行的安全性, 增强运行能力, 能够使其产生更大的效益。
摘要：随着水库的长年运行, 老化现象严重, 需要及时进行除险加固工程施工, 而渗流监测技术的相应优化, 能够消除以往渗流监测中存在的隐患, 获得准确的监测数据, 防止因渗流破坏造成土石坝失事意义重大。基于此, 本文主要针对除险加固中大坝渗流监测系统的优化进行了探讨。
关键词：除险加固,大坝渗流监测系统,优化分析
参考文献
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大坝坝体渗流分析 篇5
赵家龙潭水库位于东经101°12′、北纬25°47′, 即云南大姚县西北距县城26km的新街乡小古衙村公所赵家龙潭村。工程管护范围及确权划界面积为305694m2, 水库灌溉耕地2500亩, 保护下游人口约5400人 (7个民族) 、面积5100余亩、等级公路约3km, 以及五个乡、村机构。
水库始建于1954年, 为小 (二) 型, 1993年扩建为小 (一) 型水库。坝址以上流域面积16.5km2, 总库容169万m3, 兴利库容142.8万m3, 设计洪水频率P=3.33%, 校核洪水频率P=0.333%。
水库枢纽由大坝、溢洪道、输水底涵洞、管理所房屋、配套渠系等组成。
挡水建筑物为均质土坝。坝顶高程119.0m (即海拔高程1999.0m, 两者差值1880m) , 坝高19.0m, 坝顶长132.0m、宽4.0m。坝轴线成直线, 由中部约45m长的小山脊将其分为两个坝体, 其中右坝体为主坝, 长61m;左坝体为副坝, 长26m。大坝采用棱体排水。
泄洪建筑物设于左岸坝肩, 为宽顶堰型正槽溢洪道。堰顶高程116.0m, 安装20t平板砼闸门一道, 手动或电动丝杆启闭。陡槽断面2.0×3.5m, 设计下泄流量12.0m3/s。泄槽出口为底流式消能工, 消力池长度6.5m。
2. 工程地质状况
赵家龙潭水库位于滇东高原盆地区楚雄红层高原亚区, 海拨1900m～2100m, 相对高差200m～500m, 最大高差可达1000m。河谷呈“U”型谷, 山体自然坡度15°～30°, 局部较陡, 基岩多裸露。库区分布地层主要为白垩系上统江底河组第四段 (K2j4) 、第三系上新统 (N2) 和第四系全新统 (Q4) 地层。区内物理地质现象不严重, 仅局部发育有小规模的坍塌, 地表浅切割冲沟发育, 库岸稳定性总体较好。
库区及周边以相对隔水的泥岩为主, 无断裂通过, 水库不存在邻谷及周边渗漏问题。水库库岸以岩质边坡为主, 副坝左岸局部为土质边坡, 库岸稳定, 库岸再造现象不严重。库区周围人类开荒种地破坏严重, 植被不发育, 水土流失、水库淤积较严重。水库坝前淤积高程已达105.3m, 淤积量约5.85万m3。
2000年1月15日邻县姚安及2003年7月21日、10月16日本县相继发生4次强烈地震后, 大坝渗漏日趋严重。两坝肩及主、副坝之间的小山脊发生较强渗漏, 在正常蓄水位下渗漏量约99.22 m3/d;坝基为中等透水体, 渗漏量达102.65 m3/d。右坝段 (主坝) 出现较强渗漏, 渗漏量约76.77m3/d, 浸润线升至下游坝坡马道以上2m处;副坝 (左坝段) 渗流较小, 但坝体与底涵洞的接触带出现明显渗流, 达5.34m3/d。年总渗漏量10.37万m3, 占总库容的7.28%。震后库水位已降至约110m高程, 水库已经无法正常运行。
3. 坝基渗流分析及治理研究
根据钻孔资料, 水库主、副坝坝基河床段清基不彻底, 表层为第四系冲洪积 (Q4al+pl) 粉质粘土, 可塑状, 实测标准贯入试验锤击数N63.5=8～10击, 压缩系数α1-2=0.22～0.59MPa-1, 为中～高压缩性, 厚2.50～7.50m。据钻孔注水试验成果, 渗透系数K=1.33×10-3 cm/s, 为中等透水层。
经计算判断, 坝基岩土层不会产生渗透变形破坏。
3.1 坝基防渗措施选取
赵家龙潭大坝坝基为中—强透水体, 经实验测定其存在较大渗漏。根据赵家龙潭大坝坝基的实际情况, 各类方案比较如下:
3.1.1 粘土截水槽
当坝基砂砾石层不太深厚时, 截水槽是最为常用而又稳妥可靠的防渗措施。其材料来源有保障, 施工工艺较简单, 截水槽上部与坝的防渗体连成整体, 下部与基岩紧密结合, 形成一个完整的防渗体系。但开挖量巨大, 开挖后地下水的渗透压力将使边坡的稳定难以保证。
3.1.2 粘土铺盖
可以直接在原来的天然铺盖上补强, 以延长渗径, 其优点是造价较低可以有效地控制地基渗透变形, 减小渗漏量;缺点是地基的透水性较大, 且渗透水头较高、透水层在坝前分布广, 铺盖的防渗效果预计较差。
3.1.3 帷幕灌浆或高压定向喷射灌浆
帷幕灌浆和高压定向喷射灌浆是坝基防渗中常采用的方法, 但其工艺较复杂, 费用偏高, 地表需加压重, 否则灌浆质量达不到要求。更主要的问题是对地层的适应性差。
3.1.4 混凝土防渗墙
利用混粘土防渗墙防渗时, 其与土质坝体的接触带处由于二者材料性质完全不同, 施工后不容易粘合, 极易形成绕渗。由于本工程的赵家龙潭水库是小 (一) 型水库, 不可能有较多资金, 因此该方案不适合本工程。
经过技术经济综合比较, 决定选用帷幕灌浆作为坝基防渗措施。
3.2 渗流有限元分析
采用GEO-SLOPE OFFICE V5.0有限元分析软件对赵家龙潭水库大坝进行有限元渗漏量分析时:
3.2.1 除险加固前渗漏量计算
首先对主坝坝基进行分析, 其模型如下图所示:由于坝基中等透水层底界为基岩面下17.11～24.95m, 因此将坝基的不透水层取到坝基底部下30m, 上下游的不透水边界分别取为1.5～2倍的坝高, 划分单元格为2m×2m/格。渗流计算水位取正常蓄水位116.8m。
模型边界条件:坝基以及地基底部流量边界条件取为0;上、下游取为水头边界条件, 由于该坝为均质土坝, 坝基材料均取为同类土料, 其平均渗透系数为1.33×10-3cm/s, 属中等透水体, 水头边界条件取为圆点, 不透水边界条件取为三角。经过计算, 其结果如下所示:
由图可以看出渗流速度在不透水边界处较小, 在坝体正下面的坝基处较大, 在坝脚处达到最大, 由于上游对下游坝脚存在渗水压力和水头压力, 速度向量在下游坝脚处顺坝脚向外逸出
由图3可以看出, 在所取坝轴线中间的单位截面上的渗流量为1.339×10-5m3/s;
3.3.2 除险加固前渗漏量计算
在对坝基及两岸帷幕灌浆处理后, 各部分材料性质发生了改变, 渗透系数也有所改变, 在对大坝进行渗漏量计算时, 其模型与治理前一样;模型边界条、:坝基以及地基底部流量边界条件取为0;上、下游取为水头边界条件, 由于除险加固后对坝基进行了帷幕灌浆处理, 渗透系数取防渗体渗透系数1.0×10-7cm/s, 水头边界条件取为圆点, 不透水边界条件取为三角。经过计算可得:
由图中可以看出, 在对坝基进行帷幕灌浆的防渗治理后, 虽然还存在有渗流, 但速度向量较治理前明显减小, 渗流还是在下游坝脚处逸出, 但是出逸量已经很小。
3.3.3 计算结果分析
在进行防渗处理后, 坝基的渗漏量明显减小, 同理对坝体和坝肩进行防渗处理后发现渗漏量也明显减小, 经过计算总的渗漏量为4.53万m3/a。与治理前的10.37万m3/a相比, 渗漏量明显减少。
4. 结论
根据地质勘察和土体实验结果, 采用渗流有限元计算对赵家龙潭水库大坝进行分析。结果表明:加固后的渗漏量从加固前占总库容的7.28%减小到2.68%, 浸润线从加固前的下游坝坡马道以上2m降低到略高于棱体高程, 并且防止了渗透破坏的进一步发展, 满足有关规定, 达到治理的目的, 并通过对加固措施进行比较, 得出经济合理, 技术可行的加固方案。
参考文献
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某水库大坝坝体防渗加固处理 篇6
某水库位于河南省境内,控制流域面积2.3 km2,总库容176万m3,坝址以上流域面积2.3 km2,主河长2.44 km,干流平均坡降86‰,设计灌溉面积2 500亩,现水库防洪标准为50年一遇洪水设计,相应水位为143.36 m;500年一遇洪水校核,相应水位为143.68 m,是一座以防洪、灌溉为主,结合水产养殖等综合利用的小(Ⅰ)型水库。
2 大坝工程现状
大坝经过40多年的运行,存在诸多问题,坝体填筑质量差,渗漏严重,下游坝坡多处出现集中渗流现象;坝顶塌陷、裂缝、宽度只有4 m;上游护坡现已大面积松动、塌陷,损坏严重,反滤层已基本失效;下游坝坡纵横向排水沟偏少,现有排水沟出现倾斜、坍塌;大坝无监测设施;存在白蚁危害等;在现场检查及运行管理中发现,坝体渗水严重。坝体渗水较为明显的地段为:0+050~0+058坝段的131.5 m~133.8 m高程、0+160~0+170段130.5 m~132.7 m高程,且伴有滑坡、塌方现象。渗漏量随库水位的升高而加大。勘察期间,0+050~0+058段高程131.5 m~133.8 m处出现大面积细小股流。
3 大坝坝址工程地质条件
地质勘探资料表明,左右两坝肩岩性为中生代燕山期花岗片麻岩,强风化,裂隙较发育,完整性较差,锤击易碎,部分手可掰动;岩石透水率一般8.0 Lu,最大可达88 Lu,具弱~中等透水性。
坝址区河床较为平缓,两岸直接与山坡接触,坝基河槽段宽约150 m,岩性为中生代燕山期花岗片麻岩;上部强风化花岗岩(顶部接近全风化)揭露厚度4.0 m~7.2 m,裂隙较发育,岩石岩芯破碎,RQD=0。岩石透水率为2.2 Lu~43 Lu,为弱~中等透水性;下部弱风化花岗岩揭露厚度2.8 m,岩石较新鲜完整,锤击声脆,裂隙较发育,RQD=54%~65%,岩石透水率为2.2 Lu~5.2 Lu,属弱透水,河槽段下游常年有水,且出现有明流。
4 大坝防渗加固设计
4.1 防渗处理方案比选
本大坝为粘土心墙坝,坝基清基不彻底,坝脚沼泽化;大坝防渗体呈中等透水;要对坝基渗透稳定问题进行彻底处理,采用垂直防渗措施截断透水层的工程措施还是行之有效的。垂直防渗措施主要有高压喷射灌浆和塑性混凝土防渗墙。
高压喷射灌浆法在过去许多工程已经应用,具有可灌性好、连接可靠、适应地层广深度较大、施工场地要求不高等优点,但从近几年的效果看,防渗体施工质量均匀性较差,防渗体耐久性较差,土颗粒被带走后防渗效果将降低;塑性混凝土防渗墙法处理坝体渗流彻底、适用性较广、施工条件要求较宽、比较安全、可靠,但造价较高且施工速度较慢。综合比较,为彻底解决坝体坝基质量及渗流问题,推荐塑性混凝土防渗墙法。
4.2 防渗墙厚度
防渗墙的厚度应满足墙体抗渗性、耐久性、满足墙体应力和变形的要求,同时还应考虑到地质情况及施工设备等因素。
由于国内防渗墙设计无规范,防渗墙的渗透计算和渗透稳定分析以及强度、变形计算尚无规范的计算方法和理论。在设计时,根据防渗墙破坏时的水力坡降确定墙体厚度(d),计算公式如下:
其中,ΔHmax为作用在防渗墙上的最大水头差,m;K为抗渗坡降安全系数,一般取5;Jmax为防渗墙渗透破坏坡降,取300;假定防渗墙承受的最大水头差与坝前水深相同,且由于河流水头较低,ΔHmax一般在15 m~25 m之间。计算得:d=0.2 m~0.5 m即可满足要求。由于大坝为永久性建筑物,考虑到混凝土的溶蚀,参考国内工程经验,本水库大坝混凝土防渗墙墙体厚度确定为0.5 m。
5 加固前后大坝渗流计算
该水库大坝为粘土心墙坝,根据地质勘测资料,对大坝各典型断面进行渗流计算。渗流计算采用的水位为加固选定方案下的水库调洪验算成果。坝体渗透稳定分析采用河海大学《水工结构有限元分析系统Atobank5》进行计算。
5.1 计算原理
程序采用有限元分析法求解渗流场。稳定渗流方程为:
其中,k为土的渗透系数;为势函数,=(P/γW)+γ,γW为水的容重,P为水压力。
对于土石坝的无压渗流情况,先假设一个大致的自由表面初始位置,程序通过反复迭代和修改自由表面位置,使其满足规定的边界条件,得到新的自由表面,此线即为第一条流线即浸润线。程序同时给出每个单元的渗流量、渗透坡降等信息。
5.2 计算工况及计算参数
根据本阶段除险加固设计,参照SL 274-2001碾压式土石坝设计规范,坝体渗流计算工况为:1)校核洪水位渗流计算;2)设计洪水位渗流计算;3)正常蓄水位渗流计算。通过计算,提出渗流逸出点的渗透坡降、坝体渗流量及浸润线(见图1)。
各部分渗透系数分别为:心墙粘土K1=4.2×10-4cm/s;上游坝壳(砾质中壤土)K2=6×10-4cm/s;下游坝壳(粗砂)K3=1.8×10-3cm/s;坝基强风化花岗岩K4=9.8×10-5cm/s;加固前后大坝渗流计算成果见表1。
6 结语
由图1,表1可以看出,原典型断面其逸出比降均大于土体的允许逸出比降,且渗流情况较明显。坝体垂直防渗处理后其逸出比降和渗流量均明显减少,逸出比降均小于允许渗透比降,说明实施防渗墙后效果明显。
摘要：结合某水库大坝工程现状和地质条件,探讨了该大坝防渗加固设计,通过对大坝渗流观测资料的整理分析和加固前后大坝渗流计算,验证了坝体处理措施效果,以确保大坝坝体渗透的安全性。
关键词：土石坝,坝体渗漏,混凝土防渗墙,渗流分析
参考文献
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浅谈水库大坝坝体填筑施工技术 篇7
关键词：水库大坝,坝体,填筑施工技术
1 前言
某水利大坝工程坝址地质条件复杂, 表面主要为坡积和冰积物筱盖层, 基岩由含煤中细粉砂岩、粉砂岩、煤质页岩等韵律组成。坝区大小断层和层间剪切破碎带十分发育, 岩性条件较差。大坝为钢筋混凝土面板堆石坝, 最大坝高136m, 坝顶长534m、宽13m。坝体由防渗钢筋混凝土面板、趾板、垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区、下游堆石区、干砌石护坡组成。垫层区水平宽度为3m, 过渡层区水平宽度5m。
2 填筑生产性试验
2.1 场地平整
选取较为平整的场地, 用YZ- 26C型振动碾进行压实处理, 对基础取样, 保证干密度满足碾压试验料设计干密度。用石灰线划分不同的试验小组, 试验小组内布置1.5m×2m的方格网, 石灰线作好标识, 对基层面方格网进行高程测量。
2.2 铺料碾压
采用机械铺料, 由自卸汽车按顺序直接倒在场地上, 推土机进行推平, 局部不平处由人工整平。按标准虚铺层厚铺设完毕后, 按不洒水、洒水10%、洒水15% (体积比) 3种情况进行洒水作业, 由水表控制。基层面用石灰线布设1.5m×2m的方格网, 对层面高程进行测量。再用YG26C型振动碾按规定遍数进行碾压, 水平碾压时, 振动碾在同一碾压带上进退碾压, 进退时均起振各算1遍, 错距碾压时两条相邻碾压带连接处碾痕重叠20cm。碾压结束后, 对碾压后的层面高程进行测量。
2.3 测定试验
采用灌水法测定干密度和空隙率, 铁环直径2.5m, 试坑深度为填筑层厚。再按照试验规程要求测定颗粒级配、渗透系数、最大粒径等指标。
2.4 试验成果
对所有的试验小组成果进行整理, 绘制出铺层厚度、洒水量、碾压遍数、干密度与含水量的综合关系曲线。通过对各试验小组结果进行分析优选, 形成最终的填筑碾压施工参数。对于斜坡垫层料, 采用BW7552型振动碾, 碾压参数为4遍, 不加水。
3 填筑施工技术
3.1 施工准备
施工准备内容包括场地平整、测量、立层厚标志杆和分区界线标志。先对填筑场地进行平整, 两侧坝坡清理干净, 并按照规范要求测量方格网高程。根据填筑料的不同分区, 用石灰线作好标识, 制备不同高度的层厚标志杆, 作为填筑层厚的参照物。左右两岸修建若干个蓄水池, 用PVC管接至填筑工作面, 管子终端安设水表, 进行洒水计量。
3.2 坝料铺设
坝料填筑分区分块由低向高铺料, 铺料方向平行坝轴线方向, 主堆石、次堆石、下游堆石均采用进占法铺料, 自卸汽车卸料后由推土机推料平整。垫层料和过渡层料采用后退法卸料, 垫层、过渡层料人工配合反铲平仓整平。在铺料过程中, 严格按照分区石灰线铺设, 如果超出用反铲挖掘机作修整;厚度按照层厚标志杆进行控制。
3.3 补洒水、碾压
在碾压过程中根据坝料含水量补洒水, 洒水采用人工拖PVC管均匀喷洒, 专用洒水车作为补充。碾压采用YZ- 26C自行式振动碾, 碾压采用进退错距法碾压, 除施工道路处顺坡向碾压外, 其他部位沿平行于坝轴线方向进行。碾压参数以批准的碾压试验成果为准, 碾压不到的部位采用小型振动碾碾压。
3.4 填筑顺序
3.4.1 主堆石、次堆石、下游堆石区料填筑
坝体主、次堆石区及下游堆石区的填筑除料源的级配、质量要求、铺料厚度、压实度都各有差异, 但其施工方法基本相同。填筑料采用32t或26t自卸车运输卸料进占法填筑, 以使粗径石料滚落底层, 细石料留在面层, 以利于推土机的平整和碾压。卸料的堆与堆之间留1.0m左右间隙。平仓采用山推320型推土机平仓, 振动碾采用自行式振动碾碾压, 碾压时采用错距法平行坝轴线方向进行。铺料层厚、洒水量、碾压遍数、行驶速度严格采用碾压试验确定的参数施工, 铺筑碾压层次分明, 做到平起平升, 以防碾压时漏振欠振。在岸坡边缘靠山坡处, 大块石易集中, 故岸坡周边选用石料径≤40cm, 级配良好的石料铺筑, 严防架空现象。碾压时滚筒尽量靠近岸坡, 沿上下游方向行驶, 仍碾压不到之处采用平板振动碾压实, 确保岸坡部位碾压合格。洒水在碾压前提早进行, 专人负责, 加水量由水表严格控制。在碾压过程中根据需要补洒水, 补洒水由专用洒水车按碾压先后次序分别洒水。坝体堆石料尽可能做到大面积铺筑施工, 保持坝体均匀上升, 以减少接缝, 当采用分期分块填筑时, 对层面块间的接坡处采用台阶式的接坡方式, 对接坡处的虚铺石料、超径块石必须挖除重填, 以保证接坡处压实度符合设计。
3.4.2 过渡区堆石料填筑
填筑前, 必须把主堆石区上游面所有>30cm的已分离的块石清除干净。填筑时采用26t或20t自卸汽车将料直接卸入过渡区工作面, 后退法卸料, 倒料顺序可从两端向中间进行, 以利洒水车作业。堆与堆之间留0.5m间隙, 用推土机推平, 再用反铲辅以人工整平。铺层厚度、碾压遍数、洒水量、行驶速度等施工参数严格按确定的碾压参数执行。
3.4.3 垫层区料填筑
垫层料最大粒径控制在10cm以内, 垫层料由大坪砂石料场轧制, 经掺拌后符合设计级配要求的成品料, 采用20t自卸车运至垫层区, 然后用推土机平仓并辅以人工整平。铺料前与过渡区界面上的粒径>10cm已分离的石料必须清除干净, 填筑时在上游边线法线方向超填15~30cm的余量, 便于修坡。铺筑方法同过渡区料, 并与同层过渡料一并碾压。垫层料和过渡料的填筑需与堆石区同步进行, 即主堆石区填筑1层, 垫层、过渡层填筑2层。垫层料每升高5m, 进行一次上游边坡修整, 修整后坡面在法线方向宜高于设计线5~8cm。垫层每升高10~15m进行1次斜坡碾压, 并做M2.5碾压砂浆护面。
3.5 坝体填筑接合部的处理
3.5.1大坝各区料的界面处理
大坝填筑各区料的交接界面必须注意防止大块石集中, 特别是垫层料与过渡料之间、过渡料与主堆石料之间, 填筑料的粒径差距较大, 施工时难免有不合格料滚落集中, 因此要及时采用反铲挖掘机或人工清除, 保证主堆石区不侵占过渡区、过渡区不侵占垫层区。
3.5.2 坝体与岸坡接合部的填筑
坝料填筑时, 岸坡接合部位易出现大块石集中现象, 且碾压设备不容易到位, 造成接合部位碾压不密实。因此在接合部位填筑时, 应减薄填筑铺料厚度, 或采用过渡层料填筑, 碾压设备顺岸坡方向碾压, 碾压不到的部位采用小型振动碾碾压密实。
3.5.3 坝体分期接合部的施工
由于本工程施工工期长, 面板分三期施工, 中间需要预留一定时间的沉降期, 且按照临时挡水要求各区填筑高程不相同。在坝体分期接合部位, 存在一定宽的半压实状态的松散料, 必须加以处理才能进行上一层料填筑。处理的方法主要采用反铲挖土机或推土机削坡处理, 在后填筑区填每一层新料时, 超前在先填筑体边坡处用反铲挖掘机在边坡上削坡, 把原半压实状态的松散清除到坝内已压实的面层上。削坡厚度一般为1.5~2.0m, 削坡后的台阶与新填筑层同时洒水后, 用振动碾顺边坡方向骑缝碾压结合部, 随着后填区的升高逐层进行削坡处理, 依次边削边填边碾压到顶部。
结语
本文对水库大坝坝体填筑施工技术主要控制环节——坝体填筑运卸料、平料、水平碾压、斜坡碾压、修坡、测量控制、质量检测等进行阐述, 笔者根据近几年的工作实践, 加以粗浅总结的认识与体会, 所以它比较客观地反映当前坝体填筑的有关技术, 同时又能满足质量要求。
参考文献
[1]吴成根.紫坪铺大坝填筑质量控制[J].四川水力发电, 2006, 28 (02) :118