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大站水库副坝除险加固及防渗技术分析

    近几年来， 塑性混凝土防渗墙与复合土工膜技术在大坝坝体及坝基防渗处理中得到了较为广泛的应用， 本文采用岩土工程设计软件geo-studio 下SEEP/W模块对该技术进行二维渗流仿真分析，提出科学合理的防渗加固措施。   1 ·工程地质概况
    大站水库位于山东省济南市章丘西巴漏河下游，枣园镇大站村东，属小清河水系，控制流域面积440km2，是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、养殖等多种用途的中型水库。
    水库工程枢纽由主坝、西副坝、东副坝等组成。西副坝坝型为壤土均质坝， 坝长3005m， 坝顶高程83.70～84.30m，最大坝高13.5m。
    副坝2+250～2+744段坝体接高部分填筑土及原坝土主要为壤土，其粘粒含量、塑性指数基本符合防渗体土料技术要求，渗透系数3.68×10-4cm/s，属中等透水性壤土，压实度不满足规范要求，填筑质量较差。坝体接高部分土质不均匀，呈高压缩性。坝基强透水的卵砾石与壤土层间存在接触冲刷破坏的可能，造成壤土坝基土质流失， 渗透的长期作用将会破坏坝基的完整性和稳定性，影响坝体安全。同时，坝基渗漏造成坝下游村庄和土地淹没，并可能造成土地盐碱化。
    针对上述问题，对副坝2+250～2+744段采用塑性混凝土防渗墙［1］+复合土工膜防渗，混凝土防渗墙墙顶高程78.50m， 防渗墙轴线距副坝上游坝肩15m，墙底嵌入基岩1m，墙体选用厚40cm，高程78.50m以上采用复合土工膜防渗。坝顶加宽至5.0m，上游新建浆砌石护坡，新建防浪墙，坝顶高程84.16m。
    2· 二维稳定渗流有限元计算理论［2］
    二维稳定渗流基本方程：
    大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
    3 ·渗流数值计算
    3.1 模型建立及边界条件
    对副坝2+250～2+744段大坝加固后进行防渗效果评价和安全性分析。
    取副坝2+510特征断面进行渗流仿真分析，计算采用AutoCAD2010进行建模，并采用Geo-Studio软件的分析模块SEEP/W［3］进行计算后处理分析。
    取校核洪水位进行仿真分析。
    副坝2+510断面处上游水位84.0m， 下游水位77.0m。考虑到计算结果的精确性，模型中大坝左边界取至距坝轴线40m处， 右边界取至距坝轴线35m处，大坝顶部高程84.16m，底部高程46.0m，底部泥质细砂岩岩层厚取10m。模型网格剖分如图1，其中网格节点数为511个，单元数为478个。
                大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
    3.2 计算参数
    渗流计算参数如表1。
               大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
    3.3 防渗效果分析
    为了研究混凝土防渗墙和复合土工膜的防渗效果，取4种方案进行渗流计算分析。
    方案1：不设置混凝土防渗墙与复合土工膜；
    方案2：设置复合土工膜；
    方案3：设置混凝土防渗墙；
    方案4：设置混凝土防渗墙和复合土工膜。
    限于本文篇幅，文章给出其中方案2、方案4两种方案的流速矢量图和4种方案等势线计算结果进行分析。
    图2、图3是副坝2+510断面在方案2和方案4两种方案下的水的流速矢量图。
                大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
                大站水库副坝除险加固及防渗技术分析 
    由图2、图3可知，在未加设混凝土防渗墙时，水主要由坝基上游通过坝基②层砂砾强透水通道向坝基下游渗透，在该砾石层中水的流速最大。加设防渗墙后，水从复合土工膜进入到坝体壤土层内较少， 进入到坝基内的水在混凝土防渗墙的阻隔下， 发生绕渗现象［4］，主要由防渗墙底端向下游出水口处渗透， 在防渗墙底端及坝基②和④砂砾石层中，水的流速较周围大很多。
    图4～图7分别为4种不同情况下的2+510断面校核洪水位等势线图，由图可知随着加固措施的增强，浸润线位置［5］逐渐下降，在防渗墙的阻挡下，上游一带地下水头变幅较小，水头等值线变得稀疏，而在防渗墙部位，地下水头减幅较大，等值线密集，逐渐呈直线分布［6］。在下游，防渗墙和土工膜的加设，使水头明显降低，等势线变得较为稀疏。
                 大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
                 大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
    计算结果分析，4种不同情况下， 水的单宽（每米）渗流量分别为3.44，1.76，2.71，0.22m3/d。在不采取加固措施的情况下，水的单宽渗流量达到最大值3.44m3/d，只加设防渗墙时，减小了49%，只设置复合土工膜时，减小了21%，同时设置防渗墙和土工膜时，减小了94%。防渗墙与土工膜两种只设其一时，虽然单宽渗流量均有所减小，但是其值依然较大，而同时设置防渗墙和土工膜后，渗流量明显减小，仅为0.22m3/d，地表基本无水渗出，这是因为不设置复合土工膜时，防渗墙无法阻挡水由坝坡向下游渗透，加上校核洪水位水位较高， 因此渗漏现象不会得到明显改善，不设置防渗墙时，水将会直接从坝基上游通过透水通道向下游出水口渗出，也会使渗流结果较大。
    3.4 防渗墙渗透系数敏感性分析
    取塑性混凝土防渗墙渗透系数分别为1.0E-07，1.0E-08，1.0E-09，1.0E-10，1.0E-11m/s 5种情况下进行计算分析。
    计算结果如表2。
             大站水库副坝除险加固及防渗技术分析
    由表2可知随着防渗墙渗透系数的减小，单宽渗流量值和水的流速逐渐减小， 在渗透系数为1.0E-10m/s时基本达到稳定值，单宽渗流量最小值0.19m3/d，最大值1.08m3/d，水的流速最大值为7.30E-06m/s，最小值9.42E-07m/s。
    由于设置混凝土防渗墙后， 上游和下游等势线稀疏，水力坡降［7］值变小，在防渗墙附近墙趾位置，等势线密集，水力坡降变化较大，随着混凝土防渗墙渗透系数的减小， 防渗墙下部最大水力坡降逐渐增大，当渗透系数为1.0E-09m/s时，达到最大值1.1，出逸口处水力坡降随着渗透系数的减小而减小， 最大值0.29， 最小值0.05， 两处水力坡降在渗透系数为1.0E-9m/s时，基本达到稳定值，之后呈直线走势。
    4 ·结语
    （1）运用geo-studio软件对大站水库副坝进行了仿真分析， 通过对不同加固措施下防渗效果进行对比分析， 得出了在该工程中混凝土防渗墙和复合土工膜联合防渗下，坝体及坝基不会发生渗漏，大坝的渗流稳定性增强， 渗漏量大大减小， 浸润线大大降低，防渗措施明显改善了大坝的渗流状况，防渗处理效果较好。
    （2）土的渗透变形形式为流土，出逸点渗透比降允许值0.36，通过对副坝2+510断面混凝土防渗墙在不同渗透系数下坝后出逸点渗透比降比较分析，可知当混凝土防渗墙渗透系数为1.0E-9m/s时，出逸口渗透比降趋于稳定，为0.06，较允许值小很多，不会发生流土现象， 防渗墙下部泥质细砂岩水力比降为1.1，也不会发生渗透破坏，无需对其做帷幕灌浆处理， 单宽渗流量为0.22m3/d， 同稳定值0.19m3/d均较小，不会出现渗漏现象，从而校核和优化了混凝土防渗墙渗透参数。
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点击次数：  更新时间：2016-8-9 10:08:28  【打印此页】  【关闭】
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