小型土石坝防渗加固前后渗流及稳定分析

魏文强 胡继刚 贺彪

摘 要：土石坝是我国应用较为广泛的水库的坝型，从经济角度及施工角度分析，土石坝相比其他坝型有较大优势。近年来，我国正在全国范围内检修各类土石坝，主要为了使土石坝满足渗流稳定。本文通过介绍土石坝的类别，分析土石坝渗流的形式，研究土石坝渗流的具体反映，提出防渗加固的措施，并对其稳定性进行分析，以供参考。

关键词：小型土石坝 防渗加固前后 渗流 稳定分析

1.土石坝的类别

土石坝主要利用在施工地点处开采的建筑材料或当地的土料、石料等，通过抛填、碾压的方法堆筑而成的坝。土石坝按照筑坝材料区分，一是土坝，主要以土和沙砾为主；二是堆石坝，主要以石渣、鹅卵石、爆破石料等为主；第三是土石混合坝，筑坝材料为土石混合料。土石坝的特点是对建造地点、地质地理等要求较低，能够适应较多的地质地理类型。

2.土石坝渗流的形式

填筑土石坝的土料和坝基的沙砾呈现散粒体结构，颗粒与颗粒之间存在一定的孔隙，因此会有一定的透水性，这便是土石坝发生渗流情况的原因。如果这种渗流情况的出现是在设计或者管理人员的监控之下，则为正常情况下的渗流。正常情况下的渗流主要有以下几种表现状态：大坝任何部位的坝体都会出现渗流状况，渗流流量较小，水质较好，清澈透明，基本不裹挟土壤颗粒，因此对于坝体和坝基不会造成渗透性的损坏。但是坝体渗流一旦出现较为浑浊的水质，渗流流量较大且非常集中，水流透明度极低，裹挟大量泥沙，严重影响坝体和坝基情况，并使其产生管涌，流土、接触性冲刷等严重破坏状况，这种渗流便称之为异常渗流。这种异常渗流的出现会造成土体渗透破坏状况，严重影响本地蓄水兴利政策的实施。

3.某小型土石坝渗流工况分析及计算结果

3.1工程概况

某小型土石坝位于城镇内，为均质土坝，最高处为15.57米。根据相关资料显示，目前坝体与坝基的渗透系数分别为1.90×10-5cm/s、3.6×10- 6cm/s。大坝主体外坡左侧79.5米处存在湿润浸散，大坝主体左右两边坝肩处存在渗漏水现象，水流量为0.04～0.08L/s。

3.2工况分析与结果

3.2.1工况分析

以该水库详细资料为基础，水库水位从798.80m（正常蓄水位）降至790.50m（死水位）需要二十天左右，水库水位降速平均数值为v =0.42m/d。结合相关资料将其分为六种情况进行渗流分析：（1）正常蓄水位798.80m；（2）設计洪水位799.60m；（3）校核洪水799.90m；（4）死水位790.50m；（5）上游水位从799.90m骤降为790.50m的渗流情况；（6）当上游水位从799.90m骤降为798.80m再降为790.50m的渗流情况。

3.2.2计算结果

根据大坝内部的浸润线位置可知，工况（1）～（6）出现渗流情况时的坡降为J=0.34～ 0.43，根据相关规范可知，规定值坡降为[J]=0.48，坡降计算值小于规范要求数值。

3.3相关数据分析

根据勘察资料以及计算结果可知，下游的三个流水点分别为：（桩号0+049、高程794.08m处）、（桩号0+063、高程795.84m处）、（桩号0+067、高程795.00m） 三处渗流总量为0.6L/s；下游的散浸情况出现在（桩号0+016～0+052、高程792.12～788.17m）处，渗流量为0.4L/s，结合公式计算可知，这几处处于中等透水状态，需要进行防渗处理。

4.处理土石坝渗流情况的主要措施

小型土石坝可采用混凝土防渗墙、劈裂灌浆防渗、土工合成材料防渗等措施来截断已经出现的渗流路径。

输水涵管的老化以及失效状况，是目前我国国内小型土石坝普遍存在需要及时处理与解决的问题。对于这类问题，可选择补强加固，开挖翻建、采用顶管技术将土石坝内的设施进行更换，使土石坝的渗流情况得到改善，保证土石坝的使用状态。

为了能更好的提高小型土石坝的防洪标准，减少土石坝的渗流情况，应当加高大坝以保证其蓄水调节能力不断增加、重视改造后土石坝的泄流流量。土石坝在加高过程中，需要将加高高度控制在一米之内，最高不超过三米，若高度继续增加，就需加宽大坝宽度。在加大土石坝泄流能力时，应当选择对其宽度进行加宽，或是对溢洪道进行加深，并增设防浪墙。

5.小型土石坝加固前后的稳定分析

为了提高该小型土石坝的防洪能力，处理坝体渗流情况，避免对周边村落或周边人民群众的生产生活造成威胁，应当重视大坝的渗漏问题，对大坝原本的坝顶、坝坡、排水棱体等内容进行加固，对坝身部位也应当堵漏与修正，截渗大坝已经出现的渗流通道，将坝坡中出现渗流情况的部位进行修整，才能更好的提高大坝的建筑质量，保证其正常运行。

根据笔者收集的资料，在某小型土石坝加固之后，大坝位移与加固之前的位移相比有所增大但变化处于合理数据范围之内；应力变化情况不大，但加固之后的坝体应力水平明显高于加固之前，最大压应力甚至比加固之前增大一个量级（如表1所示）。这是由于心墙的自重以及两侧坝体的自重向下对于墙体造成了一定的摩擦力。

由此可知，在加固土石坝的过程中，防渗墙能够有效增强坝体的防渗效果，能降低浸润线高程，但是加大了坝体的应力，使得防渗墙受到应力的作用出现不协调的状态，尤其是防渗墙的底部，受到应力的作用与影响更为明显。由混凝土材质组成的心墙受到的影响较低，应力的变化依旧在混凝土的抗压强度区间之内。

6.结语

根据文中内容可得，对于小型土石坝出现的渗流情况，应当及时进行加固除险，才能在原设计规模不变化，各类效益不减少的基础上，处理在土石坝运行过程中已经暴露的问题，并将潜在的安全隐患消除。

参考文献：

[1]黄云超，乔一乐，孙文杰.关于小型病险土石坝除险加固的探讨[J].科技视界，2016（09）：260-261+280。

[2]高坤.某小型水库除险加固方案设计[J].安徽建筑，2018，24（05）：159-160.

[3]刘建光.套井回填在中小型土坝防渗加固中的应用及其质量控制[J].水利水电技术，2017， 42（10）：83-86.