油榨塘水库大坝渗流安全评价研究

朱林锋

(湖南湘恒工程检测有限公司，湖南 长沙 410017)

0 前 言

油榨塘水库属湘江水系，位于湖南省株洲市天元区雷打石镇新林村境内，在湾塘港支流的上游，地点叫油榨塘。其距雷打石镇15 km。油榨塘水库流域面积0.28 km2，河道干流长度0.637 km，干流平均坡降26%。大坝防洪标准为：设计洪水10年一遇，校核洪水50年一遇。经本次复核，水库正常蓄水位81.30 m，相应库容20.6万m3，死水位74.5 m，死库容0.2万m3，设计洪水位81.57 m，相应库容23.42万m3，校核洪水位81.69 m，总库容24.9万m3。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道及输水涵洞等建筑物组成。大坝坝型为均质坝，坝顶高程83.20 m，最大坝高11.10 m，坝顶轴长46 m，坝顶宽5 m。溢洪道位于大坝左岸，为正槽开敞式，过水断面为矩形，底宽1.1 m，深1.6 m，长58.6 m，设计底板高程81.30 m。输水涵洞长50m，断面为原浆砌石矩形箱涵(净高800 mm，宽400 mm)内衬DN280mm的PE管，进水口高程为74.50 m。

1 渗流安全评价内容

库枢纽工程由大坝、溢洪道及输水涵洞等建筑物组成。大坝坝型为均质坝，坝顶高程83.20 m，最大坝高11.10 m，坝顶轴长46 m，坝顶宽5 m。按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)第5.1.2条，其洪水标准按山丘区标准确定。根据《防洪标准》(GB 50201—2014)，确定等别为Ⅴ等工程，主要建筑物级别为5级，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，消能防冲标准为10年一遇。大坝主要存在大坝防洪标准偏低、大坝坝体、坝基渗漏、无排水棱体、输水涵破损、老化、渗漏严重、取水卧管损坏、渗漏严重、溢洪道破损、底板开裂、隆起、无消能设施、防汛公路不畅等问题[1-5]。坝基根据岩土的岩性及风化情况，构造纲要见图1。

渗流安全评价采用现场检查法与计算分析法相结合的方法。现场检查法包括现场观察及现场钻孔检查、检测等，有关的现场检查及评价详见“工程质量评价”和“大坝运行管理评价”部分[6-8]。计算分析法就是采用模拟各种岩土介质的渗透特性和各种入渗、排水边界条件，计算坝体及坝基各种水位的渗流场，并且可根据现状水位实测渗流场，预测未来高水位的大坝渗流场，通过渗流场中的渗流比降与允许渗透比降的比较来评价大坝渗流安全评价[9-10]。本文主要通过现场检查及结构分析法对大坝防渗体及输水涵洞进行渗流安全评价，运用计算分析法对大坝在稳定渗流和非稳定渗流运行情况下进行渗流安全评价。

图1 构造纲要图

2 稳定渗流计算

2.1 荷载组合

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)第8.1.2条规定以及大坝的实际情况，渗流计算应考虑下列水位组合：①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；②上游设计洪水位与下游相应的水位；③上游校核洪水位与下游相应的水位；④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况；⑤上游1/3坝高水位与下游相应的水位。

2.2 上、下游水位的确定

本次渗流分析计算，水库特征水位按油榨塘水库洪水标准复核成果进行计算，正常蓄水位81.30 m，设计洪水位为81.57 m，校核洪水位81.69 m，1/3坝高水位75.80 m，下游无水。

2.3 大坝渗流计算内容及结果

1)上游正常蓄水位81.30 m，下游无水，通过计算程序得出坝体渗流结果为：坝体逸出点最大渗透坡降，0.20；允许渗透坡降J允许，0.30；渗流量，0.151 m3/d·m。

2)上游设计洪水位81.57 m，下游无水，坝体渗流结果为：坝体逸出点最大渗透坡降，0.22；允许渗透坡降J允许，0.30；渗流量，0.185 m3/d·m。

3)上游校核洪水位81.69 m，下游无水，坝体渗流结果为：坝体逸出点最大渗透坡降，0.23；允许渗透坡降J允许，0.30；渗流量，0.194 m3/d·m。

4)上游三分之一坝高水位75.80 m，下游无水，坝体渗流结果见为：坝体逸出点最大渗透坡降，0.15；允许渗透坡降J允许，0.30；渗流量，0.119 m3/d·m。

3 非稳定渗流计算

3.1 库水位最快可能降落曲线的确定

非稳定渗流计算考虑库水位最快可能降落这种最不利组合，即假设计算时段内无降雨，闸门全开，涵洞及涵洞以设计最大流量快速往下游宣泄，得出油榨塘水库最快可能库水位降落曲线。据此分成两个时段进行非稳定渗流计算，各时段库水位及其相应间隔时间见表1。

表1 大坝非稳定渗流计算时段及水位

3.2 大坝非稳定渗流计算

假定库水从校核洪水位(81.69 m)以最快速度降落，本文列出库水位降落到81.30和死水位74.50 m水位时的计算结果表2。

表2 大坝计算断面非稳定渗流计算结果

1)大坝渗流安全评价。通过地质勘察报告推荐值得知，大坝允许渗透坡降[J]=0.30。经过理正渗流软件计算分析各个工况下水库大坝逸出点最大坡降都小于大坝允许渗透坡降，不存在发生渗透破坏的可能；而且各个工况下水库大坝下游坝坡浸润线出逸点都在贴坡排水顶高程76.10 m之下，满足要求。

2)输水设施渗流安全评价。输水涵洞长50 m，断面为原浆砌石矩形箱涵(净高800 mm，宽400 mm)内衬DN280 mm的PE管，进水口高程为74.50 m。2012年对大坝进行除险加固过程中，输水涵采用DN280 mmPE100级硬塑管衬套，泵送C20混凝土填充的办法进行加固，卧管翻新重建，渗漏问题已解决，经过多年运行，未出现新渗漏问题。现场检查未发现涵洞异常渗漏现象，抗渗能力基本能满足规范要求。

3)泄水设施渗流安全评价。溢洪道位于大坝左岸，为开敞正槽式宽顶堰，过水断面为矩形，底宽1.1 m，深1.6 m，长58.6 m，堰顶高程81.3 m。由短型泄洪槽组成，消力池完好。

根据《溢洪道设计规范》(SL 253—2018)相关规定，溢洪道渗流安全基本满足要求。

4 结 论

1)通过大坝上一次除险加固，对坝体上游采用黏土斜墙和防渗槽的组合方案解决大坝渗漏问题。 根据钻孔资料的数据，坝基岩石透水率多为弱透水层，岩石透水率小于10Lu。这说明坝基防渗处理效果较好，抗渗能力满足规范要求。

2)通过地质勘察报告推荐值得知，大坝允许渗透坡降[J]=0.30。经理正渗流软件计算分析各个工况下水库大坝逸出点最大坡降都小于大坝允许渗透坡降，不存在发生渗透破坏的可能；而且各个工况下水库大坝下游坝坡浸润线出逸点都在贴坡排水顶高程76.10 m之下，满足要求。

3)现场检查未发现涵洞异常渗漏现象，抗渗能力基本能满足规范要求。

4)现场检查未发现溢洪道异常渗漏现象，抗渗能力基本能满足规范要求。

综上所述，参照《水库大坝安全评价导则》(SL 258—2017)的规定，油榨塘水库的渗流性态安全性分级评定为A。

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