广西玉林寒山水库安全评价及防渗加固设计

广西玉林寒山水库安全评价及防渗加固设计

1水库枢纽工程寒山水库距离广西玉林市约8公里。这是一个以灌溉为主的中等水库。水库控制集水区9.81公里和室外旁路面积29.公里，总收水面积1590.3m，正常水位110m，设计灌溉3.12万亩，最大年灌2.1万亩。水库枢纽主要建筑物有主坝1座、付坝2座,排洪道1座,输水涵管2座,引水渠1条。由于主付坝渗漏严重,溢洪道及引洪渠等设施不完善且已年久失修,历年列为三类危险工程,需进行除险加固处理。主坝坝高为20.8m,坝顶宽5.5m,坝顶高程为113.5m,坝顶长212m,虽坝体不高,但坝基为松散状的砂及砾石层,渗漏比较严重,是防渗的重点部位。为此,2000年12月27日～2001年8月23日加固设计采用高压摆喷灌浆对主坝进行防渗加固处理。2主坝加固前的渗透2.1坝体材料及渗流分析根据钻探观察分析,坝基表面有一层厚约1.5～3m的粉质亚粘土,渗透系数k0=10-5cm/s,内坡为水泥土斜墙,渗透系数k1=10-5cm/s,坝体填土为砾质壤土,渗透系数k2=6×10-4cm/s,若考虑坝基粘土层不遭破坏,则坝体渗漏量及渗润线可按不透水地基且下游有反滤堆的斜墙坝计算,计算采用黄委设计院与河海大学工程力学研究所联合编制的计算软件《水工结构分析系统》,用渗流有限元法进行渗流计算。2.2渗透梯度分析2.2.1土体临界坡降主坝坝体土粒比重为γs=2.67g/cm3,土体空隙比e=0.71,空隙率n=0.42。因此,土体的临界坡降jc为:jc=(γs/γ-1)(1-n)/k式中:jc——临界坡降;γs——土粒比重;γ——水的比重;n——土的孔隙率;k——安全系数;为1.5～2,现取k=1.5。经计算,可得主坝jc=0.65。2.2.2通过流网测定原理监测由最大断面稳定渗流期的流线求出坝体内最大渗透坡降值J:J=ΔH/ΔL式中:J——渗透坡降;ΔH——浸润线上进出口两点间的水头差,可由流网中测出;ΔL——浸润线上进出口两点间距离,可由流网中测出。从表1可以看出,主坝在各工况下坝体的渗透坡降均小于临界流土坡降,坝体的局部渗透是稳定的,主坝在稳定渗流作用下是安全的,不会发生流土破坏。3水库加固后的渗透3.1坝体及坝体的渗透系数计算工况: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。根据《寒山水库主坝高喷灌浆围井试验报告》提供的试验值,坝体的渗透系数为5×10-4cm/s,砼心墙渗透系数为2.57×10-6cm/s。坝基粗砂层渗透系数为1×10-2cm/s。有限透水地基上有排水棱体的砼心墙坝计算模型。计算采用黄委设计院与河海大学工程力学研究所联合编制的计算软件《水工结构分析系统》,用渗流有限元法进行渗流计算,绘制渗流分析成果图如图1。3.2水浸线实测资料主坝加固后2001年9月23日至2005年7月21日浸润线实测资料,根据实测资料绘制浸润线见图2,3,寒山水库放水与停水渗流量对比如下表2。4编制坝体防渗试验成果,确定灌浆前后的渗漏量以减少实践的结果和效果,(1)主坝渗漏量观测资料分析:主坝渗漏观测设施设在主坝坝脚外,为地下廊道式,其渗漏量的观测成果受到降雨地表水下渗的影响,尤其是设在主坝右端观测设施受灌溉渠漏水的影响(表2渗漏量对比亦说明其有很大影响),渗漏量观测数据有反常现象,未能代表其主坝的实际渗漏量,作为主坝灌浆前、后对比缺少说服力,如灌浆前1996年7月29日库水位105.50m渗漏量为13.4L/s,1997年6月5日库水位105.36m,渗漏量为8.8L/s,而1997年9月6日库水位106.27m,渗漏量为8.8L/s等,均说明其成果受外界影响较大,但就一般来说每年的12月份至次年的3月份降雨极少,基本无灌溉用水,渠道进入维修期,这一阶段的渗漏量基本代表主坝的渗漏量,现选择该时期库区无降雨、无灌溉放水时的同等库水位灌浆前后的渗漏量对比见下表3。从表3可以看出,观测的渗漏量基本属于主坝本身,在同等库水位的情况下灌浆后的渗漏量比灌浆前有所减少,在正常情况下减少20%～35%。另从表3反映的渗漏量看库水位基本相同放水灌溉的渗漏量为3.8L/s,不放水时为2L/s,不放水时少47%,灌浆前的1999年10月20日～2000年7月1日库水位在101.50m左右时其平均渗漏量为4.41L/s,按47%扣除放水影响后作为主坝渗漏,实为2.34L/s,与灌浆后同等水位比渗漏量减少23%。由此,认为主坝高喷灌浆起到一定的防渗作用。(2)从浸润线分析看:正常情况下防渗墙前后水位稍有下降的趋势。(3)从围井试验成果看:防渗墙渗透系数为2.57×10-6cm/s,而坝体的渗透系数为5×10-4cm/s,两者相差为100倍。(4)理论计算正常工况浸润线未逸出坝面,实测浸润线与理论计算对比,实测虽高出理论线2～3m