新立城水库坝基渗流分析及防渗措施选择.pdf

第 0 1 期 总第 3 6 8期 吉 林水利 2 0 1 3年 0 1 月 文章编号 1 0 0 9 2 8 4 6 2 0 1 3 0 1 0 0 0 4 0 3 新立城水库坝基渗流分析及防渗措施选择 李永庆 1 2 赵清 z 1 吉林大学环境与资源学院 吉林长春1 3 0 0 0 0 2 长春 市新立城水库 管理局 吉林长春1 3 0 1 1 9 摘要 新立城水库大坝建成运行近 5 0年 限于当时的客观条件 水库坝基没有进行有效地防渗处理 存在 着渗 漏 问题 通过对土坝渗流分析 坝体 坝肩渗流稳定 只有坝基 需防渗处理 经过对混凝土防渗墙 高压喷射灌浆 导 渗沟三方案 比选 采取坝基高压喷射灌浆方案更为经济合 理 关键词 新立城水库 坝基 渗流分析 防渗措施 中图分类号 T v 6 9 8 1 2 文献标识码 B 1 工程概述 新立城水库位于吉林省伊通河中上游 距长 春市区 1 6 k m 集水 面积 1 9 7 0 k m 总库容 5 9 2 1 0 8 m 是一座向长春市供水为主 兼顾防洪 养鱼 的大型水库 水库始建于 1 9 5 8年 1 9 6 2年竣工 新 立城水库大坝为粘土均质土坝 坝基是双层地基 由于 水平成 层 性 的影 响 渗 透水 流 的水 头损 失 较 小 下游 又不 能 自由渲泄 故 在不 透水 层底 面形 成 一 定 的承 压水 头 在表 层 土较 薄处 就 有顶 穿 产 生 盖的方式 新打 1 0 1 眼减压井 坝后水平铺盖位于 大坝桩号 0 9 1 8 2 4 2 8 m 从坝脚起至距坝轴线 1 5 0 m范 围内 从近些年的观测资料分析 坝后承压 水头逐年抬升 减压井的出流量逐年减少 渗流呈 恶化的趋势 尤以中西部坝段为剧 2 由于坝基透 水层渗漏和坝下较高的地下水水头 出现的浸没 现象 已经严重影响靠 近坝址下游的村庄和农 田 需采取防渗措施 2土坝坝基渗流分析 流土的危险 1 9 6 4年和 1 9 7 3年坝后 出现管涌翻 2 1 坝基渗流分析 砂和流土现象 1 9 7 5年河南 7 5 8大水后 新立城 新立城水库土坝坝基属于双层地基 即表层 水库被鉴定为全 国重点险库之一 于 1 9 8 3 1 9 8 8 为粘性土层 下面为沙砾石层 坝基表层为砂质粘 年进行 以防御可能 最大洪水标准 的保坝 工程建 土覆盖层 厚度 2 5 m不等 渗透系数 k l O T c m s 设 对水库土坝渗流采取了减压井和坝后水平铺 其下有部分淤泥质的砂质粘土 厚度 3 7 m 再 以 表 1 坝 址 区各 土层 地 质 参 数 表 粘土 I 1 粘土 1 7 粘土 2 1 淤泥质粘 士 2 2 砾质粗砂 2 3 细砾 2 4 黄土状粘士 3 2 0 3 2 0 4 1 9 4 2 0 o 1 9 9 1 9 8 1 91 1 9 3 1 6 4 1 6 6 1 5 0 1 6 2 2 6 9 1 2 7 l 旷j 0 3 7 0 2 6 8 2 7 0 xl O 2 6 8 2 25 x 1 0 0 3 9 2 2 6 7 7 1 4 xl O 0 3 7 8 3 8 xl O 0 1 O xl O 一 2 6 9 1 O xl O 4 0 2 O 1 O 1 O O 1 5 O 1 5 2 0 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 2 9 作者简介 李永庆 1 9 6 9 一 男 硕士 高级工程师 现从事 水库工程管理 工作 一d一 吉林水利 新立城水库坝基渗流分析及防渗措施选择 李永庆等2 0 1 3年 0 1月 下 为砂 层 和 砂砾 石 层 厚 度 3 6 m 再 以下 为 红 色 页岩和砾质岩层 坝基下砾质粗砂和细砾为强透 水层 连续分布 渗透系数 k O 0 3 8 0 0 8 3 e m s 当库水达正常高水位 2 1 9 6 3 m时 经计算坝基 平均 比降砾质粗砂 2 3 层为 J 实 0 1 2 J允 0 1 5 细砾 2 4 层为 J 实 O 1 4 允 O 1 5 故强透水层无 渗稳问题 新立城水库建成运行后 开展了原型观测 并 积累了较长系列的资料 从近些年 的观测资料分 析 坝后承压水头逐年抬升 减压井的出流量逐年 减少 大部分失效 渗流呈恶化 的趋势 尤 以中西 部坝段为剧E 2 如桩号 1 6 2 0 m坝段从 1 9 8 5年至 2 0 0 7年 坝脚 处渗压 水 位抬 升 0 9 5 m 折 合位 势 8 5 轴距 8 4 m处渗压水位抬升 1 0 8 m 折合位势 9 4 防汛路以外的农 田终年潮湿 农用井 自流 坝后水田有常年漏水点 存在渗漏问题 2 2 渗漏量估算 计算采用的特征水位 正常蓄水位 2 1 9 6 3 m 下游无水 坝基各土层渗透系数见表 1 渗流量计 算 公 式 如下 旦 I k面 坝 体 渗 漏 一 一 L 汐 调 J g 后 基渗漏 式 中 a o为浸 润线 下 游 坝坡 的 出逸 点 高度 I n m 为上游坡率 m 为下游坡率 Q为单位长坝 体 及 坝 基渗 流量 m 3 s K 为 分别 为 坝体 及 坝 基各 土层 的渗透 系数 c m s 圩 为上游水深 n 1 为 下游水深 m Z L为渗径 m T为不 透水层 以上 土层厚度 m 渗漏量估算选取 0 7 2 5 m 1 2 8 0 m 2 4 0 0 m三 个断面 取正常蓄水位 2 1 9 6 3 m进行计算 计算结 果见 表 2 表 2 大坝渗漏量计算成果表 q m3 s m 经计 算 水 库 每 年 总渗 流 量约 为 Q 1 5 4 x 1 0 4 m3 虽然坝体和坝基均不存在渗稳 问题 坝肩也 无绕坝渗漏 但从观测资料来看 坝后承压水头逐 年升高 加大了下游的浸没程度 需采取防渗措 施 3 坝基防渗措施 根据 碾压式土石坝设计规范 S L 2 7 4 2 0 0 1 中规定 坝基 防渗处理措施 一般包括垂直 防渗处 理 上游防渗铺盖处理 下游排水设备及盖重处 理 3 1 已采 取 的防渗 措施 l 1 新立城水库已采用 的防渗措施有坝前水平 防 渗 坝后水平防渗 即减压井和人工盖重 垂直防渗 处理进行静压灌浆 高压定喷灌浆试验 1 坝前水平防渗 1 9 5 8年建库时 对坝基采用 水平防渗处理方案 设计提出要求在桩号 1 7 0 o 一 2 6 5 0 m 之 间加 人工 铺 盖 铺 盖 长度 6 o 2 7 0 m不 等 其余 坝段视为天然铺盖 施工中发现其余坝段 粘性土层厚度不等 为保证坝前 l O O m范围内粘土 层厚度不小于 2 5 m 自桩号 1 O 0 0 m至坝西端均填 筑 了一层人工铺 盖 但填土质量不佳 一些草皮 土 出渣土作为铺盖土进行回填 也未进行有效 的 质量控制 河床 回填更是失控 大部分没有起到坝 前铺 盖作用 2 坝后水平防渗 保坝工程设计时考虑利用 溢洪道开挖土料用于坝后盖重 施工简单易行 灵 活 不需要很多材料 投资也很 省 可 以基 本解决 防渗 问题 选 择 水 平 防渗 方 案 即设 置 人 工 盖 重 及 减压井 下游 1 0 1 眼减压井经二十多年的运行 现 减压井大部分已淤堵 失效 致使坝后承压水头逐 年升高 3 静压灌浆 试验 1 9 7 9 1 9 8 0年先后进行了 两次五个孑 L 的静压灌浆试验 但是 1 9 8 1年打孔 时 没有见到防渗帷幕也没见到水 泥结构 分析原因 是在水头压力下 地下水流速快 灌人的水泥浆没 有凝 固就被水带走 试验说 明在新立城水库砂砾 石层用静压灌浆措施是不可行的 4 高压定喷灌浆 试验 1 9 8 3年结合新立城 水库坝基砂砾石层防渗处理 进行 了高压定 向喷 射灌浆试验研究 在位于坝 中段桩号 2 3 1 5 2 5 8 5 m和 1 5 4 5 1 6 4 5 m为试验段 采用高压定喷 灌浆以构造防渗墙 试验完毕后开挖表明 运用高 压定向喷射灌浆 在粘土层 中和砂砾石层 中完全 能形成水泥结石板墙 在粘土层 中板墙厚 1 5 c m 在砂砾 石层 中板墙厚 2 0 3 5 e m 有 效长度 2 6 3 4 m 但于由于试验段 比较短 因此从这几年运行 一 5 一 吉林 水利 新 立城水 库坝 基 渗流分 析及 防渗 措施 选择 李永 庆等2 0 1 3年 0 1月 的情况来看 效果也不明显 3 2 防渗方案比选 随着近几年技术 的发展 混凝土防渗墙 已在 国内外得到广泛应用 混凝土防渗墙是在松散透 水地基 中连续造孔 以泥浆 固壁 往孔 内灌注混凝 土而建成的墙形防渗建筑物 它是在造成完整的 槽孔并有可靠的接头条件下浇筑混凝土的 在造 孔过程中 泥浆的渗透和泥皮的存在 形成 了一个 附加 的隔水层 防渗墙的工序检验和最终检验方 法相 对成熟 高压喷射灌 浆是一 种采用高 压水或 高压浆 液 压缩空气形成高速喷射流束 冲击 切割 破碎 地层土体 并 以水 泥基质浆液充填 掺混其中 形 成板墙状 的凝结体 用以提高地基防渗能力的施 体结构 灌注浆液 因此不受土层条件限制 下排的措施有导渗沟 减压井及水平盖重压 渗等设施 减压井及水平盖重压渗已经实施 下排 的措施可以使 坝址抗 流土破坏 的能力大为增强 但不能解决坝基渗漏问题 坝基防渗方案分别对塑性混凝土防渗墙 高 压喷射灌浆和导渗沟方案进行了比较 1 塑性 混凝 土防渗墙 方案 防渗墙位 于坝坝 轴线上 最大槽孔深度 2 0 O m 混凝土防渗墙底部 嵌入岩面线以下 1 O re 防渗槽顶至 2 2 3 9 5 m 混凝 土防渗墙顶至 2 1 9 6 3 m 墙厚为 3 0 e ra 2 高压 喷射灌浆方案 高压喷射灌浆位 于坝 轴线上 采用摆喷 孔距 1 2 m 最大孔深 2 0 O m 钻 孑 L 深入岩面线 以下 1 O re 顶部灌 到 2 0 8 O O m 采用 工技术 它可按照确定的地点或方 向 切割破坏土 粘土球封孔 表 3 坝基防渗工程优缺点比较 表 序号 方案 造价 优点 缺点 可有效 解决坝体 坝基渗漏问题 且具有 但考虑本工程需 要防渗的透水层不厚 仅 2 1 塑性混凝土防渗墙 1 6 4 3万元 施工速度快 T程造 价低 防渗效 果好 5 m 而防 渗墙 则要打 到正 常蓄水位 则浪 费 可靠性 高等特点 了大部分 的防渗墙工程量 明显不经济 可有效解决坝基渗漏问题 所用机械设 与基岩结合不易控制 一旦发生较大孔斜 便 2 高压喷射灌浆 8 5 2万元 备简单 丁效高 T艺简单 成本经济 投 难 以形成 封闭的防渗 1 程 并且缺少快速可 资省 靠的检测方法 坝后 导渗沟方案由于坝后压重较高 则要开 3 导渗沟 9 8 4万元 可降低 m逸坡降 保证大坝安全 挖 和回填大量的土方 因此也不经济 不能解 决渗漏 问题 时 间长容易发生淤堵 丝 型 土坝横剖面图f 1 2 8 0 5 5 0 4 0 00 4 0 00 玎2 2 5 1 5 旦 一 5 溅 泡 质 粘 Q 攒 抛 质 林 壹 坚 苎堕涪 墙 砂砾 憾 3 新增导渗沟方案 布置在坝下游和防汛路 之间 靠近防汛路一侧 导渗沟挖深在原地面线 以 下 2 0 m 底坡 1 2 0 0 0 从坝右侧 开始将 水导入左 侧原电站尾渠 导渗沟采用暗排混凝土花管结构 外包无纺布及砂砾石 上覆回填土 一 6 一 图 1 从减少水量损失 确保水库安全等方面考虑 有必要优先考虑垂直防渗 的方案 垂直防渗方案 中 高压喷射灌浆虽然不如混凝土防渗墙防渗效 果稳妥可靠 但考虑本工程需要防渗 的透水层不 下转 第 1 2页 吉林水利 基于灰色一周期外延模型的年降水量预测 吕 萍2 0 1 3年 O 1月 9 5 9 在模型试报的 3个年份 中 只有 2 0 0 0年的相 对误差超过 5 0 与实测值存在较大偏差 见表 1 分析 当年实际气候状况 2 0 o o年我 国北方地区严 重干旱 降水极少 可能导致预测值与实际 出现偏 离 表 1 齐齐哈尔市年降水量试报检验结果 试报结果表明 灰色一 周期外延组合模型可以 用来 对 齐齐 哈 尔市 年降 水 量进 行 预测 2 o o 1 2 0 0 3年降水 量预测值 分别为 6 4 9 6 m m 4 1 8 6 mm 52 6 8 ram 4 结论 本文构建 了灰色 周期外延组合模型 以齐 齐哈尔市为例 对其近 3 0年的年降水 时问序列进 行 了拟合 和预测 研究结果 显示 i 灰色一周期外延组合模型具有较好的拟合 效果和预测精度 可 以应用 于降水 时间序列的预 测分析 并为区域旱涝预测和气候变化 分析提供 理论依据 2 预测结果表 明齐齐哈尔市年降水量具有明 显 的增加趋势和较 为显著 的周期性变化 特征 因 此 当地应及时做好 防汛抗旱措施 有效 防范 自然 灾害 实现当地水资源的合理规划利用和农业经 济的可持续发展 口 参考文献 1 姜 蕊云 韩明政 三江平原 降水量预测的模糊神 经 网络模 型构 建及应用 J 黑龙江水转学报 2 0 0 8 3 5 2 2 4 2 5 2 汤成友 官 学文 现 代 中长期水 文预报 方法 及其 应 用 M 北 京 中国水利水 电出版社 2 008 3 雷杰 彭杨 纪昌明 基于改进灰 色一周期外延模型 的 中长期 水 文预报 J 人 民长江 2 0 1 0 4 1 2 4 2 8 3 1 4 陈瑞 沈英浩 灰 色系统理论在 长期 洪水预报 中的 应用 J 河海 水利 2 0 0 4 1 5 O 一 5 2 5 李俊伟 基于灰 色一周期 外延模 型的年 最大流量预测 J 水利 水电快讯 2 0 0 8 2 9 增刊 8 3 8 4 9 2 6 王 治祯 柏 景方 灰 色 系统及模糊数 学在环境保 护 中的应 用 M 哈 尔滨 哈