软弱坝基上平原水库坝体坝基渗漏分析及施工措施研究

弱坝基上采取上游迎水面坝坡设置复合人土工膜、坝基设置水平与垂直防渗舗塑，能够有效控制水库渗漏量，且 能起到保证坝基稳定的作用；并在试验成果基础上，从坝基、坝体盼渗施工措施等方面提出软弱地基上的水库防渗质量控制措施。关键词：软弱坝基；平原水库；渗漏分析；施工措施

中图分类号：TV223. 4 文献标识码：A文章编号：1008-1305（2020）02-0261-04过去几十年，为了合理开发水资源，充分利用 地表水资源，我国修建了诸多平原水库，随着水库 投入运行，不断出现一系列问题，其中水库渗漏成

及施工工艺措施，可为类似地基上修建水库提供

借鉴。为最致命的问题之一，根据统计结果显示，因渗漏 破坏而导致大坝垮坝的，占30%以上⑴。我国水

1 工程概况该水库为中型平原水库，设计最高蓄水位为 20.00m,最大库容为4732万川，年入库水量为 7657万川，年供水量为6980m3,水库所在地土层

库除修建在岩基或硬土地基上，大部分修建在河道 冲积层和滨海沉积层上，坝基地质条件通常以轻粉 壤土为主，呈松散状态，渗透性强且土层分布厚度

为冲积平原新近沉积的粉土、黏土，坝基土深度

不均匀，夹有高压缩性、低强度的黏土层。在此类 地基上修建坝基，如若防渗措施及工艺选择不合

30m范围内自上而下可分为八层：一层粉土，厚2.5 ~5m,中等压缩性，工程性质较好；二层黏 土，软塑，厚度l~4m,承载力低，是较好的隔水

理，将会导致水库渗漏问题进一步加剧。因此，需 要对软弱坝基上的水库坝体渗漏进行研究。层；三层粉土，中密，厚度0. 5 ~ 2. 3m,低压缩 性；四层粉质黏土，软塑，厚度2.7 ~7.0m,中压 缩性，工程性质较差；五层粉土，密实，厚度2.1 ~5. 5m,低压缩性；六层粉质黏土，软塑，厚3.0国内外许多专家均对水库渗漏问题开展了研 究，计庆宝对泽城西安水电站大坝渗漏进行研究， 发现坝基全新统洪积卵石混合层、强风化岩层为渗 漏的主要部位⑵，顾正聪认为小浪底土石坝运行期

3m,中压缩性；七层细砂，中密，厚度1.0~

间在坝基覆盖层和基岩断层处产生了较大的渗漏 量⑶，吕百胜、庞琼、闫小兵、张先员等对水工坝 基防渗技术进行了探讨，如采用混凝土和自凝灰浆

4.9m,低压缩性，工程性质较好，八层黏土，可

塑，厚度0.9 ~ 3.1m,中压缩性，工程性质良好, 各土层渗透性及颗粒组成见表1。制作防渗墙、以高压喷射为施工方式的防渗墙、帷

幕灌浆、淤泥固堤防渗、水泥土搅拌桩防渗墙等各 种新型且见效快的防渗措施大坝渗漏主要有 三种：坝体渗漏、坝基渗漏和坝肩渗漏，其中坝基

2渗漏分析及控制研究2.1渗透试验因坝体填筑材料多为就地开挖土料，而开挖土渗漏是水库工程中普遍存在的问题⑷。本文在总结 前人研究理论和技术的前提下，对软弱地基上平原 水库坝基土渗透性进行试验研究，并提出防渗方案

收積日期：2020-01-08作者简介：聂亮亮（1986年一），男，工程师。• 261 •2020年第2期水利技术监督工程实践表1各土层渗透性及颗粒组颗粒组成百分比/%层数土层名称渗透系数/( cm/s)0. 01 ~0. 005mm3. 87<0. 005 mm0. 25 ~0. 074mm0. 074 ~ 0. 05 mm0. 05 ~0. 01mmKh2Q2.51 xlO-41. 15 xlO-712粉土黏土粉土& 4523.616. 9360. 6717.5463.4559.3548.743.43& 792. 57 xlO-53. 13 xlO-75.21 xlO-42.51 xlO-66. 875. 874. 9423.9829. 874. 129. 873456723.568.013.0017. 831.582.78 xlO-47. 87 x IO\"3. 67 xlO-46. 23 xlO-51.78 x IO-44.51 xlO-7粉质黏土粉土20. 678.785.0312. 456. 345. 52 x 10 _46.45 xlO _4粉质黏土2. 150.318.7526. 369. 23细砂黏土3& 9336. 7515. 322. 43 xlO47. 14x10\"87. 3520. 1233.7823.43料大多为地表第一层土料粉土，其渗透性大，抗渗 设垂直防渗铺塑。方案3：坝体迎水面铺设防渗土工膜，坝基设

稳定性较差，因此对坝体及坝基的渗透特性及抗渗 稳定性进行分析，对控制软土地基上水库坝体坝基 渗透极为重要。置垂直防渗铺塑并插入第二层黏土层。坝体渗透试验采用的试验土样是粉土 75%、 粉质黏土 25%混合土样，两次试验干密度分别为1.53、 1.56g/cm3,两次试验计算所得的渗透系数

I

(a)方案1:分别为 1.99x10\"、1.72 xl0_4cm/s,由此可见，

随着土样干密度的增加，渗透系数略有减少，但变 化不明显，同样坝基土渗透试验结果与坝体差别不 大。渗透破坏试验结果显示，当坝体干密度分别为1.53、 1. 56g/cm3时，临界坡降分别为0.94、

0. 98,取安全系数为3,其允许坡降i =0.31 ~ 0. 33o参照有关资料，对坝体土干密度为1. 53g/

(b)方案2cm'时，得到允许坡降为0.07,由于粉土性质介于 无黏性土与黏性土之间，为保证坝体的渗透稳定

性，综合分析取粉土允许坡降为0.11(c)方案32.2渗流分析图1三种方案防渗简图2. 2.1断面设计考虑到坝体长度不是很长且地面起伏较小，坝

2.2.2渗流计算进行渗流场分析时，坝体土的渗透系数采用 干密度为1.53g/cm3的土样试验时所得到的渗透

基土层分布基本一致，选择一个断面分析即可看出 全坝的渗流情况。因坝基第二层黏土层渗透系数比

系数为1.99 xl0-4cm/s, 土工膜的渗透系数取用 1. 0 X 10 _1° cm/s计算 °第一层粉土层约小1/100,可以将坝基地下第二层 黏土层看作水平隔水层，因此选择黏土层最薄、粉 土层最厚渗流最不利的断面作为控制分析断面。为

(1)方案1计算结果分析该方案为对比试验，不采取任何防渗措施，因 坝体填筑土料与坝基粉土的渗透系数十分相近，所 以坝体内渗流出逸点比较高，渗流计算结果如图2

论证防渗措施的必要性，对选择的断面进行了三种

防渗方案的渗流分析，且选择不做任何防渗措施的

方案1作为对比参考皿切，如图1所示。方案1：坝体迎水面不设防渗土工膜，坝基不 设垂直防渗铺塑。(a)所示。由图2可知，渗流出逸点距坝脚位置约 为4.12m,出逸点处的等势线已达45% ,出逸坡降

i=0. 23 >0. 11,渗透稳定性不满足要求，工程渗 透稳定性工程措施量大且比较复杂，该方案计算所

方案2：坝体迎水面铺设防渗土工膜，坝基不 • 262 •工程实践水利技术监督2020年第2期得到的单宽渗漏量是2. 98 X 10-6m3/So(2) 方案2计算结果分析该方案为上游迎水面坝坡防渗方案，在上游迎

水面设置复合人工防渗土工膜，渗流计算结果如图

2(b)所示，方案2和方案1相比，方案2坝体内水 浸润面明显降低，出逸点高度大约为1.23m,出逸

点位置的等势线为20%,出逸坡降i = 0. 141 > 0.11,渗透稳定性虽不能满足要求，但较方案1已

明显增强，且计算所得的单宽渗漏量是1.18x10\"

m'/s,也有明显地减少。(3) 方案3计算结果分析方案3是在上游迎水面坝坡设置复合人工防渗

土工膜、坝基设置垂直防渗铺塑与第二层黏土层隔 水层相衔接构成完整的防渗体系，渗流计算结果如

图2(c)所示，方案3与前两个方案相比，防渗效 果特别显著，坝体内浸润线与坝基面基本一致，渗

流出逸点与坝脚位置几乎持平，出逸坡降：= 0. 0342 <0.11,满足渗透稳定性要求，计算所得的

单宽渗漏量是1. 11 xl0-7m3/so

2.2.3计算结果分析由计算结果可以看出，对比方案1因未采取任 何防渗措施，其出逸点高度、等势线、出逸坡降及

单宽渗流量均比方案2、3的指标高；方案2虽然 在坝体迎水面设置了复合人工防渗土工膜，相关指

标较方案1有所下降，但仍未满足渗透稳定性的要 求；方案3因坝坡设置复合人工防渗土工膜、坝基 设置垂直防渗铺塑与第二层黏土层隔水层相衔接构 成完整的防渗体系，坝体内浸润面、出逸坡降均有 明显减少，且满足渗透稳定性要求，单宽渗流量较

方案1、2也减小1 /20 ~l/10o因此，由试验研究 分析可知，软弱坝基上平原水库通过采取方案3类 似相关防渗体系后，水库坝体坝基渗透得到较好的

控制。3施工措施探讨综合上述实验成果，该水库坝体坝基防渗工程

施工时需要注意，将坝脚处的垂直防渗工程插入第 二层黏土层中但不能穿透黏土层，其上端与水平防

渗措施相连接，再与上游坝坡复合人工土工膜无缝

连接，形成一个闭合的防渗体系，渗透系数将会大 大减少。(1)垂直铺塑即先采用施工机械对坝基基础进 行清理、平整，在需要铺设的位置放好线并用开沟(a)方案1造槽机挖出较窄的深槽，采用泥浆护壁技术对槽壁

进行固定，以防止泥土脱落，然后沿着槽壁铺设 PE膜，相邻两块膜的结合处要相互搭接，铺设完

后及时回填黏土，即形成一道完整的垂直防渗帷幕

墙，其上端塑膜与水平铺塑连接在一起，构成了连 续的防渗阻隔系统。但在施工时需特别注意：①泥 浆护壁时，泥浆重度不能太小或太大，以免泥浆不 粘合槽壁；②两块塑膜接合处，搭接长度不小于

30m,以免增加渗流通道。(2)坝体防渗即在上游迎水面坝坡砂垫层上 铺设人工土工膜形成水平防渗层，铺设前需先清

理、平整坡面，然后铺设土工膜材料，再在上面 均匀铺设一层黏土进行保护，可以起到覆盖渗漏 部位、保证坝基稳定的作用。但在施工时需注意：

①可根据坝坡实际情况选择合适的复合土工膜， 以减少焊接次数，且每隔10m预留褶皱，防止变

形损坏土工膜；②膜与膜之间的焊接重合长度不

少于20cm,边角不齐的地方要修剪平整，保证施

工质量。4结论试验分析结果显示，通过在上游迎水面坝坡设 置复合人土工膜、坝基设置水平与垂直防渗铺塑，

坝体人工土膜、坝基防渗铺塑与第二层黏土层隔水 层即构成完整的防渗体系，能够起到很好的防渗效

果，且能起到保证坝基稳定的作用；综合前人研究 成果，结合现场工程经验，提出了坝体、坝基防渗 施工措施及施工注意事项，研究成果可为类似软弱 坝基上的水库防渗提供借鉴。• 263 •2020年第2期水利技术监督工程实践[8] 袁勤国，陈思翌.湖北省中小型水库土石坝渗漏原因及防渗处

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图6实例工程在各工况下尾水排入下游河床段水位的快速响应公式探索[J].水力发电学报，2013(3)； 156-161.5结论(1) 本工程下泄通道为直线渐变段，水流在下

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情况的初步探讨[C] //唐洪武，李桂芬，王连祥.第三届全国 水力学与水利信息学大会论文集.南京：河海大学出版

(4) 在各工况下，沿程水深、脉动压强、水流

流速分布的数值模拟计算值与实测值较为接近，未 出现明显偏差。可见本文建立的数值计算模型能较 好地反映实例工程的水力特性，计算精度较高。社，2007.[12] 王亚东，李刚，李福金.勃利县九龙水库溢洪道数值模拟试验

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