水电站大坝基础防渗处理设计分析

摘要：目前，我国有许多水坝和堤防需要进行防渗处理设计，而不同的设计方案都有相应的施工工艺、优缺点以及适用范围。在工程实践中，需根据综合防治技术与工程的实际情况进行选择，实现科学、经济、合理设计和施工。本文对某水库大坝防渗处理设计进行分析探讨，仅供参考。

关键词：水库大坝；防渗处理；设计分析

中图分类号：S611文献标识码：A

一、水库大坝概况

某水库大坝位于长江流域某一支流水系，控制径流面积50km2。水库原设计总库容约300×104m3，其中防洪库容25×104m3，兴利库容275×104m3。水库排灌干渠渠道全长11.49km。

目前灌区的水利工程仍以土质明渠为主，渠系水利用率低，且经几十年的运行，现已存在严重的淤积、塌岸现象；部分渠段过水断面被挤占，严重影响输水渠道的正常运行。灌区对水资源的需求量随经济的不断发展、人民生活水平的提高呈日趋增大的趋势，与现供水能力之间的矛盾更加突出。

二、工程布置

1、工程总体布置

该水库大坝排灌干渠渠道全长11.49km，控制灌溉面积0.021×104hm2。本次工程计划对干渠后段1.60km进行处理，里程8+000～9+600。干渠渠首设计流量17.21m3/s，实施段设计流量21.67m3/s，干渠控制灌溉面积0.021×104hm2，本期项目受益面积为0.017×104hm2。

2、明渠工程布置

水库大坝排灌干渠由于建设时间较早、沟线较长、沿途地质情况复杂，加之大部分渠道断面未衬砌，渠道破损严重、渗漏量大、过水能力低。据水库运行管理人员实测，渠道水利用系数仅为30%～38%，对水资源形成了极大的浪费。

渠道分段设计说明如下：

2.1里程8+000.00～8+400.00段

段长400m，断面为梯形断面，衬砌边坡坡比为1∶1，底宽2.0m，5年一遇的设计流量为21.67m3/s，底坡1/100，设计水深1.502m，边墙采用M7.5浆砌石衬砌，衬砌厚度30cm，边墙顶部采用10cm厚C15混凝土压顶，底板不衬砌。

2.2里程8+400.00～9+000.00段

段长600m，断面为梯形断面，衬砌边坡坡比为1∶1，底宽2.50m，5年一遇的设计流量为21.67m3/s，底坡1/200，设计水深1.706m，边墙采用M7.5浆砌石衬砌，衬砌厚度30cm，边墙顶部采用10cm厚C15混凝土压顶，底板不衬砌。

2.3里程9+000.00～9+600.00段

段长600m，断面为梯形断面，衬砌边坡坡比为1∶1，底宽2.50m，5年一遇的设计流量为21.67m3/s，底坡1/100，设计水深1.502m，边墙采用M7.5浆砌石衬砌，衬砌厚度30cm，边墙顶部采用10cm厚C15混凝土压顶，底板不衬砌。渠道开挖的土石方回填至渠堤两边，河堤内回填边坡1∶1.5，外边坡1∶2.0，顶宽1.50m，渠道直线段每25m设置一条0.4m×0.7m的M7.5浆砌石固床梁，弯道段每25m设置一条0.4m×0.7m的M7.5浆砌石固床梁。边墙设置排水孔，孔径10cm，孔距3.0m，梅花形布置。

3、渠系建筑物布置

根据设计人员现场调查，结合灌区实际需要情况，对渠道配套渠系建筑物。干渠沿线配套建筑物主要有：节制闸2座，放水闸4座、交通桥1座、各种型式的人行桥共计6座、清淤踏步2座。共计15座。节制闸布置参数见表1。

三、水库大坝防渗处理设计

混凝土防渗墙布置在坝轴线上游坝脚处。防渗墙顶部埋入坝脚，底部需要穿透深层的砂卵石层，打入相对不透水层。坝基为黏性土、砂性土、碎石土及坚硬岩石多层构造，其间砂卵石层下散布有黏土层，渗透系数较小，可作为相对隔水层。为减少工程量及施工难度，在黏土层较厚部位，防渗墙下端打入黏土层内不小于2.0m，黏土层较薄的部位需要将防渗墙嵌入基岩。防渗墙平均深度为62m，墙体厚度0.8m，混凝土强度为C15。

1、天然铺盖渗透稳定分析

库区最低点的高程为33.5m，校核洪水位为46.83m，因此黄土状壤土层所承受的最大水头为13.33m。依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2011）规则，斜墙的容许渗透梯度为5，心墙的容许渗透梯度为4。实际上，防渗体的容许渗透梯度视土的性质不同而异，轻壤土为3～4，壤土为4～6，黏土为6～8。通常控制防渗体的容许渗透梯度为5～6。因而，从渗透稳定性考虑，库区高程较低部位，天然铺盖小于3.0m的处需要做防渗处理，才能确保防渗层的渗透稳定。

2、库区处理前后渗漏量分析

在确认土工膜防渗处理的范围时，需要从投资和防渗效果两个方面考虑。防渗处理范围小，则不能到达预期的防渗作用，处理范围过大，将会增加投资。当只对天然铺盖厚度小于2.0m的区域铺设土工膜，正常蓄水位状况下，渗漏量仍达10.46×104m3/d，渗漏量太大，防渗作用不明显，对天然铺盖厚度小于3.0m的区域铺设土工膜，需要土工膜面积为207.57×104m2，渗漏量为2.05×104m3/d；当铺设土工膜的规模扩大到天然铺盖厚度小于4.0m的区域时，渗流量为1.71×104m3/d，铺设土工膜面积增大到327.9×104m2。在正常蓄水位41.0m的状况下，库区铺设土工膜防渗后，渗漏量仍很大，为1.7×104m3/d。考虑到水库蓄水达41.0m的状况较少，且持续时间很短，而库水位大多数状况下维持在40m以下。在库水位40.0和39.0m时，渗漏量分别为1.74×104m3/d和7438m3/d。库水位低于39.0m时渗漏量更小。库区铺设土工膜的防渗处理后，可满足蓄水运用需要。因而推荐处理规模为：高程40m以下，天然铺盖厚度小于3.0m的区域，对于部分水头较高的部位，适当扩大到天然铺盖厚度3.0～4.0m的区域。3、土工膜设计

3.1材料选择

选用聚乙烯（PE）膜，土工膜厚度选择为0.5mm。选用材料物理力学性能指标应满足下列要求：密度不应低于900kg/m3，破坏拉应力不应低于12MPa，断裂伸长率不应低于300%，弹性模量（E）在5℃不应低于70MPa，抗冻性（脆性温度）不应低于-60℃，联接强度应大于母材强度，撕裂强度应大于等于40N/mm，抗渗强度应在1.05MPa水压下48h不渗水，渗透系数应小于1×10-10cm/s。根据环境保护需要，土工膜应满足饮水工程和其它清洁性能需要，其所用资料均满足国家现行有关环保规范的要求。

3.2结构设计

土工膜防渗结构设计，包含膜上保护层、土工膜防渗层和支撑层。膜上保护层的主要作用是减缓土工膜的老化、防止水流和波浪对土工膜的冲刷、人畜损坏、冰冻危害以及作为压重抵抗膜下水气的浮起等。保护层材料选择当地粘土并剔除粘土中的尖锐颗粒。考虑水深、流速、日晒和冰冻等因素，选定膜上保护层厚度为60cm。接近水面部位，考虑波浪冲刷，部分加厚到100cm。

膜下支撑层为地基土，平整好场所后，上铺设土工膜，根据库区地质条件，膜下为黄土状壤土，没有尖利的石子等物，所以能够直接铺设土工膜，但也要留意查看是否有尖锐物体刺破土工膜。对于砂卵石出露部位，需在其上部铺设10cm厚壤土，再铺设土工膜。依据库区防渗的特色，选用埋压式PE土工膜防渗。根据土工膜与膜上保护层之间的摩擦系数，通过计算控制边坡系数为5。

3.3联接设计

土工膜联接好坏直接影响防渗的作用。土工膜周边与相对不透水的天然铺盖应紧密联接，构成封闭的不透水结构体。因此，在周边设锚固槽，槽深为50cm，槽底宽50cm，将土工膜锚固于槽内。膜与膜之间搭接宽度应满意焊接技术需要，取10cm。

结束语

综上所述，对水库大坝防渗处理设计的分析，对于确保水库安全、加快病险水库除险加固具有十分重要的意义。只有做好防渗处理设计，才能确保施工顺利，才能充分发挥水库的兴利效益和防洪效益，才能进一步促进经济与社会的发展。

参考文献

[1]霍苗，晏国顺，杨兴国，梁煜峰.大渡河泸定水电站深覆盖层基础防渗墙施工技术[J].人民长江，2013，01：61-63.

[2]冉红玉，杜华冬，张永胜，罗进红.沐若水电站大坝基础处理设计[J].人民长江，2013，08：27-29+50.

[3]焦阳.库什塔依水电站坝基处理设计[J].水利科技与经济，2013，08：90-92.

[4]文军，龚建新.沙尔托海水库防渗帷幕灌浆试验效果分析[J].西北水电，2013，04：92-94.