中小型水库坝体结构防渗设计

中小型水库坝体结构防渗设计

作者：林炳新

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第19期

摘 要：以某中小型水库工程为例，介绍了坝体结构防渗设计，具体阐述了基础防渗设计、

心墙防渗设计及反滤体排水设计，并运用平面有限元法对大坝进行渗流场计算分析。结果表明，坝体渗流稳定，本工程防渗设计符合规范要求，为相关工程设计提供了依据。 关键词：水库；沥青混凝土心墙；防渗设计；有限元法；渗流分析

沥青混凝土心墙作为土坝、堆石坝、砂砾石坝的防渗系统在世界范围得到了广泛运用。下面，就结合某中小型水库工程，对其坝体结构防渗设计进行总结分析。 1 工程概况

某中小型水库主要任务为调节河流水量，是以农牧业灌溉为主兼顾发电的综合性水库。水库总库容为5234万m3，水库工程属Ⅲ等中型工程。工程区拟修建土石坝。 1.1 坝址区工程地质条件

大坝河床坝基上下游最大宽度约486.4m，坝址区工程地质条件如下。

（1）左岸坝肩：岸坡1462m高程以上至坡顶大部分基岩裸露，零星分布有坡积碎石土，基岩为混合花岗片麻岩，岩性致密坚硬，岩体抗风化能力强，强风化带厚1～3m，弱风化岩体厚度8～12m。

（2）坝段河床：河床覆盖层主要为冲积含漂石砂卵砾石，物质成因以冲积为主，无胶结，含泥量较小，颗粒级配较好，整层分选差，磨圆度一般，多呈亚圆状，厚度一般为7.6～10.9m，最大深度13.3m，中密-密实，渗透系数一般为20～39.6m/d，强透水。

（3）右岸坝肩：该段表层零星分布松散堆积物，厚0.3～1.2m，下伏岩体为混合花岗片麻岩，块状构造，岩性致密坚硬，弱风化岩体厚度8～12m，岩体中节理裂隙发育，结构面相互切割，岩体完整性较差，透水性较强。 1.2 坝体结构

大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，坝顶高程1496.8m，坝顶宽度为8m，防浪墙顶高程1498.0m，墙高2.3m；坝顶长度607m，最大坝高59.6m。上游1462.0m高程以上坝坡1：2.5，

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以下坝坡1：2.75；下游坝坡1：2.0，在1476.12m、1457.2m高程分别设置宽2.0m、3.0m的水平马道。

2 大坝防渗设计 2.1 基础防渗设计

坝基及坝肩心墙底部基座置于基岩强风化下限，采用砼基座连接，基座厚2.0m，宽5.0m，坝基心墙上下游开挖边坡为1：1.25，坝肩心墙上下游开挖边坡为1：0.3。岸坡段表层为坡积物覆盖层，结构松散，全部清除处理并削坡成平顺边坡，尽量减少台阶、反坡及突出岩坎。河床段砂砾石覆盖层较密实，仅清除表层2m左右含泥量偏高的覆盖物。

为防止沿基座底部产生渗流接触破坏，增强表层岩体的抗渗性能，提高基座基础岩体的整体性，改善岩体的物理力学性能和抗渗性，对心墙基座基岩进行固结灌浆。固结灌浆沿心墙基座布置，河床段心墙基座布置3排，间距为2m，孔深6m；岸坡段心墙基座布置2排，间距为2m，孔深为6m；梅花型布设，灌浆压力1.0MPa。 2.2 心墙防渗设计

2.2.1 沥青混凝土心墙防渗结构布置

沥青混凝土心墙受气候影响小，对坝基坝体变形适应性强，抗震性好。心墙墙体靠上游侧布置，可改善大坝受力条件并能很好的和坝顶防浪墙连接。本工程位于地震区（7度设防），最大坝高39.6m，类比国内外工程，沥青混凝土心墙采用上窄下宽布置，心墙顶宽0.6m，底宽0.8m，厚度采用台阶式渐变，与基座连接处心墙厚由0.8m渐变至2m。心墙轴线偏向上游侧，以便与坝体防浪墙连接，沥青混凝土心墙防渗体轴线距坝轴线2.3m。 2.2.2 沥青混凝土心墙厚度设计

本工程沥青混凝土心墙顶高程1496.60m，最低墙底高程1435.10m。沥青混凝土心墙的厚度按DL/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》的要求，顶部厚度不宜小于0.4m，底部厚度宜为坝高的1/70～1/130，根据规范并考虑大坝所处高地震区，从有利于抗震角度考虑，沥青混凝土心墙厚度取值为：顶部厚度为0.6m，心墙底部最大厚度取0.8m，并在底部2m高范围内对心墙厚度扩大为2.0m与混凝土基座以弧面相连。 2.2.3 沥青混凝土心墙连接设计

（1）沥青混凝土心墙和混凝土基座的连结为了保证沥青混凝土心墙底部与混凝土基座的有效连接、适应心墙变形，在沥青混凝土心墙底部设置渐变扩大段，以扩大心墙同混凝土基座的接触面。混凝土基座宽5m厚2.0m，心墙与基座之间接触面上涂一层厚20mm的沥青玛蹄

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脂。并在沥青混凝土心墙与基座混凝土间设铜片止水连接，以适应较大的水平剪切变形并保证接触面的防渗效果。沥青混凝土心墙与混凝土基座连接见图1。

（2）沥青混凝土心墙与岸坡混凝土基座的连结由于沥青混凝土的黏弹塑性性质，在长期水压力作用下，心墙比基岩和混凝土构件更容易变形，因此，应注意使柔性的沥青混凝土压在刚性构件上，并尽可能增大接触面积。 2.3 反滤体排水设计

为降低浸润线高度，在坝体渗流处设置排水棱体，排水棱体顶高程为1457.20m，水平宽3m，高10m，上游坡度1：1.1，下游坡度与坝坡相同为1：2.0。 4 结论

在本工程中，针对高陡边坡和覆盖层较深等地形地质条件，采用的沥青混凝土心墙坝，坝体防渗处理采用上墙下幕的方案。经渗流稳定分析，防渗体系消减压力水头效果明显，坝体渗流稳定，防渗体系设计符合规范要求。因此，本工程的设计经验值得类似工程参考借鉴。 参考文献

[1] 马品非.浇筑式沥青混凝土心墙防渗在多拉特水库扩建中的应用[J].新疆水利，2010年02期

[2] 孙少华；谢红强；左林勇.基于有限元法的土石坝渗流特性及防渗效果研究[J].矿业研究与开发，2009年03期