论水库大坝防渗设计

摘要：水库大坝的防渗处理是大坝建设以及后期维修的重点。其防渗设计主要是依据防渗要求以及施工情况而定的。本文在结合了前人研究结果的基础之上，以虚拟工程的方式探讨水库大坝的防渗设计以及施工，希望为今后的研究以及实际施工设计提供理论基础与实践指导。

关键词：水库大坝；防渗设计；问题；对策

Abstract: the reservoir dam seepage prevention is the dam construction period and the focus of maintenance. The seepage control design are mainly on the basis of seepage control requirements and construction conditions and decide. This paper in combination with the results of the previous research on the basis, virtual project approach to study of the dam seepage control design and construction, hope for future research and the actual construction design provides theory basis and practical guidance.

Keywords: dam; Seepage control design; Problem; countermeasures

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1、水库大坝防渗要求与施工的选择

1.1 水库大坝的防渗要求

根据水库大坝的设计要求以及实际使用情况，要求其防渗设计需要达到标准，进而保障大坝的实际使用安全以及使用寿命。具体的与水库的承载力的初始设计有关，本文虚拟水库大坝的设计选择水库容量为3000万立方米，水库的基本功能为灌溉与发电并存的功能性水库大坝建设，对防渗的要求偏高。

1.2 水库大坝的防渗施工选择

水库大坝的防渗施工选择需要本着安全、有效、经济为基本原则。在保障了大坝主体的安全以及防渗效果的有效性的基础之上通过对施工难度以及施工成本进行综合考虑，确定大坝防渗的施工方案以及施工设计。

根据目前主要采用的大坝防渗施工方式有：土坝、堆石坝混合坝体；粘土斜墙防渗技术两个方面。具体的特点施工特点如下：

土坝、堆石坝混合坝体：采用分段施工的方式进行，对于坝底的施工方式采用堆石坝进行防渗施工，中间采用粘土层与大坝进行粘合，并在堆土墙之上至坝顶的主要渗透区域进行土坝建设，土坝采用粘土土质进行填充，并以混凝土做防渗外墙的整体施工方式进行。此种施工方式的主要特点是利用不同填充物之间的颗粒互补原则能够起到较好的防渗效果，但是在施工过程中由于工艺复杂，分层明显，对设计以及施工的要求较高。同时，由于分段的防渗坝体的施工工艺对于施工时间的要求较高。

粘土斜墙的主要施工工艺为以粘土为基本原料，以靠近坝体为基本依托，进行防渗透丝攻，此种施工特点为：在理论方面较为成熟，在我国被广泛应用，无论在设计还是在施工方面均具有较高的可行性与可操作性。但是材料单一，施工过程与施工实践相对要求较低，由于材料原因对于施工的天气状况要求较高。

由于二者对大坝防渗系统均有较好效果，基于成本考虑本设计选取粘土斜墙的防渗技术对虚拟大坝进行防渗设计。

2、防渗主体设计

2.1 参数的计算

参数的计算主要分为对材料的防渗系数的计算进而得到材料的搭配比例；对坝体防渗结构计算进而得到粘土斜墙的施工参数两个方面：

（1）材料的防渗系数计算

具体材料防渗系数如下表（表1）

表1 主体材料的防渗系数

有表可以看出防渗粘土的水平防渗系数较高，适宜于作为防渗斜墙的主体填充物存在，而地基的防渗系数垂直防渗系数较低，需要在设计过程中增加其垂直厚度，以增加其总体的防渗效果。

（2）坝体防渗结构计算

基于上文中给出的单体材料防渗系数，结合大坝的防渗要求对防渗斜墙的总体机构进行如下设计（见表2）：

表2 防渗斜墙防渗结构计算

由表2可以看出，对于防渗斜向的坝体设计进行了人为的底部混凝土层的加厚以及填充粘土层的加厚处理，一方面满足防渗斜墙的防渗功能，另一方面对坝体结构安全进行加固处理。能够更有效的延长水坝的防渗效果以及使用寿命。

2.2 防渗斜墙的总体设计

防渗斜墙的总体设计分为三部分进行：内墙的设计、外墙的设计以及地基的设计。对于内墙的设计需要加强其对防渗功能的要求进而保障大坝主体的安全，而对于外墙的设计则要适当较低防渗要求，避免夹层渗透水压的平衡，进而增加大坝的使用寿命与维修难度。而由于施工地质的原因对于地基设计则需要进行一系列加强处理以增加地基的防渗效果。具体设计如下：

内墙的设计：采用342cm内墙底部厚度与52cm的内墙顶端的黏土墙厚度设计，其中采用双层混凝土灌注的方式对斜墙进行施工，外侧混凝土层的施工保障了整体斜墙的防渗透效果，内侧的混凝土层保障了防渗斜墙与大坝主体的契合。进而保障了水平方向的非遵从渗透现象的出现。

外墙的设计：采用传统的0.8：1的设计原则对内向进行分度削减的原则，在保障了防渗效果的同时降低了施工的成本。

大坝地基的原始层为沙石结构，防渗效果低，容易造成水体对大坝的冲刷，进而对于地基的防水层设置采用了粘土铺设加强混凝土施工的方式进行，在传统的设计原则的情况下增加地基混凝土层的厚度与宽度，进而增加其水平与垂直方向的防渗透效果。具体设计采用3000cm的水平施工距离以及120cm的垂直施工距离对防渗效果进行有效的保障。

3、设计中需要注意的问题

在大坝防渗透设计过程中主要需要注意分层设计理念的实现、不均匀斜墙的设计、非初始地基的设计等三个主要问题。

3.1 分层设计理念的实现

所谓的分层设计理念是指在实际的施工以及设计阶段需要考虑到不同的水层带来的不同水压而造成的渗透可能性的不同，进而在设计的过程中对不同问题以及不同的环境所设计不同的方案进行处理，具体的处理方式包括了对填充物密度的区别设计以及对填充厚度的区别设计两个方面，在对于填充物密度的区别设计方面主要体现在对施工的要求中，对不同环节以及层面的大坝防渗填充物进行不同力度的灌浆以及压实处理，进而达到当下层面的渗透力平衡的目的。而对于防渗斜墙的不同填充厚度的区别设计主要体现在不同的填充物与混凝土外墙的比例影响了防渗斜墙的渗透压以及防渗系数，对重点呢区域如水面点、水底结合点等高渗透强度的区域可以适当增加混凝土外墙的厚度，降低填充物等方式来达到不同厚度的组合进而增加防渗安全性的目的。

3.2不均匀斜墙的设计

传统的防渗斜墙设计采用标准梯形的施工概念，由上至下为直线式施工。在前人的研究过程中发现以不均匀的弧线施工方式能够较好的增加水平以及垂直的防渗效果。因此在设计的过程中建议采用外弧线的设计方式，具体实现过程为底部厚、顶部薄的非均匀、非直线设计方式。与相同的厚度直线设计方式相比较，垂直防渗效果由于单位渗透分压的降低能够有效提高防渗系数20%以上。在水平的防渗透效果方面同样的理由可以降低有效的防渗透面积与体积进而提高防渗效果15%左右。

3.3 非初始地基的设计

所谓的非初始地基设计是指在在原有的地基设计过程中延长地基的水平方面延伸，一方面能够有效的降低由于水库底部高渗透系数带来的不遵从渗透对防渗墙的损害。另一方面可以有效的增加水平防渗地基与垂直防渗强的切合程度，同时保障了不均匀斜墙设计的可能性。最终达到整体增加防渗效果的目的。

4、施工中需要注意的问题

在施工过程中需要注意对设计理念的实现、对施工材料的检测以及施工的全程验收标准的建立等三个方面的问题。具体如下：

首先，施工过程中需要严格的按照设计图纸进行施工，不得擅自改动施工图纸与施工标准。对于在施工过程中遇到的实际问题需要上报，经过严格的论证后方可对施工设计进行改动。

其次，在施工过程中需要实时的施工材料的强度、防渗系数等相关参数进行测定，并对施工的材料来源进行严格把关。尤其需要加强对混凝土，粘土填充物等决定了防渗效果的核心材料的质量检测。

最后，需要按照工期或者按照设计层次对施工过程进行全程的验收，通过施工前设定的质量标准与全程验收标准对施工达到某一步骤的施工成效进行验收。及时的发现问题并解决问题。避免由于施工的不遵从而造成的防渗效果下降，以及后期单次检测造成的成本增加与不可变损耗。切实的做好大坝的防渗工作，保障与增加大坝的使用安全与寿命。

5、总结

本文以虚拟工程为基本的实现对象，结合了前人的研究结果与本人的实践经验。对水坝的防渗墙设计进行研究。通过不同材料的防渗系数的测定与计算对防渗斜墙体系的设计进行相关的参数计算与斜墙设计。并提出了在实际的设计与施工过程中需要注意的问题。采用分层设计理念的实现、不均匀斜墙的设计、非初始地基的设计等三个主要手段对设计层面的防渗墙防渗效果进行了有效的提高。希望对今后的相关设计与施工提供理论依据。

参考文献

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[2]王安亮,马凤超.混凝土防渗墙在水利工程施工中常见问题的原因分析[J].农村实用科技信息,2011,(1).

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。