亞布力水庫滲流計算及防滲措施

郭 浩

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

亞布力水庫是螞蟻河流域綜合治理的控制性骨干工程，其建設(shè)任務(wù)是以農(nóng)業(yè)灌溉和城鎮(zhèn)供水為主，兼顧防洪、改善環(huán)境、應(yīng)急抗旱、森林防火等綜合利用。水庫總庫容9 617×104m3。該工程為中型水庫，Ⅲ等工程，永久性主要建筑物攔河壩、溢洪道及引水系統(tǒng)為3級建筑物。設(shè)計洪水標準為100 a一遇，校核洪水標準為2 000 a一遇。

1 滲流計算

1.1 滲流計算目的

確定壩身及壩基的滲流量;確定壩身浸潤線的位置;計算出逸比降。

1.2 建筑材料及壩基土物理力學(xué)指標

計算中土體采用的物理力學(xué)指標根據(jù)地質(zhì)勘察報告中土工試驗統(tǒng)計表進行選取，見表1。

表1 物理力學(xué)指標表

1.3 滲流計算方法

不考慮心墻上游壩殼部分對滲流的影響。對棱體排水，浸潤線逸出部分如圖1所示，單位長壩身及地基的滲流量q及墻后滲流水深由以下兩式聯(lián)立求解(水力計算手冊)。

圖1 滲流計算簡圖

式中:k1為壩基滲透系數(shù)，m/s;k2為心墻滲透系數(shù)，m/s;k3為堆石體滲透系數(shù)，m/s;H1為上游水深，m;H2為下游水深，m;δ0為心墻頂寬，m;δ1為心墻底寬，m;s為浸潤線的水平投影長度，m;h為出逸點高度，m。

1.4 滲流計算成果

具體成果見表2。

表2 滲流計算成果表

1.5 繞壩滲流計算

將岸坡繞壩滲流簡化為簡單的若干斷面滲流進行計算，在岸坡上繪出若干條流線，流線上的單寬滲流量為:

則繞壩總滲流量為:

式中:bi為第i條流線與第i－1條流線之間距離，m;qi為第i條流線上的單寬滲流量，m2/s;k為滲透系數(shù)，cm/s;li為第i條流線在岸坡上順水流方向距離，m;H為上游至不透水層水頭，m;h為下游至不透水層水頭，m;Q為岸坡繞壩總滲流量，m3。

根據(jù)以上公式分別對左壩肩和右壩肩在防滲處理后岸坡繞壩滲流分析計算，見表3。其中左壩肩繞壩年滲流量為6 517 m3，右壩肩繞壩年滲流量為5 162 m3，兩側(cè)壩肩岸坡繞壩年滲流總量為11 679 m3。

表3 繞壩滲流計算成果表

1.6 總滲流量

通過以上壩體和壩基滲流量及壩肩繞壩滲流量計算，正常蓄水位情況下，壩體和壩基年滲流量為5 497 m3，兩側(cè)壩肩岸坡繞壩年滲流總量為11 679 m3，總滲流量為17 176 m3。

2 防滲措施

2.1 壩基防滲措施

根據(jù)壩基工程地質(zhì)條件，壩基防滲處理可以采用兩種措施，一種是采用截水槽，對第四系松散層進行大開挖，將瀝青混凝土心墻直接坐落在基巖的混凝土蓋板上，蓋板寬4 m，厚1.0 m，以下接帷幕灌漿;另一種是截滲墻方案，對第四系松散層采用塑性混凝土截滲墻處理，截滲墻進入基巖0.5 m，其下接帷幕灌漿，截滲墻上采用現(xiàn)澆混凝土墻與瀝青混凝土心墻連接?，F(xiàn)對兩種壩基處理方案進行比較，工程量及造價比較結(jié)果見表4。

表4 壩基防滲處理比較表

根據(jù)表4可看出，兩種壩基處理方案造價相差不大。

從施工上分析，兩個方案各有優(yōu)缺點。截水槽適用于機械化施工，利于壩基帷幕灌漿施工，缺點壩基排水量大;截滲墻壩基排水量小，缺點壩基強風(fēng)化花崗巖造孔施工難度大，而且單價高，帷幕灌漿需要在防滲墻內(nèi)埋管，且如出現(xiàn)帷幕效果不好無法補灌。從整個工程施工方法上，截滲墻增加一道造孔成墻工序，給施工管理增加負擔(dān)。

從技術(shù)上分析，截水槽方案優(yōu)于截滲墻。截水槽方案較截滲墻方案少一個連接，對大壩滲漏穩(wěn)定有利;截水槽方案對大壩開挖出的基坑巖石斷層、破碎帶的變化有處理方案措施。

綜上所述，采用截水槽方案。對第四系松散層進行大開挖，將瀝青混凝土心墻直接坐落在基巖的混凝土蓋板上，蓋板寬4 m，厚1.0 m，以下接帷幕灌漿。帷幕灌漿采用單排，孔距1.0 m。對鉆探揭露的2條破碎帶處，采取增加兩排帷幕灌漿的處理措施。

根據(jù)水文計算成果，壩址處多年平均年徑流為9 482×104m3，水庫總庫容為9 617×104m3，《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274—2004)6.3.9條款規(guī)定3級及其以下的壩滲透率宜為5～10 Lu，此工程大壩為3級建筑物，考慮水庫庫容和徑流特點，壩基帷幕灌漿取上限10 Lu作為控制標準，即帷幕灌漿底部深入相對不透水層(10 Lu)以下5 m。

2.2 壩肩防滲措施

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，左右壩肩邊坡穩(wěn)定性較好，左壩肩巖體為弱透水～中等透水，右壩肩巖體為中等透水，存在繞壩滲流問題，所以為了增加滲徑，減少繞壩滲流，對左右壩肩進行帷幕灌漿處理。由于左壩肩地下水位較低，山體較單薄，帷幕灌漿與溢洪道帷幕灌漿相接，形成整體防滲體，右壩肩根據(jù)水庫正常蓄水位315 m與水庫蓄水前岸邊地下水位相交并取整，即右壩肩40 m內(nèi)進行帷幕灌漿處理。

［1］黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院.尚志市螞蟻河亞布力水庫工程初步設(shè)計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，2011.

［2］武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)流體力學(xué)教研室李煒主編.水力計算手冊［M］.北京:水利電力出版社，2006.

［3］中華人民共和國水利部.SL 274—2001碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.