加格達奇區(qū)甘河橡膠壩工程壩底板滲透穩(wěn)定設計

孫廣濤，夏鳳蘭

( 齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，黑龍江 齊齊哈爾161006)

1 概 述

加格達奇區(qū)位于黑龍江省西北部，大興安嶺山脈南麓，行政區(qū)劃隸屬大興安嶺地區(qū)，是大興安嶺行政公署所在地，全區(qū)總面積1 587 km2。城區(qū)現有人口15.53 萬人，形成了以木材加工為中心，農機、化工、電力、建材、紡織、食品加工為骨干，比較齊全的工業(yè)門類和設備比較先進的工業(yè)體系，服務業(yè)和旅游業(yè)發(fā)展迅速。城南區(qū)總面積12.5 km2，是“十五”、“十一五”期間作為重要軍事、政治、科研和教育中心進行重點投資和建設的地區(qū)。

甘河是嫩江上游右岸的一級支流，由西向東流經加格達奇主城區(qū)后折向南，城區(qū)內有甘河支流加格達奇河和東小河匯入。

2 工程建設的必要性

甘河發(fā)源于大興安嶺東麓雉雞山，由西向東流經加格達奇區(qū)，將主城區(qū)分為河南河北兩部分，于主城區(qū)東南角折向南，至柳家屯下游15 km處匯入嫩江，是嫩江上游右岸最大一級支流，流域總面積19 665 km2，河道長447 km。加格達奇水文站以上控制面積9 575 km2，流經加格達奇境內河道長55 km。

甘河加格達奇以上河段較大支流為阿里河，從左岸匯入，流域面積2 150 km2。加格達奇河在城區(qū)加格達奇水文站斷面上游1 km處從左岸匯入，流域面積100 km2。

城區(qū)河段河灘地天然植被破壞嚴重，地表砂壤土大量流失，河岸塌陷，甘河左岸主城區(qū)已修建了城市防洪堤，全長5.9 km。

甘河橫跨城區(qū)，水量充沛，水質良好，但年內不配不均，春季水量較枯、水位低，嚴重影響城市水域環(huán)境。為了合理利用水資源，充分開發(fā)城區(qū)江段旅游資源，改善城區(qū)河段水環(huán)境，增加城市景觀的多樣性和功能性，提高甘河兩岸的區(qū)位優(yōu)勢，促進加格達奇區(qū)新城區(qū)建設和經濟的高速發(fā)展，修建橡膠壩工程，是非常必要性的。

甘河在加格達奇城區(qū)江段近4 km，靠近中心城區(qū)，江岸有公園、甘河大橋等景區(qū)及城市防洪堤等重要基礎設施，供居民及游客觀光游覽，但由于甘河春季水位低，水量少，景觀差，從而使游人很難盡興。修建橡膠壩可抬高水位擴大水域面積，蓄水成湖，波光瀲滟，相互輝映，與堤內公園遙相呼應，更增添游覽區(qū)秀美山色。湖中泛舟、景中穿行、成為居民觀光、休閑娛樂的理想場所，因此修建橡膠壩工程為人心所望。

3 工程設計

3.1 基本資料

橡膠壩基礎位于壩址工程地質③1、③2層，為級配不良礫層，普遍分布，松散，強透水。橡膠壩設計壩頂高程371.00 m，壩底板高程368.50 m。

3.2 計算條件

分別計算臨閘側和臨堰側兩個斷面在上游水位371.00 m情況下的壩基滲透，此時，兩個斷面下游水位分別為368.20 m，367.50 m。

3.3 防滲計算

3.3.1 確定臨閘側橡膠壩地下輪廓線

壩下為透水地基，利用改進阻力系數法計算滲透流量、揚壓力圖及出口滲透坡降。詳見圖1。

橡膠壩在上游水位371.00 m，下游水位368.20 m時，上下游水位差2.8 m。

圖1 臨閘側橡膠壩基礎地下輪廓線圖

3.3.1.1 地基分段

根據地下輪廓線形狀，將地基分為19 段。

3.3.1.2 地基有效深度

1) 地下輪廓線水平投影長度:L0=40.5 m。

2) 地下輪廓線垂直投影長度:S0=3 m。

3) 地基有效深度Te的計算為:

根據鉆探資料，地基實際深度為7.47 m，計算取地基深度為7.47 m。

3.3.1.3 阻力系數計算

1) 進出口段計算公式為:

式中:ζ0為進、出口段的阻力系數;S 為板樁或齒墻的入土深度，m;T 為地基透水層深度，m。

2) 內部垂直段計算公式為:

式中:ζy為內部垂直段的阻力系數。

3) 水平段計算公式為:

式中:ζx為水平段的阻力系數;Lx為水平段長度，m;S1、S2為進、出口板樁或齒墻的入土深度，m。

4) 傾斜段計算公式為:

式中:ζs為傾斜段的阻力系數; T1為小值端地基深度，m; T2為大值端地基深度，m;ln 以e 為底的對數。阻力系數計算見表1。

3.3.1.4 滲透流量計算

計算公式為:

3.3.1.5 各段水頭損失計算

直至計算h2～h19分別列出了數量值。

3.3.1.6 對進出口處水頭損失的修正

修正系數計算公式為:

式中:β 為阻力修正系數，當計算的β≥1.0 時，采用β=1.0;S為底板埋深與板樁入土深度之和，m;T’為板樁另一側地基透水層深度，m。

1) 進口處計算公式為:

表1 阻力系數計算表

由于β ＜1，進口處水頭損失應修正。進口處修正后的水頭損失為:

減少值為:

2) 出口處計算為:

由于β ＜1，出口處水頭損失應修正。出口處修正后的水頭損失為:

減少值為:0.037 m，則:

3.3.1.7 地下輪廓線上各關鍵點的滲流水頭

由上下游水頭差ΔH =2.8 m，相繼減去各段的水頭損失，便的各關鍵點的滲流水頭ΔHi。計算結果見表2。

3.3.1.8 繪揚壓力圖

按以上求得各段水頭損失或關鍵點的滲流水頭值，便可繪得水頭線，見圖2。

表2 滲流水頭成果表

圖2 臨閘側斷面滲壓水頭分布圖

3.3.1.9 出口滲流平均坡降計算

出口段滲流穩(wěn)定滿足要求。

3.3.1.10 水平段滲流坡降計算

水平段滲流穩(wěn)定滿足要求。

3.3.2 臨堰側橡膠壩地下輪廓線

壩下為透水地基，利用改進阻力系數法計算滲透流量、揚壓力圖及出口滲透坡降。詳見圖3。

橡膠壩在上游水位371.00 m，下游水位367.5 m時，上下游水位差3.5 m。計算結果見表3。

繪揚壓力圖:按以上求得各段水頭損失或關鍵點的滲流水頭值，便可繪得水頭線，見圖4。

圖3 臨堰側橡膠壩基礎地下輪廓線圖

圖4 臨堰側斷面滲壓水頭分布圖

出口滲流平均坡降為:

出口段滲流穩(wěn)定滿足要求。

水平段滲流坡降為:

水平段滲流穩(wěn)定滿足要求。

［1］中國水利水電科學研究院. SL227—98 橡膠壩技術規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［2］江蘇省水利勘測設計院. SL265—2001 水閘設計規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］齊齊哈爾市水利勘測設計研究院. 加格達奇區(qū)橡膠壩工程初步設計報告［R］. 齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，2008.