郭建業(yè),劉 濤,石亮亮,王寶忠
(中水東北勘測設計研究有限責任公司,吉林 長春 130021)
旁多水利工程大壩左岸基巖防滲設計
郭建業(yè),劉 濤,石亮亮,王寶忠
(中水東北勘測設計研究有限責任公司,吉林 長春 130021)
文章首先根據(jù)大壩左岸基巖工程地質條件,擬定了三種不同的防滲設計方案進行對比,并通過技術經(jīng)濟比較選定推薦方案,隨后針對選定方案進行滲流計算,分析大壩左岸滲漏量以及總體滲漏量,為大壩左岸基巖防滲設計方案的確定提供依據(jù)。
深厚覆蓋層;基巖;防滲設計
旁多水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游 1.5km 處拉薩河干流上。距拉薩市直線距離約 63km,為拉薩河中段梯級開發(fā)之首,是西藏自治區(qū)“十五”期間重點水利工程項目,工程任務以灌溉、發(fā)電為主,兼顧防洪和供水。樞紐由大壩、泄洪洞、泄洪兼導流洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、灌溉輸水洞等組成。
工程規(guī)模為大(1)型,工程等別為Ⅰ等,大壩為 1 級建筑物。正常蓄水位 4095m,設計洪水位4096m,校核洪水位 4098.7m,水庫總庫容12.3× 108m3,電站裝機容量 160MW。工程場地地震基本烈度為Ⅷ度。
大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩,最大壩高 72.3m,壩頂長 1052m,建基于中等~強透水的深厚覆蓋層上,同時大壩左岸岸坡部位基巖破碎,透水率高,因此,壩基防滲處理是該工程的設計難點與重點。
根據(jù)地質勘查成果,壩址區(qū)屬高山地形,谷底高程 4027~4034m,兩岸山頂高程 5300m 左右。壩址基巖面形態(tài)為兩岸呈基本對稱的“U”深槽,谷底覆蓋層深厚,基巖為陡峻的深切谷,最大埋深在420m 以上。壩基覆蓋層防滲方案為 150m 深懸掛式防滲墻方案,其中兩岸部分防滲墻入巖 1m。
大壩左岸岸坡部位地層自上而下分別為覆蓋層和基巖,其中基巖主要由粗安巖(E2p3)和花崗巖(E2J)組成。
覆蓋層厚約 25~110m,主要為坡積混合土碎(塊)石 、碎(塊)石 混 合 土(Qd4l)、坡 洪 積 混 合 土 碎(塊)石、碎(塊)石混合土(Qd4l+pl)、卵石混合土(Qa3l)及卵 石混 合土(Qf2gl)等,為中 等~ 強 透 水 層 。
粗安巖呈淺灰色,斑狀結構,塊狀構造,為噴出巖體,埋深 30~55m,覆蓋于花崗巖之上,原生節(jié)理發(fā)育,風化、卸荷強烈,巖體較破碎,節(jié)理多張開,充填泥、巖屑等,鉆孔巖芯 RQD 值 10%~25%,壓 水試 驗 值 1~10l/(min.m.m)不 等 ,為 中 等 ~ 強 透水巖體,局部為極強透水巖體。
花崗巖埋藏于粗安巖之下,埋深 40~110m,呈強~中等風化狀態(tài)。強風化帶厚度一般為 0~5m,分布不連續(xù),厚度不均一,節(jié)理較發(fā)育,巖體完整性差,一般為中等透水巖體。中等風化帶厚度一般為 20~50m,節(jié)理不發(fā)育,巖體較完整,一般為中等~弱透水巖體。花崗巖表部 25~40m 透水率一般1~4l/(min.m.m)之間,為中等透水巖體,下部透水率一般小于 1l/(min.m.m),0.5l/(min.m.m),下 限一般為進入花崗巖 25~40m。
3.1 方案擬定
由地質勘察結果,左岸基巖為粗安巖和花崗巖,粗安巖覆蓋于花崗巖上部,巖體呈強~中等透水狀態(tài),局部為極強透水巖體。下部為花崗巖,呈強~中等風化狀態(tài),為中等~弱透水巖體。
根據(jù)大壩左岸基巖地質勘察資料,并結合河床覆蓋層壩基主防滲措施(懸掛式防滲墻),擬定三種方案進行方案比較,以便選擇合理的設計方案。
擬定的三種方案分別為:①兩排帷幕灌漿方案;②三排帷幕灌漿方案;③三排帷幕灌漿加密方案。
3.2 方案設計
方案一:樁號 0+85.0~0+147.0m 防滲墻下接花崗巖,設置一排帷幕,孔距 2.0m,通過墻內預埋灌漿管進行灌漿施工。樁號 0-120.0~0+85.0m 防滲墻下接強透水粗安巖,設置兩排帷幕,排距 1.0 m。第一排做為主帷幕,布置在防滲墻上游側,孔距 1.0m,上部與防滲墻搭接高度 10m,幕底深入相對隔水層 5m,相對隔水層按透水率 0.5l/(min. m.m)控制;第二排帷幕布置在防滲墻軸線上,孔距2.0m,通過墻內預埋灌漿管進行施工,考慮花崗巖表部較破碎,透水率較大,幕底深入花崗巖 15m。
方案二:樁號 0+85.0~0+147.0m 帷幕布置同方案一。樁號 0+85.0m 以左,設置三排帷幕,排距均為 1.5m。第一、三排分別布置在防滲墻上、下游側,孔距 1.5m,上部與防滲墻搭接高度 10m,幕底深入花崗巖 15m;第二排為主帷幕,布置在防滲墻軸線上,孔距 2.0m,幕底深入相對隔水層 5m。
方案三:樁號 0+85.0~0+147.0m 帷幕布置同方案一。樁號 0+85.0m 以左,帷幕布置同方案二,其中第一、三排孔距加密為 0.75m,第二排孔距加密為 1.0m。
3.3 方案比選
1)成幕效果及防滲可靠性。方案一通過把第一排帷幕孔距減小到 1m,提高帷幕的防滲效果。方案二為三排帷幕,施工過程中可先施工上下游排,后施工中間排,帷幕質量易保證。方案三在方案二基礎上孔距減小一倍,帷幕質量更易保證。故從成幕效果及防滲可靠性比較,方案三優(yōu)于其它方案。
2) 施工技術條件。帷幕灌漿平均鉆孔深度125m 左右(包括覆蓋層空鉆孔深度),深孔孔底偏差較大,帷幕排數(shù)越多,孔距越小,帷幕質量易得到保證,方案二、三優(yōu)于方案一。方案三中間排部分孔為防滲墻內鉆孔,鉆孔易出墻,破壞墻體完整性。故從施工技術條件角度比較,方案二較優(yōu)。
3)施工工期。經(jīng)施工工期計算分析,三個方案設備、人員投入差別較大。方案一和方案二投入較少,需鉆機分別為 5臺和 6臺;方案三的投入較大,高峰時段需鉆機 24 臺。故從施工工期以及投入設備角度比較,方案一、方案二較優(yōu)。
4)投資。經(jīng)計算,方案一、方案二和方案三投資分別為 4770.41 萬元、5497.47 萬元和 10966.78萬元。方案一投資最少,方案二次之,方案三投資最多。故從投資上比較,方案一最優(yōu)。
經(jīng)以上綜合比較,最終推薦方案二(三排灌漿帷幕方案)為大壩左岸基巖防滲處理方案。
4.1 選定方案布置
樁號 0+85.0~0+147.0m 防滲墻下接花崗巖,設置一排帷幕,孔距 2.0m,通過墻內預埋灌漿管進行灌漿。
樁號 0+85.0m 以左,防滲墻下接強透水粗安巖,設置三排帷幕,排距 1.5m。第一、三排分別布置在防滲墻上、下游側,孔距 1.5m,上部與防滲墻搭接高度 10m,上部覆蓋層空鉆孔采用套管跟進方法施工,考慮花崗巖表部較破碎,透水率較大,幕底深入花崗巖 15m;第二排為主帷幕,布置在防滲墻軸線上,孔距 2.0m,通過墻內預埋灌漿管進行施工,幕底深入相對隔水層 5m,相對隔水層按透水率 0.5l/(min.m.m)控制。
左岸帷幕延伸至正常蓄水位與相對不透水層相交處(樁號 0-220.0m)。
4.2 選定方案滲流計算
1)基巖灌漿帷幕幕體透水率敏感性分析。由于左岸岸坡段防滲墻均深入巖石,同時墻下部較深厚的中強透水層已通過帷幕灌漿進行了處理,因此,左岸基本不存在滲透穩(wěn)定的問題。但由于覆蓋于花崗巖之上的粗安巖透水率較大,因此,需要對左岸基礎封閉段 (樁號 0+175.0~0-220.0m 之間)進行總的滲漏量計算?;鶐r灌漿帷幕幕體透水率 分 別 取 1l/(min.m.m)、0.5l/(min.m.m) 和 0.3 l/(min.m.m)進行計算。
選取左岸3個典型剖面利用分段綜合的方法,統(tǒng)計左岸基礎封閉段總的滲漏量。
利用平面有限元滲流計算程序。采用正常蓄水位工況計算結果進行滲漏量統(tǒng)計。計算中近似認為材料的滲透系數(shù)在水平和垂直方向上相等。筑壩料和各基礎土層的滲透系數(shù)取值見表1。
表1 筑壩料和基礎土層 K cm/s
考慮該工程壩基覆蓋層深厚、工程地質條件復雜、工程重要性等因素,滲漏量控制標準為總滲漏量不大于多年平均年徑流量的 1%。
經(jīng)計算,大壩左岸基巖灌漿帷幕幕體分別取1 l/(min.m.m)、0.5l/(min.m.m)和 0.3l/(min.m.m)時,對應大壩左岸部分以及總滲漏量計算結果見表2。
表2 滲漏量計算成果 m3/s
由表2計算成果可知,基巖灌漿帷幕幕體透水 率 分 別 取 1l/(min.m.m)、0.5l/(min.m.m)和0.3l/(min.m.m)計算 ,得 到 的左 岸 部分 滲 漏 量 分別占總滲漏量的 2.4%、1.85%和 1.5%,對應的總滲漏量均滿足設計控制標準要求。
鑒于左岸滲流計算成果和左岸岸坡基巖工程地質條件,建議左岸基巖灌漿帷幕幕體透水率控制標準為不大于 0.5l/(min.m.m)。
2)粗安巖滲透系數(shù)敏感性分析。根據(jù)大壩左岸防滲帷幕地質勘察成果,左岸覆蓋于花崗巖之上的粗安巖巖體較破碎,主要為中等~強透水巖體,局部為極強透水巖體,透水率大部分位于 1~10 l/(min.m.m)之 間 ,因 此 ,這 次 計 算 也 對 該 巖 層 滲透系數(shù)進行了敏感性分析,基巖灌漿帷幕幕體透水率取 0.5l/(min.m.m),粗安巖巖層透水率分別取 10l/(min.m.m)、5l/(min.m.m)、3l/(min.m. m)和 1l/(min.m.m)進行 左岸滲漏 量 計算 。計算結果詳見下表 3。
表3 滲漏量計算值 m3/s
由表 3 計算成果可知,粗安巖透水率取 1~10l/(min.m/m)計算出來的左岸部分滲漏量,占總滲漏量的比例在 1%和 4%之間,小于 5%,近似可以忽略不計。同時對應的總滲漏量均滿足設計控制標準要求。
1)大壩左岸岸坡部位粗安巖巖體較破碎,主要為中等~強透水巖體,局部為極強透水巖體,花崗巖為中等~弱透水巖體。
2)根據(jù)地質勘查成果,擬定了雙排帷幕灌漿方案、三排帷幕灌漿方案和三排帷幕灌漿加密方案等三種防滲方案,從防滲可靠性、施工技術條件、工期和工程投資等方面進行比較,結合現(xiàn)場帷幕灌漿試驗情況,選定三排帷幕灌漿方案為推薦方案,帷幕排距 1.5m,上下游排孔距 1.5m,中間排孔距2m。
3)選定方案情況下,通過對帷幕幕體透水率不同控制標準下的滲漏量計算,建議左岸基巖灌漿帷幕幕體透水 率 控制標準,大不于 0.5l/(min. m/m)是合適的。
4)選定方案情況下,通過對大壩左岸粗安巖滲透系數(shù)敏感性分析,左岸部分滲漏量占總滲漏量的比例在 1%和 4%之間,小于 5%,近似可以忽略不計。同時對應的總滲漏量不大于多年平均流量的 1%,均滿足設計控制標準要求。
[1]劉杰.土的滲透穩(wěn)定與滲流控制[M].北京:水利電力出版社,1999.
[2]史光宇,劉牧沖,劉清利,匡啟兵.西藏旁多水利樞紐壩基深厚覆蓋層防滲分析論證[J].東北水利水電,2010,(7):4-6.
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