澤城混凝土面板堆石壩滲流控制設計

張許平

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

水利水電工程建設中樞紐區(qū)的滲流控制設計是很重要的課題，通過認真合理地分析水工滲流條件，設計針對性的滲流控制措施對水工建筑物安全可靠運行及發(fā)揮工程效益具有重要的意義。本文對建于深厚覆蓋層之上的澤城混凝土面板堆石壩滲流控制設計進行了介紹，以供其它工程參考。

1 工程概況

澤城西安水電站（二期）樞紐工程位于清漳河干流的山西省左權縣境內(nèi)，上游距清漳河東、西兩源匯合處約4.0 km。樞紐工程主要由擋水壩、溢洪道、導流泄洪洞、發(fā)電引水洞及水電站等建筑物組成。水庫調(diào)節(jié)庫容2099萬m3，水電站裝機容量為4×1250 kW。工程任務以發(fā)電為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用。擋水壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高51.6m，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，樞紐工程設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。

2 水工滲流條件

本工程庫區(qū)近壩址右岸因河谷彎道形成河間地塊，河間地塊寬0.8～2.0 km。右岸山體較為單薄，且該處巖體中北東向節(jié)理裂隙較發(fā)育，其走向與庫岸近垂直，受風化和卸荷影響，庫岸頂部和下部的節(jié)理裂隙均有一定程度的張開，向岸坡巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙逐漸趨于閉合，根據(jù)庫岸巖性、地質(zhì)構造、地質(zhì)結構和壓水試驗資料等綜合分析，為裂隙型滲漏，節(jié)理裂隙構成庫水的滲漏通道，水庫蓄水后該河間地塊存在庫岸滲漏問題，根據(jù)地質(zhì)滲流估算該段單薄山梁滲漏量2607.0 m3/d。

壩址區(qū)壩基地層巖性為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土夾級配不良砂、級配不良礫及低液限粉土，厚20～52m，結構松散，為強透水層，而且在壩基連續(xù)分布，為壩基的主要滲漏層；下伏基巖為中等透水性（Lu=10～52），透水層厚度為8.1～34.3m，下部石英砂巖透水率小于10 Lu，屬弱透巖層，壩基總滲漏量為60887.48m3/d，以河底深槽及河谷右半部滲漏較為嚴重。且水庫蓄水至正常水位時，在壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用可產(chǎn)生滲透變形，產(chǎn)生滲透破壞[1]。

左、右壩肩巖體中均發(fā)育有高傾角節(jié)理裂隙，受風化和卸荷影響，卸荷帶和過渡帶中的節(jié)理裂隙均不同程度張開，裂隙寬度1～30 mm不等，延伸長度較長，具有一定的滲透性。根據(jù)鉆孔資料揭示，左右壩肩存在繞壩滲漏問題。經(jīng)地質(zhì)滲流估算，左壩肩整個繞壩滲流帶的滲漏量為331.3m3/d，右壩肩整個繞壩滲流帶的滲漏量為1074.7m3/d。

因此，為減少壩址區(qū)單薄山梁滲漏，防止壩基及壩肩繞壩滲漏而產(chǎn)生的滲透破壞，減少滲漏量，對壩址區(qū)進行了滲流控制設計。

3 壩址區(qū)基巖滲流控制設計

根據(jù)樞紐布置、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件，為了減少滲漏，使河床段壩基防滲和左右?guī)彀斗罎B形成完整的防滲帷幕線，設計沿面板壩趾板中心線至左右岸布置帷幕線，帷幕灌漿線分別在左岸壩肩伸入壩頂向上游延伸300 m，在右岸壩肩伸入壩頂向上游延伸，穿過溢洪道閘室底部、導流泄洪洞，延伸長度全長700m。河床段趾板下帷幕灌漿深入基巖內(nèi)30 m，左右岸坡帷幕深為60～80 m。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）防滲帷幕底部均伸入弱透水層3～5m，壩基及近岸地段基巖透水率小于5Lu控制。壩址區(qū)基巖防滲帷幕布置見圖1。參考國內(nèi)工程四川紫坪埔水電站帷幕最深達140m、貴州引子渡水電站帷幕深125m及甘肅九甸峽水電站帷幕深136m均成功采用一次性灌漿完成，本工程整個帷幕防滲體均采用單排灌漿孔，孔距為2.0 m，灌漿一次完成，不分層。

兩岸壩肩趾板基礎巖體裂隙發(fā)育，在接觸部位滲流易產(chǎn)生接觸沖刷破壞，為提高基礎巖體的抗?jié)B性，改善其物理力學性能，采用了基礎固結灌漿加固處理。灌漿孔設兩排，分別布置于帷幕防滲體上下游，孔深8m，孔距3m。

4 壩基深厚覆蓋層滲流控制設計

圖1 壩址區(qū)基巖防滲帷幕布置示意圖

壩基砂卵礫石覆蓋層厚薄分布不均，河床偏左岸發(fā)育基巖深槽，最大深度為52m。砂卵礫石以粗粒土、巨粒土為主，形成結構骨架，細粒土平均含量小于25%。借鑒工程處理經(jīng)驗[2]，根據(jù)壩址區(qū)的特殊條件，壩基覆蓋層防滲采用混凝土防滲墻，防滲墻下設灌漿帷幕。防滲墻頂部通過連接板與趾板相接，連接板與趾板和防滲墻之間設置止水。混凝土防滲墻最大深度52m,墻厚1.0 m，墻底深入基巖5m，防滲墻頂部5m以上采用鋼筋混凝土結構，5m以下采用素混凝土結構。混凝土防滲墻與連接板和趾板設計示意見圖2。

圖2 混凝土防滲墻與連接板和趾板的設計示意圖

5 防滲面板滲流控制設計

混凝土面板堆石壩防滲面板滲流控制設計分為防滲面板、防滲趾板兩部分，二者通過連接縫結合使壩面形成一個防滲整體。

5.1 防滲面板設計

混凝土面板堆石壩滲流控制設計中防滲面板的設計是最重要的，面板置于堆石壩體的上游壩坡表面，面板及趾板設計平面示意圖見圖3。本項目壩址區(qū)河谷狹窄，岸坡陡峻，水庫蓄水運行時，面板應力變形受堆石壩體變形及水壓力等因素的影響，面板應力變形計算顯示[3],面板兩岸部分處于受拉區(qū)，河床中央部分處于受壓區(qū)。為了滿足面板防滲性、耐久性、抗變形性及易施工的要求，面板混凝土采用C25混凝土，二級配骨料，水灰比小于0.45，抗?jié)B等級為W8級，抗凍等級為F200；面板寬度受壓區(qū)為12m，設壓性垂直縫13條，左右岸陡坡段寬度為6.0 m，共設張性垂直縫14條；面板采用單層雙向鋼筋，鋼筋布置在面板截面中部，其中受壓區(qū)配筋率順坡向為0.4%，水平向為0.35%，受拉區(qū)配筋率為0.4%；面板厚度依據(jù)規(guī)范規(guī)定計算確定，隨著水頭的增加而加厚，下部最大厚度為500 mm，頂部厚度為330 mm，中間按直線變化，不同高程處面板厚度采用內(nèi)插值。

圖3 面板及趾板設計平面示意圖

5.2 防滲趾板設計

混凝土面板壩滲流控制設計中，面板周邊趾板的滲流控制設計也非常重要，趾板與面板通過周邊縫銜接，其位置由“X”基準線控制，按位置分為河床段趾板和岸坡段趾板。

河床段趾板水平布置在河床混合土卵石上，為滿足滲透穩(wěn)定要求，其寬度確定為4.0 m，厚度1.0 m，長度方向每10 m設伸縮縫以適應基礎不均勻變形；趾板上游設置垂直防滲墻，防滲墻深入基巖5m，趾板通過兩塊連接板與防滲墻連接。

岸坡段趾板布置在弱風化基巖上，用直徑28mm的HRB335砂漿錨桿與基巖連接，岸坡段趾板寬度確定為5.0 m，厚度1.0 m，在地形變化處或轉彎處為適應趾板基礎的不均勻沉降設伸縮縫，以滿足規(guī)范滲透穩(wěn)定及變形要求。

趾板的抗?jié)B性和耐久性與面板要求一致，岸坡段趾板鋼筋布置在頂部，保護層厚度為10～15cm，為單層雙向鋼筋，各向配筋率為0.3%；河床段趾板鋼筋宜布置于板的中央，為單層雙向鋼筋，各向配筋率為0.4%；靠近周邊縫側的趾板中設抗擠壓鋼筋，以防止剝蝕破壞止水周圍的混凝土。

6 接縫滲流控制

混凝土面板壩滲漏原因之一就是面板接縫止水遭到破壞。接縫止水，尤其是周邊縫的止水設計對防止面板滲漏非常重要[4]，其中止水結構、材料選擇和施工工藝至關重要。已建工程中主要采用金屬止水片與柔性材料不同的結合形式滿足不同需求的止水要求[5]。本工程接縫主要有防浪墻和趾板的伸縮縫、面板與防浪墻接縫、面板張性垂直縫、面板壓性垂直縫及面板趾板周邊縫5種，其中岸坡段周邊縫和河床段周邊縫結構示意參見圖4，連接板與防滲墻之間周邊縫結構示意參見圖5，面板與防浪墻接縫、防浪墻伸縮縫結構示意圖參見圖6，面板垂直縫分張性垂直縫和壓性垂直縫結構示意圖參見圖7、圖8。所有止水設計均采用不同型號的止水銅片與SR柔性材料組合的止水形式[6]。接縫滲流控制設計通過對不同接縫、分縫變形的合理估計，優(yōu)化止水系統(tǒng)的結構設計，確保了面板整體防滲體系的安全可靠。

圖4 岸坡段趾板伸縮縫、周邊縫止水結構示意圖

圖5 河床段趾板連接板縫止水結構示意圖

圖6 防浪墻伸縮縫止水結構示意圖

圖7 岸坡段垂直縫與周邊縫止水結構示意圖

7 結語

本文針對澤城西安水電站（二期）工程深厚覆蓋層上混凝土面板堆石壩右岸單薄山梁、左右壩肩及壩基滲流特征，分別對右岸單薄山梁、左右壩肩設計了防滲帷幕滲流控制措施，對兩岸趾板設計了固結灌漿滲流控制措施，壩基深厚覆蓋層設計了混凝土防滲墻，堆石體上游坡面設計了鋼筋混凝土面板、趾板，并對面板、趾板周邊縫、面板與防浪墻接縫、面板張性垂直縫、面板壓性垂直縫、趾板伸縮縫和防浪墻伸縮縫等接縫進行了止水滲流控制設計。通過壩址區(qū)系統(tǒng)的滲流控制設計，使?jié)沙俏靼不炷撩姘宥咽瘔涡纬赏暾臐B流控制體系，防止了大壩各個環(huán)節(jié)的滲漏和滲透破壞，減少庫水滲漏量，取得良好的防滲效果。

圖8 河床段垂直縫與周邊縫止水結構示意圖

[1]計慶寶．山西省澤城西安水電站大壩壩基滲漏分析［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010（3）：184－186．

[2]王清友，孫萬功，等．塑形混凝土防滲墻［M］．北京：中國水利水電出版社，2008：18－27．

[3]宋建慶．澤城西安混凝土面板壩三維非線性應力變形研究［J］．水利水電技術，2011（3）：31－34．

[4]賈金生，郝巨濤，等，高混凝土面板堆石壩周邊縫新型止水［J］．水利學報，2001（2）：35－38．

[5]閆海琳，韓 峰．混凝土面板堆石壩接縫止水技術的新進展［J］．河南水利與南水北調(diào)，2008（1）：38－39.

[6]范志強．山西省澤城西安水電站（二期）工程面板壩的分縫止水設計［J］．山西水利，2014（7）：28－29.