某水利樞紐泄洪閘段防滲墻設(shè)置深度探討

李　坡

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院，安徽 合肥　230000)

某水利樞紐泄洪閘段防滲墻設(shè)置深度探討

李坡

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院，安徽 合肥230000)

摘要:針對某水利樞紐泄洪閘段防滲體系中防滲墻深度的設(shè)置方案，采用SEEP/W軟件對閘基進(jìn)行了滲流穩(wěn)定分析。結(jié)果表明，為了保證工程的安全性，防滲墻還是應(yīng)深入到基巖。

關(guān)鍵詞:SEEP/W；防滲墻深度；閘基；滲流穩(wěn)定

0引言

滲漏及滲透穩(wěn)定性問題一直是覆蓋層上建設(shè)閘壩過程中極其重要的工程地質(zhì)問題。工程建設(shè)前，若不能選擇正確的防滲措施和進(jìn)行正確的滲流穩(wěn)定分析，將對工程的安全可靠性產(chǎn)生不利影響。在水閘覆蓋層垂直防滲工程中，閘基上游設(shè)置防滲墻是一種經(jīng)濟(jì)、有效的防滲措施。從工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，本文對某水利樞紐工程泄洪閘段不同深度的防滲墻設(shè)置方案進(jìn)行了滲流穩(wěn)定分析，針對該工程的特點(diǎn)，確定了合適的防滲墻設(shè)置深度，分析計算結(jié)果為該工程提供了合理可靠的依據(jù)，并可對以后類似的工程提供參考。

1工程概況

某水利樞紐工程電站為河床式水電站，壩址以上集水面積13810km2，多年年平均流量453m3/s。工程主要建筑物有泄洪閘、河床式電站廠房、船閘上、兩岸接頭建筑物等。

泄洪閘位于河床的中部，基礎(chǔ)置于砂礫卵石、含泥砂礫卵石上，由上游護(hù)底、混凝土防滲墻、上游鋪蓋、閘室、消力池、護(hù)坦、海漫和拋石防沖槽等組成。整個閘段共25孔，每孔凈寬12.00m，總凈寬300.00m，閘段總長375.90m，閘室順?biāo)鞣较蜷L25m。閘址基礎(chǔ)采用封閉式C20W6混凝土防滲墻防滲，防滲墻位于鋪蓋上游側(cè)，厚0.8m,右側(cè)與發(fā)電廠房進(jìn)水口上游左導(dǎo)墻連接，左岸與擋水壩體防滲墻相接，共同形成樞紐的防滲系統(tǒng)。

河床覆蓋層主要為深厚的第四系沖洪積砂礫卵石和含泥砂礫卵石等, 上部砂礫卵石厚約15m～46m，下部含泥砂礫卵石厚約6m～24m，基巖為含礫晶屑凝灰?guī)r。

本工程中，泄洪閘段防滲墻的設(shè)計方案為墻底嵌入基巖內(nèi)0.50m，為了論證該方案的可行性，本文對閘基進(jìn)行了滲流穩(wěn)定分析。同時，為了探討采用懸掛式防滲墻的方案對本工程是否適用，也對防滲墻深入含泥砂礫卵石不同深度的方案進(jìn)行了對比分析。

2防滲墻深入基巖滲流穩(wěn)定分析

閘基滲流出口處和沿底板與地基土的接觸面通常最容易發(fā)生滲流變形，進(jìn)行閘基防滲布置時必須保證滲流出口段和沿閘基底板底面水平段的滲流坡降不得超過其允許值。本文將從以上方面先對防滲墻深入基巖的設(shè)計方案進(jìn)行分析。

2.1工況及邊界條件

計算選取的工況為最不利工況(上游水位為正常蓄水位7.00m，下游水位為最低潮水位-2.38m)。

本防滲體系中，上游鋪蓋及閘底板都是相對不透水的，基巖為相對不透水層，定義為不透水邊界；下游消力池因設(shè)有排水孔，定義為透水邊界。

2.2材料參數(shù)

根據(jù)該水利樞紐的地質(zhì)勘察報告，材料參數(shù)如表1所列。

表1　滲流場計算材料參數(shù)

2.3模型建立及網(wǎng)格劃分

圖1　閘基剖面網(wǎng)格模型圖

本次計算采用GeoStudio 2004中的滲流穩(wěn)定分析軟件SEEP/W進(jìn)行有限元計算。泄洪閘3號閘室底部含泥砂礫卵石覆蓋層深度最深，基巖埋深最大，因此選取該斷面為典型斷面進(jìn)行計算分析。模型采用4節(jié)點(diǎn)和3節(jié)點(diǎn)平面單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格模型如圖1所示。

2.4計算成果

閘基的總水頭等勢線及滲透坡降等值線如圖2、圖3所示。

滲流穩(wěn)定計算結(jié)果如表2所列。

表2　閘基主要部位滲透坡降表

2.5成果分析

計算結(jié)果表明，防滲墻底部局部區(qū)域滲透坡降最大，并向四周迅速減小，至閘室底板底面水平段和滲流出口段，滲透坡降小于允許值。因此，該設(shè)計方案能夠滿足閘基的滲透穩(wěn)定要求。此外，該樞紐水電站機(jī)組流量為924m3/s，相當(dāng)于其上游某水電站機(jī)組流量1227m3/s的75%，存在較大幅度的棄水。經(jīng)計算，通過閘基的單寬滲流量為0.081m3/d。可見，水的滲漏量對水電站水量利用的影響也比較小。

3不同防滲墻深度的滲流穩(wěn)定對比分析

上述分析已表明原防滲墻深度設(shè)計方案能夠滿足閘基的滲透穩(wěn)定要求，但從工程的施工和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，若減小防滲墻深度仍能夠滿足滲透穩(wěn)定要求，不僅可以減小工程成本，還可以降低施工難度、縮短工期，從而提高整個工程的效益。因此，為了探討不同深度的防滲墻設(shè)置方案是否也滿足閘基的滲透穩(wěn)定要求，本文對防滲墻分別嵌入含泥砂礫卵石1m、5m、10m的懸掛式防滲墻方案也進(jìn)行了分析比較。計算結(jié)果如表3所列。

表3　不同防滲墻深度計算結(jié)果表

由表3可見：①3種方案下水平段和出口段的滲透坡降小于允許值，均滿足滲透穩(wěn)定要求。②各部位的滲透坡降均隨著防滲墻深度的增加而減小。③防滲墻底部的滲透坡降值較大，防滲墻嵌入含泥砂礫卵石10m時，其底部的滲透坡降仍然遠(yuǎn)大于允許值，可能對該處的覆蓋層造成滲透破壞。

經(jīng)計算，3種方案下閘基的單寬滲流量分別為6.78m3/d、4.89m3/d、3.78m3/d，比防滲墻嵌入基巖時大2個數(shù)量級，水的滲漏量比較大，對電站用水造成一定影響。

4結(jié)論

由該水利樞紐泄洪閘段的滲流穩(wěn)定分析可以得出結(jié)論如下：①閘基上游設(shè)置防滲墻能顯著減小閘基滲透流量，降低滲透坡降，增強(qiáng)閘基礎(chǔ)的抗?jié)B性能，改善滲透穩(wěn)定性，提高閘的整體防滲性能，從而有效的保證閘基覆蓋層和下游出逸區(qū)的滲流穩(wěn)定。②防滲墻未完全封閉覆蓋層時，閘基水平段和出口段滲透坡降也有可能滿足要求。但防滲墻的底部滲透坡降較大，此時還應(yīng)考慮該處是否滿足覆蓋層的滲透穩(wěn)定要求。若不滿足要求，則防滲墻應(yīng)深入到基巖以保證滲透穩(wěn)定性；若滿足要求，在保證閘基滲透穩(wěn)定的前提下，則可以適當(dāng)優(yōu)化減小防滲墻深度以減小工程成本、降低施工難度、縮短施工工期，從而提高整個工程的效益。③本工程中，若采用懸掛式防滲墻方案，防滲墻底部的滲透坡降大于覆蓋層的允許坡降，可能使覆蓋層發(fā)生滲透破壞。因此，懸掛式防滲墻對本工程不適用，還是應(yīng)采用防滲墻底部嵌入基巖內(nèi)0.5m的設(shè)計方案。

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(責(zé)任編輯胡進(jìn))

Discussion on layout depth of cutoff wall of sluice in one hydro-junction

LI Po

(Anhui Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power, Hefei 230000，China)

Abstract:This paper analyzes the seepage stability of sluice foundation according to the layout depth of cutoff wall in the anti-seepage system of one hydro-junction by SEEP/W software. The results indicate that the cutoff wall should be embedded into impervious layer to ensure the safety of the project.

Key words:SEEP/W;depth of cutoff wall; sluice foundation; seepage stability

收稿日期：2016-02-29；修回日期：2016-03-12

作者簡介：李坡(1983-)，男，安徽蕭縣人，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.007

中圖分類號：U641

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-6221(2016)02-0024-04