六安市淠河橡膠壩(中壩)滲流安全分析

任澤垠

(南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 南陽(yáng) 473003)

1 概述

六安市地處安徽省西部大別山的北麓，淠河是淮河的一級(jí)支流，自南向北穿城而過(guò)。橡膠壩(中壩)總長(zhǎng)520m，共6跨，單跨長(zhǎng)86m，中墩厚0.80m，壩袋凈高4.50m，壩底板高程為31.50m，壩頂高程即設(shè)計(jì)擋水位36.00m。橡膠壩中壩建成后，形成平均水深5.00m、回水長(zhǎng)度20km、蓄水面積11.44km2、攔蓄水量4300×104m3的人工湖，工程特性見(jiàn)表1。

橡膠壩上游鋼筋混凝土防滲鋪蓋順?biāo)飨蛩介L(zhǎng)度15.00m，厚度0.40m，鋪蓋頂面高程由29.00m抬升至31.00m；鋼筋混凝土壩底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度14.00m，厚度1.00m，下設(shè)前后齒墻，為延長(zhǎng)滲徑，壩底板下部設(shè)置粘土墊層厚度1.70m，在壩底板前端4.00m處設(shè)置樁徑0.50m的雙排水泥土攪拌樁墻，雙排樁互相搭接，排中心距0.30m，行中心距0.40m，樁底高程22.89m，樁長(zhǎng)7.00m，形成懸掛帷幕；鋼筋混凝土消力池全長(zhǎng)28.20m，池深1.00m；漿砌石海漫段總長(zhǎng)36.00m，厚0.40m；末端設(shè)置上口寬為10.00m的拋石防沖槽。

目前，橡膠壩(中壩)工程已運(yùn)行9年，為了解其運(yùn)行狀況，對(duì)壩基進(jìn)行滲流安全性分析，復(fù)核壩基滲流性態(tài)是否符合規(guī)范要求。

2 地質(zhì)條件

在鉆孔控制深度內(nèi)自上而下各地層特征及物理力學(xué)特性如下：

表1 六安市淠河橡膠壩(中壩)工程特性表

表2 地基土性質(zhì)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)建議值表

上述層地基土性質(zhì)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)建議值見(jiàn)表2。

地下水類型為孔隙潛水，賦存于細(xì)砂層、中砂層、粗砂夾礫石層和圓礫夾卵石層，主要由大氣降水和淠河河水補(bǔ)給。地下水位以下賦水地層主要為粗砂夾礫石層和圓礫夾卵石層。

3 滲徑長(zhǎng)度分析

六安市淠河橡膠壩(中壩)工程滲流輪廓線由鋪蓋、壩底板和消力池輪廓線組成，主要坐落在粗砂夾礫石層，上游擋水位36.00m，下游按消力坎頂高程30.00m計(jì)算，則上下游河道設(shè)計(jì)水位差為6.0m。根據(jù)SL 265—2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩基防滲長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

L=C×ΔH

(1)

式中，ΔH—上、下游水位差，m；C—允許滲徑系數(shù)值，壩基為粗砂夾礫石，C取5。

壩基滲徑長(zhǎng)度計(jì)算見(jiàn)表3。根據(jù)計(jì)算成果：實(shí)際滲徑長(zhǎng)度大于計(jì)算值，滿足規(guī)范要求。

表3 壩基滲徑長(zhǎng)度計(jì)算表

4 滲透穩(wěn)定計(jì)算分析

4.1 采用方法

按照SL 265—2016中“改進(jìn)阻力系數(shù)法”與“有限單元法”數(shù)值模擬(Autobank)計(jì)算滲流出口的水力坡降值。

4.2 改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算分析

4.2.1 地基有效深度的計(jì)算

(2)

(3)

式中，字母意義及單位詳見(jiàn)SL 265—2016，本文不再一一詳述，下同。

如果計(jì)算Te值小于地基實(shí)際深度時(shí)，應(yīng)采用Te值進(jìn)行滲流計(jì)算；如果計(jì)算Te值大于地基實(shí)際深度時(shí)，應(yīng)按地基實(shí)際深度進(jìn)行滲流計(jì)算。

4.2.2 分段阻力系數(shù)的計(jì)算

進(jìn)、出口段阻力系數(shù)可按下式計(jì)算：

(4)

內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)可按下式計(jì)算：

(5)

水平段的阻力系數(shù)可按下式計(jì)算：

(6)

4.2.3 各分段水頭損失值的計(jì)算

(7)

以直線連接各分段計(jì)算點(diǎn)的水頭值，即得滲透壓力圖。

4.2.4 進(jìn)出口段水頭損失值的修正

(8)

當(dāng)計(jì)算的β′≥1.0時(shí)，可用β′=1.0；可按下式計(jì)算：

(9)

4.2.5 出口段滲流坡降值的計(jì)算

(10)

4.2.6進(jìn)、出口段齒墻不規(guī)則部位按下列方法進(jìn)行修正

當(dāng)hx≥△h時(shí)：

(11)

(12)

當(dāng)hx+hy≥△h時(shí)：

(13)

(14)

當(dāng)hx+hy<△h時(shí)：

(15)

(16)

(17)

4.2.7 改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算成果

地基有效深度Te計(jì)算

地下輪廓線的水平投影長(zhǎng)度L0，L0=39.90m，

地下輪廓線的垂直投影長(zhǎng)度S0，S0=7.61m，

∵L0/S0=39.9/7.61=5.20>5

(18)

∴取Te=0.5L0=19.95m

根據(jù)地質(zhì)資料，隔水層頂高程為16.50m。

∴Te=30.40-16.50=13.90m<19.95m

(19)

∴取Te=19.95m。

分段水頭損失和水力坡降計(jì)算結(jié)果

各部位的水頭損失和水力坡降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

壩基滲流出口處為粗砂夾礫石、卵石，屬?gòu)?qiáng)透水層，滲透系數(shù)為1.54×10-1cm/s。根據(jù)SL 265—2016表6.0.4，壩基出口允許坡降值為0.50～0.55，水平段允許坡降值為0.22～0.28。由計(jì)算結(jié)果可知，壩基出口允許坡降及水平段滲流坡降均能滿足地基滲透穩(wěn)定要求。

4.3 橡膠壩底板出口滲透變形計(jì)算分析

根據(jù)SL 265—2016和GB 50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中滲透變形計(jì)算公式計(jì)算：

判別可能發(fā)生的滲流破壞形式：

流土型判別公式：Jcr=(GS-1)(1-n)

(20)

(21)

式中，字母意義及單位詳見(jiàn)GB 50487—2008，本文不再詳述。

經(jīng)計(jì)算，橡膠壩底板出口的滲流坡降為J=0.280，橡膠壩底板下的粗砂含礫層不會(huì)發(fā)生滲流破壞。

4.4 有限單元法計(jì)算成果

采用Autobank模擬壩基滲流場(chǎng)。網(wǎng)格劃分如圖1所示，水頭等值線圖如圖2所示，水力坡降等值線圖如圖3所示。

圖2 水頭等值線圖

部位T/mS1/mS2/mLx/mζ水頭損失/m修正后水頭損失/m水力坡降進(jìn)口段12.502.000.5370.6010.4650.232進(jìn)口段齒墻水平段10.50001.100.1050.1170.2340.213進(jìn)口段齒墻垂直段12.001.500.1260.1410.159鋪蓋水平段113.001.500.309.800.6570.7350.7350.075鋪蓋齒墻垂直段上游段13.300.300.0230.0250.025鋪蓋齒墻垂直段下游段13.400.40.0300.0330.033鋪蓋齒墻水平段13.00001.000.0770.0860.0860.086水泥攪拌樁垂直段上游段13.006.610.5730.6410.641水泥攪拌樁垂直段下游段13.006.610.5730.6410.641水泥攪拌樁水平段6.39000.200.0310.0350.0350.175鋪蓋水平段213.650.400.404.800.3110.3470.3470.072鋪蓋下游齒墻垂直段13.901.200.0870.0970.097壩袋底板上游齒墻水平段12.70000.800.0630.0700.0700.088壩袋底板上游齒墻垂直段13.901.200.0870.0970.097壩袋底板水平段113.901.200.707.060.4120.4610.4610.065供排水管處齒墻垂直段上游段13.900.700.0500.0560.056供排水管處齒墻垂直段下游段13.900.700.0500.0560.056供排水管處齒墻水平段13.20001.400.1060.1190.1190.085壩袋底板水平段213.900.701.004.640.2480.2780.2780.060壩袋底板下游齒墻垂直段上游段13.901.000.0720.0810.081壩袋底板下游齒墻垂直段下游段13.901.000.0720.0810.081壩袋底板下游齒墻水平段12.70000.800.0630.0700.0700.088消力池水平段13.901.002.506.500.2910.3260.3260.050消力池垂直段13.902.500.1820.2040.324出水段齒墻水平段11.40000.500.0440.0490.0980.196出口段12.801.400.4950.5540.3850.275∑5.3666.0006.000

圖3 水力坡降等值線圖

由計(jì)算結(jié)果分析，滲流出口處的水力坡降值為0.260，閘基出口土的水力坡降值為0.280，與改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果0.275接近，則壩基出口允許坡降滿足地基滲透穩(wěn)定要求。

5 結(jié)論

采用滲徑長(zhǎng)度計(jì)算法、改進(jìn)阻力系數(shù)法和有限單元法數(shù)值模擬(Autobank)，計(jì)算分析六安市淠河橡膠壩(中壩)工程壩基滲流結(jié)果，均滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)場(chǎng)檢查以及底板與壩基結(jié)合部檢測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果亦表明，土建工程運(yùn)行狀況良好，橡膠壩工程未出現(xiàn)繞壩或接觸滲透，橡膠壩滲流性態(tài)是安全的。

綜上所述，土質(zhì)閘基滲流計(jì)算有理論計(jì)算法、近似計(jì)算法和電模擬試驗(yàn)法，改進(jìn)阻力系數(shù)法和流網(wǎng)法是近似計(jì)算法中常用的方法，也是規(guī)范中推薦采用的方法。有限單元流網(wǎng)法，需要按規(guī)定的原則應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖才能得到較好的結(jié)果。對(duì)于復(fù)雜土基上的重要水閘，應(yīng)采用數(shù)值計(jì)算法求解更為準(zhǔn)確。

172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)討論會(huì)在京召開(kāi)

本站訊 2018年11月6日至7日，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院在北京組織召開(kāi)了172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)討論會(huì)。會(huì)議的主要任務(wù)是交流重大水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐成果，總結(jié)重大水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，查找問(wèn)題,以更好地指導(dǎo)今后的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作，服務(wù)好“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的工作總基調(diào)。

水利部葉建春副部長(zhǎng)出席會(huì)議并作講話。葉建春指出，水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)工作責(zé)任重大，推進(jìn)172項(xiàng)重大水利工程是黨中央深刻認(rèn)識(shí)我國(guó)基本國(guó)情水情作出的重要戰(zhàn)略部署，是水利部當(dāng)前的重大政治任務(wù)。葉建春充分肯定了水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院和各參建勘測(cè)設(shè)計(jì)單位為172項(xiàng)重大水利工程的順利推進(jìn)作出的重要貢獻(xiàn)，同時(shí)指出了水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作存在的問(wèn)題，要求勘測(cè)設(shè)計(jì)單位要深入學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)習(xí)近平總書(shū)記提出的十六字治水方針，圍繞水利部黨組關(guān)于“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”工作總基調(diào)，聚焦京津冀協(xié)同發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)等國(guó)家重大戰(zhàn)略，在規(guī)劃編制、戰(zhàn)略研究、重大基礎(chǔ)技術(shù)工作、技術(shù)審查和行業(yè)管理等工作中，要堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變勘測(cè)設(shè)計(jì)工作理念，確保勘測(cè)設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。

葉建春強(qiáng)調(diào)，水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院要按照水利部的統(tǒng)一部署，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與項(xiàng)目有關(guān)方有效對(duì)接，加強(qiáng)技術(shù)幫扶，提前介入技術(shù)指導(dǎo)，優(yōu)先安排項(xiàng)目審查，統(tǒng)籌做好項(xiàng)目前期各項(xiàng)工作。

中國(guó)工程院院士鐘登華教授，中國(guó)科學(xué)院院士陳祖煜教授、倪晉仁教授等在大會(huì)作了專題報(bào)告。

水利部有關(guān)司局，水利、水電系統(tǒng)60余家設(shè)計(jì)單位的領(lǐng)導(dǎo)、代表及部分論文作者，共計(jì)300余人參加了會(huì)議。會(huì)議為63篇優(yōu)秀論文作者頒發(fā)了證書(shū)，為9家優(yōu)秀組織單位頒發(fā)了獎(jiǎng)牌。會(huì)議組織了勘測(cè)設(shè)計(jì)和規(guī)劃環(huán)境兩個(gè)分會(huì)場(chǎng)，有30余篇優(yōu)秀論文在會(huì)上進(jìn)行了交流。

(水規(guī)總院網(wǎng)站)