江邊水電站攔河壩基礎(chǔ)覆蓋層防滲研究

陸 欣，黃 維，史 彬

（中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院，浙江杭州310014）

1 工程概況

江邊水電站是以發(fā)電為主的低閘高水頭引水式電站。電站總裝機(jī)330 MW，最大壩高32.0 m。攔河壩由兩孔泄洪閘、一孔沖沙閘及左右岸混凝土重力壩段組成，除部分岸邊壩段外，攔河壩基礎(chǔ)均置于河床深覆蓋層上。

閘址區(qū)出露地層主要為二疊系下統(tǒng)甲黃溝群（P1jh）和第四系沖洪積、沖湖積、崩坡積地層。第四系覆蓋層（Q4）最大厚度109.2 m?？煞譃槲宕髮樱旱冖賹颖榔路e（Q）碎石土；第②層河床沖洪（Q）漂（塊）卵（碎）石層，其間夾有②-2層中細(xì)砂夾層；第③層沖湖積（Q）砂質(zhì)粉土，夾有③-1粉質(zhì)粘土和③-2層粉砂透鏡體；第④層沖洪積（Q）卵（碎）砂礫；第⑤層沖洪積（Q卵（碎）石。

2 覆蓋層特性

根據(jù)樞紐布置，除部分岸邊壩段外，閘壩基礎(chǔ)均置于河床覆蓋層上。

壩基礎(chǔ)置于第②層下部漂（塊）卵（碎）石層上，壩基第②層下部漂（塊）卵（碎）石層，不均勻系數(shù)為100.4～568.6，滲透系數(shù)為7.26×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水層，室內(nèi)滲透變形試驗分析，漂（塊）卵（碎）石層滲透破壞形式為管涌型，建議滲透系數(shù)為（5～8）×10-2cm/s，允許坡降為0.10～0.15。

壩基持力層下伏的第③層砂質(zhì)粉土，滲透破壞形式為流土，抗?jié)B允許坡降為4～5，第③-2層粉砂滲透破壞形式也為流土，抗?jié)B允許坡降為0.5～0.6。

第③層與第②層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)的地基，第③層砂質(zhì)粉土平均滲透系數(shù)為3.01×10-5cm/s，14組試樣平均值為7.4；第③-2層粉砂平均滲透系數(shù)為2.50×10-5cm/s，8組試樣不均勻系數(shù)平均值為1.2；第②層下部漂（塊）卵（碎）石層，不均勻系數(shù)為100.4～568.6。根據(jù)《水利水電工程勘察規(guī)范》，接觸沖刷和接觸流失判別方法：D10/d10分別為82與25，均大于10，D20/d70分別為125與27，均大于7，因此，存在接觸沖刷和接觸流失問題，地質(zhì)建議接觸沖刷和接觸流失允許比降為0.4～0.5。

從以上各巖組滲透變形特征和地層結(jié)構(gòu)特征分析，第②層的管涌、第③層的流土和第③層與第②層接觸面的接觸沖刷和接觸流失問題對閘壩地基滲透穩(wěn)定影響較大，因此必須采取有效的防滲措施，降低水力坡降。第③-2層粉砂以透鏡狀分布，外圍被抗?jié)B條件較好的砂質(zhì)粉土包裹，對壩基滲透穩(wěn)定不構(gòu)成直接危害，但在防滲墻打穿該透鏡體后，其與防滲墻接觸面可能產(chǎn)生接觸流失。

3 防滲措施初擬

軟基上的閘、壩基礎(chǔ)防滲主要有水平防滲、垂直防滲和水平防滲與垂直防滲相結(jié)合的方案。第②層漂（塊）卵（碎）厚約15～30 m，滲透系數(shù)為7.26×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水層，存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題。漂（塊）卵（碎）石層下伏的第③層砂質(zhì)粉土平均滲透系數(shù)為3.01×10-5cm/s，屬弱透水性；③-1粉質(zhì)粘土平均滲透系數(shù)為2.95×10-6cm/s，屬微透水性；③-2粉砂透鏡體平均滲透系數(shù)為3.51×10-5cm/s，屬弱透水性?？梢姷冖蹖記_湖積地層總體滲透性弱，以弱透水性為主，為相對隔水層，同時勘探揭示第③層沖湖積地層與壩基兩岸弱風(fēng)化微透水巖體直接相連，且地層厚度大，層位穩(wěn)定，是較好的天然鋪蓋，可視為相對隔水層。由于河床覆蓋層深達(dá)110m，如果采用全封閉式防滲墻將給施工帶來非常大的難度，直接影響工程工期并增大投資，施工質(zhì)量也難以保證。因此，考慮采用防滲墻封閉到第③層砂質(zhì)粉土層，初步擬定了防滲墻分別插入第③層1 m、5 m和10 m共3個方案。

4 防滲方案比選

對初擬的三個方案進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬計算，圖2為計算典型剖面，計算采用參數(shù)見表1。

成果顯示，這3個方案基礎(chǔ)的滲流量差別較小，防滲墻插入第③層砂質(zhì)粉土層1 m、5 m和10 m的滲漏量分別為2.96 L/s、2.62 L/s和2.58 L/s，不到枯水期多年平均來流量41.1 m3/s的0.1%，從基礎(chǔ)滲漏量來看，3個方案均能滿足要求。分析其主要原因，是懸掛式防滲墻底部進(jìn)入了砂質(zhì)粉土層，截斷了閘基覆蓋層中相對隔水層以上的主要滲流通道。計算結(jié)果表明，約95%以上的滲透壓力勢能水頭消耗在砂質(zhì)粉土和防滲墻內(nèi)。閘壩基底揚壓力和接觸滲透比降也相應(yīng)比較小，不會對閘室和擋水壩的安全運行產(chǎn)生影響，為保證少量滲流的排水通暢，在護(hù)坦底部設(shè)置有反濾排水系統(tǒng)，以保護(hù)滲流出口。

表1 基礎(chǔ)覆蓋層滲透系數(shù)和允許比降表Table 1 Permeability coefficient and slope of the overburden

從這3個方案的滲透坡降情況來看，防滲墻插入第③層砂質(zhì)粉土層1 m方案，砂質(zhì)粉土層最大滲透坡降約為5.46，大于允許坡降（砂質(zhì)粉土4～5），該防滲方案不滿足滲透穩(wěn)定要求。

防滲墻插入第③層砂質(zhì)粉土層5 m和10 m方案的滲透坡降場相似，砂質(zhì)粉土層最大滲透坡降分別約為2.57和2.26，滿足相應(yīng)的允許比降值。這兩個方案的最大層間坡降均發(fā)生在第②層和第③層之間，約為0.22～0.24，層間接觸沖刷能夠滿足。出逸點坡降在0.002以內(nèi)，其他各土層的坡降值也非常小，均能夠滿足要求。

根據(jù)數(shù)值分析成果，防滲墻插入第③層砂質(zhì)粉土層5 m和10 m兩個方案，滲漏量和滲透坡降均能滿足工程要求，考慮到工程經(jīng)濟(jì)性，最終選擇防滲墻插入第③層砂質(zhì)粉土層5 m的作為設(shè)計方案。

5 結(jié)語

江邊水電站攔河壩基礎(chǔ)防滲處理采用了研究后推薦的防滲墻插入第③層砂質(zhì)粉土層5 m方案。目前電站已完建并蓄水發(fā)電，從已有的觀測情況看，基礎(chǔ)滲漏量很小，基礎(chǔ)滲透壓力正常，基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)運行正常，攔河壩基礎(chǔ)的防滲措施達(dá)到了預(yù)期的效果。

參考資料：

[1]九龍河江邊水電站可行性研究報告[R].華東勘測設(shè)計研究院.

[2]SL265-2001，水閘設(shè)計規(guī)范[S].

[3]毛昶熙.滲流計算分析與控制[M].北京：水利水電出版社，2003.