楊柳溪水庫(kù)壩肩卸荷巖體繞滲問(wèn)題研究

熊劍

（貴州省正安縣水務(wù)局，貴州 正安 563400）

1 工程概況

楊柳溪水庫(kù)位于正安縣中觀鎮(zhèn)南面的晏溪村境內(nèi)，壩址處于烏江水系芙蓉江右岸支流馬河上游的右岸支流楊柳溪下游的崖腳河段。楊柳溪水庫(kù)總庫(kù)容787×104m3，年供水量882×104m3，水庫(kù)為Ⅳ等?。?）型水利工程。

工程區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)、黔北臺(tái)隆、遵義斷拱之風(fēng)岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)。壩基弱風(fēng)化巖體為CⅣ～BⅢ2類，滿足建基巖體質(zhì)量要求；壩基及兩岸防滲下限深入透水率小于等于5 Lu的巖體以下5～10 m，能滿足壩基防滲的要求。必須進(jìn)一步查明壩基巖體風(fēng)化、軟弱夾層分布、巖體質(zhì)量及物理力學(xué)參數(shù)、變形及抗滑穩(wěn)定條件和防滲邊界等。

2 模型構(gòu)建

該水庫(kù)右壩肩下伏于河床覆蓋層以下基巖滲透分區(qū)，根據(jù)示蹤劑法滲透測(cè)試結(jié)果及鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果，可將右壩肩分成強(qiáng)透水層、中等透水層和弱透水層，且不同滲透分區(qū)基本與岸坡常規(guī)卸荷帶、深卸荷帶、新鮮巖體相對(duì)應(yīng)。三維滲流計(jì)算過(guò)程中，按照各向異性滲透介質(zhì)確定裂隙巖體滲透特性和滲透張量。

三維滲流模型中X 軸平行于壩軸線，且以朝向右岸向?yàn)檎?；Y軸垂直向上為正向；Z軸向與壩軸線垂直。從坡腳處依次向上下游取200 m，垂直向下取2 650 m；順壩軸線向坡內(nèi)延伸310 m。三維滲流模型共包括27 756個(gè)單元和287 910個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。

圖1 滲流計(jì)算模型網(wǎng)格圖

該水庫(kù)壩基主要采用混凝土防滲墻接土工布的防滲措施，壩肩設(shè)置防滲帷幕。參考相關(guān)工程資料，防滲墻寬度和深度應(yīng)按照80 cm 和60 m 確定，且其滲透系數(shù)應(yīng)按1×10-7cm/s 取值；防滲帷幕設(shè)計(jì)寬度為2.50 m，基巖內(nèi)防滲帷幕滲透系數(shù)取1×10-5cm/s，防滲效果必須達(dá)到1 Lu。

3 卸荷巖體繞滲分析

結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，楊柳溪水庫(kù)防滲墻底部覆蓋層內(nèi)防滲帷幕的防滲效果達(dá)到1 Lu存在較大難度。故滲流計(jì)算時(shí)必須對(duì)覆蓋層中防滲帷幕水平深度、垂直深度等展開(kāi)分析；同時(shí)對(duì)不采取任何防滲措施下的滲流情況展開(kāi)比較分析。

3.1 防滲帷幕水平深度

在進(jìn)行防滲帷幕水平深度確定時(shí)，墻底灌漿深度始終按照60 m 控制，壩肩帷幕深度在52.01～198.30 m 之間變化，分別與強(qiáng)透水層和中等透水層底界對(duì)應(yīng)。通過(guò)三維滲流計(jì)算確定該水庫(kù)防滲帷幕水平深度壩肩卸荷巖體滲流量，結(jié)果見(jiàn)表1，表中方案1～7為防滲墻底部設(shè)置60 m深的帷幕，方案8為不設(shè)置任何防滲措施。

表1 水庫(kù)壩肩卸荷巖體滲流量表

據(jù)表中結(jié)果，與無(wú)任何防滲措施相比，在防滲墻、防滲帷幕、土工布等的綜合作用下，總深流量顯著減小。當(dāng)水平帷幕深度穿過(guò)岸坡卸荷區(qū)后，隨著水平帷幕深度的增大，對(duì)繞壩肩深流量的降低效果持續(xù)?？梢?jiàn)，該水庫(kù)工程設(shè)計(jì)方案中所采取的岸坡正常卸荷底界水平防滲帷幕深度切實(shí)合理；通過(guò)比較表中所列不同方案總滲流量，方案7總滲流量最小，為推薦方案。

考慮到壩基壩肩強(qiáng)透水區(qū)被壩基防滲墻、壩肩水平防滲帷幕、墻底垂直防滲帷幕等所構(gòu)成的防滲系統(tǒng)所封堵，透過(guò)強(qiáng)透水區(qū)巖體的庫(kù)水滲漏實(shí)際上已經(jīng)不存在；方案1～7中強(qiáng)透水區(qū)滲漏量均不存在。而不采取任何防滲措施的方案8中庫(kù)水主要順著滲流路徑最短的通道下滲。因右岸強(qiáng)弱卸荷巖體及地表覆蓋層均屬于強(qiáng)透水性介質(zhì)，滲流必然經(jīng)過(guò)卸荷巖體與覆蓋層。

3.2 防滲帷幕垂直深度

結(jié)合以上分析結(jié)果，防滲墻底覆蓋層內(nèi)防滲帷幕具有較大的透水性，表明右壩肩防滲帷幕與防滲墻效果較好，為論證防滲墻底垂直防滲帷幕取消的可行性，展開(kāi)墻底防滲帷幕深度對(duì)滲流影響的分析。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在減小防滲墻底帷幕深度后總滲流量呈增大趨勢(shì)，但將防滲墻底防滲帷幕徹底取消后，總滲流量為不采取任何防滲措施下總滲流量的7.33%，防滲效果衰減并不明顯，表明壩基防滲墻對(duì)壩基滲流量具有顯著削弱作用，但防滲墻底帷幕對(duì)降低壩基滲流量效果并不明顯。此外，如果在防滲墻底河床覆蓋層再設(shè)置60 m深的帷幕灌漿，既延長(zhǎng)工期，增大工程投資，又難以保證防滲效果，故楊柳溪水庫(kù)壩基防滲墻下可不設(shè)置帷幕灌漿。

3.3 覆蓋層防滲帷幕滲透性

根據(jù)該水庫(kù)壩高及壩前壩后水頭差，應(yīng)在防滲墻設(shè)置預(yù)留孔并對(duì)透水基巖及墻底覆蓋層實(shí)施帷幕灌漿，以保證滲徑的增大，減緩懸掛式防滲墻滲流量?；鶐r中防滲帷幕防滲效果控制在1 Lu相對(duì)容易，而深厚覆蓋層防滲效果要控制在1 Lu存在較大困難。通過(guò)三維滲流展開(kāi)計(jì)算，得出的覆蓋層防滲帷幕滲流量見(jiàn)表2。表中方案7、7 Lu2～7 Lu10 中防滲墻底帷幕深度全部為60 m，右壩肩水平帷幕深度全部采用52.52 m設(shè)置，基巖防滲效果全部為1 Lu；與表1一樣，方案8為不采取任何防滲措施的方案。

表2 覆蓋層防滲帷幕滲流量表

根據(jù)分析結(jié)果，隨著覆蓋層透水性的增大，滲流量和帷幕灌漿效果均增大，但即使覆蓋層中防滲帷幕效果達(dá)到10 Lu，總滲流量也僅為不采取任何防滲措施下滲流量的6.42%，防滲效果較好，且這一防滲水平施工中也容易實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

結(jié)合以上分析結(jié)果及水庫(kù)滲流觀測(cè)資料，采取了文中所提出的繞滲處理措施后，楊柳溪水庫(kù)壩肩卸荷巖體滲漏點(diǎn)并無(wú)增多現(xiàn)象，滲漏點(diǎn)排水量也無(wú)明顯增大，揚(yáng)壓力和繞壩滲流無(wú)明顯異常。為保證水庫(kù)大壩長(zhǎng)期安全運(yùn)行，必須依托文中所構(gòu)建的三維滲流模型，優(yōu)化滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布和數(shù)據(jù)采樣周期，完善大壩滲流監(jiān)測(cè)體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩運(yùn)行過(guò)程中壩肩卸荷巖體等繞壩滲流問(wèn)題，并采取有效措施。