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        堤壩防滲設(shè)計(jì)在水利工程中的應(yīng)用

        2015-11-26 06:50:53馬曉麗李德祥錢志文
        水利規(guī)劃與設(shè)計(jì) 2015年10期
        關(guān)鍵詞:堤身堤壩防滲墻

        馬曉麗,李德祥,錢志文

        (1.青海省水利水電科技發(fā)展有限公司,青海西寧810001;2.青海省祁連縣水利局,青海祁連810400)

        堤壩防滲設(shè)計(jì)在水利工程中的應(yīng)用

        馬曉麗1,李德祥2,錢志文2

        (1.青海省水利水電科技發(fā)展有限公司,青海西寧810001;2.青海省祁連縣水利局,青海祁連810400)

        水庫堤壩工程直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求做好堤壩設(shè)計(jì),特別是堤壩的防滲設(shè)計(jì)。本文結(jié)合具體的水庫堤壩設(shè)計(jì)工程實(shí)例,簡要探討堤壩結(jié)構(gòu)形式的選擇以及堤壩結(jié)構(gòu)防滲設(shè)計(jì),希望能對類似工程起到借鑒作用。

        堤壩工程;防滲設(shè)計(jì);水利工程

        引 言

        隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水利工程建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展。水利工程作為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分,它的工程安全和質(zhì)量直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。堤壩工程是水利工程的重要組成部分,在堤壩的設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行。對于堤壩工程而言,其防滲非常重要,因此在堤壩工程設(shè)計(jì)中應(yīng)做好防滲設(shè)計(jì)。

        1 工程概況

        本堤壩主要由三個(gè)段落組成,分別為西側(cè)堤壩、外側(cè)堤壩以及東側(cè)堤壩。堤壩的總長度為3512.34m。堤壩采用聚丙烯編織袋吹填壩型。在編織布袋內(nèi)充填取自附近河流內(nèi)的粉砂土,將其作為內(nèi)外大小棱體,并在棱體之間吹填粉砂土。此外,在堤壩上修建一座取水泵站和排水涵閘,這兩個(gè)結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)是為了滿足進(jìn)水的需要。

        2 堤壩的結(jié)構(gòu)型式

        在選擇水庫堤壩形式時(shí),應(yīng)按照因地制宜、就地取材等原則,同時(shí)應(yīng)綜合考慮工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件、水文條件、氣候條件以及筑堤材料、施工條件、工程造價(jià)、工程景觀等各方面的因素,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,最終選擇一個(gè)最佳的堤壩結(jié)構(gòu)型式。

        本工程沿線灘面的高差大小不一,一般在2~5m之間,最大達(dá)到7m。根據(jù)堤壩所在區(qū)域地質(zhì)勘察報(bào)告,總體上本工程場地內(nèi)的土層分布較為穩(wěn)定。在工程所在區(qū)域附近的河流內(nèi)有較好的砂源地,儲量較為豐富,可以滿足設(shè)計(jì)和施工的需要,因此用作聚丙烯編織布袋內(nèi)的填土材料。

        一般情況下,堤壩材料主要有土、土石、拋石和鋼筋混凝土,其中前兩種對地基土的要求最小,其次是拋石壩。因此本工程的堤壩形式可考慮土壩、土石壩和拋石壩三種形式,相對而言,拋石壩的堤身抗?jié)B性較差,進(jìn)行防滲處理往往需要投入較大的資金。本工程水庫正常運(yùn)行水位在4.5~5m之間,最高蓄水位可達(dá)到5.4m。本工程堤壩為3級建筑物,堤壩高程按5.4m設(shè)計(jì),外側(cè)堤壩所在灘面高程為3m,最低處為-5m,東側(cè)堤壩地面高程為2~-4m之間,西側(cè)則為0~3m之間。堤壩堤身的高度在3~10.5m之間。堤頂?shù)膶挾葹?m。

        在進(jìn)行堤壩壩坡設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)重點(diǎn)考慮堤壩穩(wěn)定的要求。根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果,并結(jié)合相關(guān)的施工要求,本工程堤壩內(nèi)坡和外坡的坡比均為1∶3。在外坡需要設(shè)置平臺,平臺高程為1m,寬度為3m。在內(nèi)坡上同樣設(shè)置平臺,分別在高程-1m和3m處,寬度與外坡平臺一直。

        為了堤壩工程的安全,在設(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮風(fēng)浪、潮流等因素。一般混凝土層面厚度為0.7m。外坡采用灌砌塊石進(jìn)行護(hù)坡,厚度控制在0.4m,并且在其下設(shè)置一層袋裝碎石和土工反濾布,厚度控制在0.2m,同時(shí)在堤前設(shè)置拋石護(hù)底,其寬度控制在20m,在其下設(shè)置袋裝碎石和沙肋軟體排,厚度控制在0.4m。內(nèi)坡為0.4m的灌砌塊石,同時(shí)在其下也設(shè)置袋裝碎石和土工反濾布。堤壩形式設(shè)計(jì)完成之后,需要考慮堤壩的滲透問題,本工程堤壩堤身采用高壓噴射防滲板墻。

        3 堤壩結(jié)構(gòu)防滲設(shè)計(jì)

        本水庫工程堤壩為粉砂土吹填的均質(zhì)壩,壩體的滲透系數(shù)較大,一般為2×10-4cm/s左右。因此需要進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算分析,解決堤壩的滲流穩(wěn)定和滲透量問題。

        3.1 滲流穩(wěn)定分析計(jì)算

        3.1.1 計(jì)算工況

        在計(jì)算模型中所設(shè)置的水位邊界包括:(1)外海潮位,主要考慮三種條件下的水位,分別為高程時(shí)的水位5.4m,多年平均高潮位3.92m,以及多年平均低潮水位-0.24m。(2)庫內(nèi)水位,主要考慮三種條件下的水位,分別為最高蓄水位5.4m,水庫檢修水位-3m以及水位1m。計(jì)算工況見表1。

        表1 計(jì)算工況

        3.1.2 計(jì)算方法

        滲流計(jì)算方法采用平面滲流的有限元分析,滲流有限元的基本計(jì)算公式如下:

        式中,[K]為滲水系數(shù)矩陣;﹛H﹜為總水頭向量;[M]為單元儲水量矩陣;﹛Q﹜為流量向量;t為時(shí)間。

        3.1.3 計(jì)算參數(shù)

        計(jì)算所采用的土層滲透系數(shù)見表2。

        表2 土層的滲透系數(shù)

        3.1.4 計(jì)算結(jié)果

        對不同工況下堤壩的滲流穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算分析,將其結(jié)果列于表3中。

        表3 不同工況下堤壩的滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

        從表3中可以清楚地看到,下游坡面滲流出逸坡降均大于粉砂的允許水力比降0.4,堤壩無法滿足滲流穩(wěn)定要求,需要設(shè)置防滲墻。

        3.2 堤壩堤身防滲墻設(shè)計(jì)

        考慮到本工程所設(shè)計(jì)的堤壩采用聚丙烯編織布袋充填施工成堤,因此,本工程底板采用垂直防滲方式效果相對較好。根據(jù)本工程堤壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本堤壩不適合采用垂直鋪塑、振動沉模防滲板墻等防滲方法。高壓噴射防滲墻使用設(shè)備簡單、施工操作方便、施工效率高,耐久性強(qiáng)。高壓噴射墻體的有效厚度為0.2m,滲透系數(shù)為1×10-6cm/s。防滲墻插入到粘土泥面下的深度應(yīng)控制在2~4m之間。高壓噴射鉆孔孔距控制在1.5m。

        當(dāng)?shù)虊蔚躺碓O(shè)置高壓噴射防滲板墻之后,再次對其進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析,如表4所示為設(shè)置防滲墻之后堤壩的滲流穩(wěn)定分析結(jié)果。

        表4 設(shè)置防滲墻之后堤壩的滲流穩(wěn)定分析結(jié)果

        由表4得出,當(dāng)?shù)虊卧O(shè)置高壓噴射防滲板墻后,本工程堤壩滲流穩(wěn)定均能滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

        4 結(jié)語

        堤壩設(shè)計(jì)關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全,在設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行,其中重點(diǎn)是做好堤壩防滲設(shè)計(jì)。文章結(jié)合具體的堤壩設(shè)計(jì)工程實(shí)例,在本工程水庫堤壩的設(shè)計(jì)方案中采用粉砂土吹填的均質(zhì)壩,針對堤壩的滲流穩(wěn)定和滲透流量情況,對堤壩設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算分析。

        [1]徐東.灌漿防滲加固處理技術(shù)的應(yīng)用[J].廣東科技,2013(12):119.

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        TV871

        A

        1672-2469(2015)10-0099-03

        10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.31

        馬曉麗(1981年—),女,工程師。

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