譚清順

(齊齊哈爾市鐵鋒區(qū)水利站，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

1 緒 論

新疆下坂地水利樞紐工程壩基覆蓋層深厚，地質(zhì)條件復(fù)雜，通過模擬計(jì)算分析大壩正常蓄水位若壩基不處理，大壩滲漏總量為1.24m3/s，年滲漏損失3620萬m3，滲透坡降0.55，遠(yuǎn)>允許坡降0.1和臨界坡降0.31，壩基將會(huì)出現(xiàn)大面積的滲透破壞[1]。滲流模擬分析說明該土石壩垂直防滲體系只有采取全斷面截?cái)喔采w層滲流的形式，才能有效阻止壩基滲流，工程才具備運(yùn)行期的安全穩(wěn)定。

2 垂直防滲試驗(yàn)及方案優(yōu)化

2.1 工程概況

下坂地水利樞紐工程主要以蓄水為主，兼顧發(fā)電效益，工程規(guī)模Ⅱ等大(2)型，主要建筑物為瀝青混凝土心墻壩、泄洪洞、引水系統(tǒng)和廠房。水庫(kù)總庫(kù)容8.67億m3，電站總裝機(jī)150MW，年發(fā)電量4.735億kW·h，最大壩高78m[2]。壩基深厚覆蓋層地質(zhì)剖面圖，見圖1。

圖1 壩基深厚覆蓋層地質(zhì)剖面圖

2.2 防滲墻和灌漿帷幕組合

2.2.1 防滲墻頂高程確定

取壩址左岸臺(tái)地高程作為防滲墻頂高程，選用防滲墻85m墻深時(shí)防滲墻不能全部穿過左岸砂層透鏡體，將給帷幕灌漿施工造成一定難度。防滲墻頂高程放在2897m的可有效降低壩基防滲工程量，任何墻幕組合型式防滲墻均能穿過沙層透鏡體，避免了沙層灌漿。當(dāng)開挖至2897m高程，表層松散結(jié)構(gòu)體全部挖除，同時(shí)防滲墻施工平臺(tái)位于冰磧地層，地質(zhì)條件較好，不需加固施工平臺(tái)。

2.2.2 不同深度墻幕結(jié)合方案造價(jià)對(duì)比

通過同類工程壩基防滲試驗(yàn)對(duì)比表明，墻深60-80m的施工工效最高，為深度0-60m平均施工工效的77.7%，墻深80-102m工效為68.65%。

不同防滲墻深度的人、材消耗系數(shù)[3]，見表1：

表1 不同深度防滲墻成槽人、材系數(shù)

套用定額單價(jià)進(jìn)行系數(shù)擴(kuò)大可得不同墻深的造孔單價(jià)。不同方案工程量及投資對(duì)比表，見表2。

表2 不同深度墻幕方案工程量及投資對(duì)比表

2.3 防滲墻和灌漿帷幕深度組合

在下坂地壩基覆蓋層中采用80m、85m、90m、95m、100m五個(gè)不同深度的防滲墻與灌漿帷幕組合型式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)比[4]，來確定最優(yōu)組合。

技術(shù)方面，80m深防滲墻可包住砂層透鏡體，但考慮10m搭接后，帷幕頂部高程在砂層透鏡體內(nèi)，不能保證灌漿質(zhì)量。墻深80-100m為技術(shù)合理區(qū)，該范圍均能達(dá)到壩基滲漏量的控制標(biāo)準(zhǔn)，超過100m時(shí)防滲效果甚微且增加投資，且施工工效明顯降低，故選用防滲墻槽孔造孔深度小的方案。防滲可靠性方面，隨著防滲墻深度加大，防滲體系越可靠，帶著的施工難度相應(yīng)增加。從施工角度看，80m與85m深度防滲墻槽孔施工難度、工效基本相同，而墻深>85m施工工效明顯降低，因而相對(duì)于其他墻深而言設(shè)計(jì)推薦防滲可靠性較好、施工相對(duì)較簡(jiǎn)單的85m深防滲墻方案；因?yàn)榉罎B墻施工，因此防滲墻施工相對(duì)簡(jiǎn)單，工效穩(wěn)定，墻體的施工質(zhì)量有充分保證。投資角度分析，防滲方案總體投資較小，85m深防滲墻僅比80m增大1.68%，故選用85m深防滲墻，可保證工效最高，工期最短。

2.4 墻體材料及墻厚

墻體材料主要研究材料彈模帶來的應(yīng)力變化，取墻厚1m，墻體彈模為30GPa、28GPa、25.5GPa、1GPa、0.8GPa及0.5GPa，建模分析防滲墻應(yīng)力應(yīng)變?nèi)S有限元計(jì)算結(jié)果。防滲墻的最大應(yīng)力與最大位移計(jì)算結(jié)果，見表3。防滲墻應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。見表4。

表3 防滲墻的最大應(yīng)力與最大位移計(jì)算結(jié)果

表4 防滲墻應(yīng)力計(jì)算對(duì)比表

從上述結(jié)果可知，混凝土防滲墻彈性模量從25.5GPa提高到30GPa，竣工期的最大壓應(yīng)力在17.4-19.1MPa，蓄水期為16.0-17.8MPa，墻體應(yīng)力在常規(guī)混凝土C20的抗壓強(qiáng)度范圍內(nèi)。墻體局部產(chǎn)生較大拉壓應(yīng)力，南水模型的最大壓應(yīng)力19.0MPa，最大拉應(yīng)力1.2MPa，鄧肯模型的最大壓應(yīng)力20.2MPa，最大拉應(yīng)力1.8MPa。

為研究不同防滲墻厚度的墻體應(yīng)力變化，取防滲墻彈模為25.5GPa，墻的厚度分別取0.8m 、0.9m、1.0m 、1.1m、1.2m的應(yīng)力計(jì)算，不同防滲墻厚度的應(yīng)力值，見表5。

表5 不同防滲墻厚度的應(yīng)力值

由表可知，最大應(yīng)力隨防滲墻厚度的增大不斷降低，當(dāng)墻厚度為1m時(shí)墻體的最大應(yīng)力為18.4MPa，采用1m厚的常規(guī)混凝土，防滲墻受力上滿足結(jié)構(gòu)受力要求；抗?jié)B角度看，壩基混凝土防滲墻的允許水力坡度取Jp=80，最大水頭72m，厚度為1m的防滲墻最大水力坡降J=72，<允許水力坡降，滿足抗?jié)B要求；當(dāng)厚度<1m時(shí)，應(yīng)力過大；>1m時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差。綜合考慮選用墻厚為1m。

2.5 灌漿材料及帷幕體允許水力坡降

灌漿材料采用水泥黏土漿，黏土采用烏洽紅黏土。在壩基防滲帷幕灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，試驗(yàn)區(qū)共設(shè)置3個(gè)檢查孔，每孔選2段進(jìn)行壓水試驗(yàn)。根據(jù)壓水成果，定義水頭衰減系數(shù)0.8，當(dāng)安全系數(shù)為K=5和10時(shí)的允許水力坡降計(jì)算結(jié)果，水力坡降計(jì)算表，見表6。

表6 水力坡降計(jì)算表

從上述結(jié)果來看，深層帷幕的允許水力坡降值較規(guī)范規(guī)定空間較大。當(dāng)安全系數(shù)取5是，幕體允許水力坡降>4.6。幕體破壞壓力中，6個(gè)壓水試驗(yàn)段3段不滿足設(shè)計(jì)壓力值要求。

2.6 防滲結(jié)構(gòu)優(yōu)化

經(jīng)綜合比較確定混凝土防滲墻深85m，墻厚為1m。左岸193m墻段墻頂高程2897m，右岸110.76m墻段墻頂高程2888m，墻底高程2812m。在防滲墻內(nèi)預(yù)埋1排灌漿管，預(yù)埋管間距2m。墻體混凝土C25，抗?jié)B等級(jí)為W8。

根據(jù)幕體允許水力坡降，防滲墻下接4排帷幕，墻外3排灌漿孔，上部70m空鉆段下設(shè)護(hù)壁套管。帷幕灌漿第1、3排排距2.5m，中間排結(jié)合灌漿廊道的布置取排距為3.2m， 孔距3.0m。其中3排帷幕灌漿孔伸入基巖，中排孔伸入基巖10m，兩邊排孔伸入基巖5m。墻幕搭接長(zhǎng)度按壩基滲流沿防滲墻下端部繞滲滲徑≥帷幕厚度考慮，擬定墻幕搭接長(zhǎng)度為10m。

圖2 防滲體系典型斷面圖

3 結(jié) 論

文章針對(duì)壩基深厚復(fù)雜地質(zhì)區(qū)的下坂地水利樞紐工程，根據(jù)地質(zhì)條件和材料參數(shù)進(jìn)行壩基三維滲流分析，提出垂直防滲體系中的防滲墻和防滲帷幕的最優(yōu)組合，綜合對(duì)比不同墻深、墻厚、搭接長(zhǎng)度等因素，從施工組織、防滲、投資角度分析不同方案的可行性，最終確定最優(yōu)的防滲處理方案，通過結(jié)果表明該防滲方案可有效截?cái)鄩位鶟B漏。