李聰磊

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，合肥 230088）

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

原沙池一站位于安徽省銅陵市郊區(qū)老洲鎮(zhèn)境內(nèi)，隸屬陳瑤湖流域，地處長江下游北岸。該站建于1987 年，經(jīng)過30 多年的運行，水工建筑物、機電設備及金屬結構等損傷嚴重，經(jīng)鑒定，為四類站，需要拆除重建。

由于受到外江水位的頂托，在汛期時圩區(qū)內(nèi)澇水、陳瑤湖內(nèi)的洪水均無法及時排出，歷史上“關門淹”的情況時有發(fā)生，給人民的生命財產(chǎn)安全都造成了不同程度的損害和威脅。沙池一站為原址重建工程，根據(jù)設計資料，該泵站具有圩區(qū)內(nèi)澇水的抽排和自排功能，流量分別為38.0、24.4 m3/s；同時兼顧陳瑤湖湖區(qū)內(nèi)洪水的抽排，排洪流量42.0 m3/s，選定6 臺1400HLB6.55-7.91 混流泵，總裝機4500 kW。泵站總體布置采用堤后式，順水流向自上而下依次設有攔污檢修閘、進水前池、站身、匯水箱以及穿堤涵洞、防洪閘等。工程等別為Ⅲ等，屬中型泵站。

1.2 地質條件

根據(jù)地質鉆孔勘探及試驗成果，站址處自建基面起，自上而下地層分布及其滲透性見表1。

表1 站址處建基面以下地層分布及主要參數(shù)

站址區(qū)域內(nèi)地下水以孔隙潛水與承壓水為主，其中潛水廣泛分布于②層及②1層等微～弱透水層中，受地表水及大氣降水補給。承壓水主要賦存于③層、④層及⑥層等中～強透水砂礫石層中，且在長江外灘上出露，與長江水位有著緊密的水力聯(lián)系。

2 模型的建立及參數(shù)選取

2.1 模型建立

根據(jù)二維穩(wěn)定滲流場有限單元法基本理論[1]，本文分別對天然地基、懸掛式防滲墻（墻深25.0 m，墻底未進入微透水層）和落底式防滲墻（墻深32.0 m，墻底進入微透水層）等3 種模型進行模擬分析?？紤]到在泵站檢修期長江外水位為設計運行水位14.30 m（吳淞高程，余同），而內(nèi)側站身前池無水（即2.30 m），此時水頭差最大為12.0 m，以此為最不利工況進行模擬分析計算。模型范圍見圖1～圖3。

圖1 天然地基模型范圍示意圖

圖2 懸掛式防滲墻模型范圍示意圖

圖3 落底式防滲墻模型范圍示意圖

2.2 參數(shù)的選取

本文防滲墻采用高壓擺噴墻，根據(jù)文獻[2,3]的試驗結果，在相近的壓力參數(shù)、漿液配比等條件下，墻體滲透系數(shù)基本為1.0～6.0×10-9m/s，結合本地區(qū)類似工程經(jīng)驗，本工程設計時高壓擺噴墻滲透系數(shù)取為2.0×10-9m/s，其余土層的滲透系數(shù)見表1。

3 計算結果及分析

采用有限元軟件Autobank對上述3種模型進行模擬計算，探究深厚透水砂基上泵站基礎的滲透特點，并對比分析天然地基、懸掛式防滲墻和落底式防滲墻的防滲效果和影響規(guī)律。

3.1 天然地基滲流模擬分析

當站基未設防滲墻時，根據(jù)天然地基模型進行有限元計算，得到水頭分布等值線（見圖4），滲流量（取單位寬度，下同）及出逸滲透坡降結果見表2。

圖4 天然地基滲流等值線圖

表2 出逸滲透坡降、滲流量計算結果

由圖4及表2可知，在未設防滲墻的條件下，深厚透水砂基中站身前池與外江側水力聯(lián)系強烈，水頭等值線變化較快，導致出逸滲透坡降較大，最大值為0.774，超過土層允許值，易發(fā)生滲透破壞。此外，單寬滲流量也較大，其對泵站工程效益的發(fā)揮、運行安全等方面都有不利影響。

3.2 懸掛式防滲墻滲流模擬分析

在深厚透水砂基中，防滲墻墻底未深入到微透水層內(nèi)，此時為懸掛式防滲墻。根據(jù)懸掛式防滲墻模型進行有限元計算，得到其水頭分布等值線（見圖5），滲流量及出逸滲透坡降結果見表2。

圖5 懸掛式防滲墻滲流等值線圖

由圖5及表2可以看出，采用懸掛式防滲墻后，相比于天然地基，其滲流水頭等值線變化在一定程度上有所減緩。出逸滲透坡降最大值由0.774降低為0.504，降低約34.9%，單寬滲流量則降低15.4%左右，說明懸掛式防滲墻對深厚透水砂基的泵站基礎防滲有一定的效果，能夠有效延長滲透路徑，但出逸滲透坡降仍超過允許值，尚未達到設計要求。

3.3 落底式防滲墻滲流模擬分析

根據(jù)地質勘察報告，沙池一站深厚透水砂基下伏微透水性的⑦層強風化泥質砂巖，防滲墻墻底進入該層時即為落底式防滲墻。根據(jù)落底式防滲墻模型進行有限元計算，得到其水頭分布等值線（見圖6），滲流量及出逸滲透坡降結果見表2。

圖6 落底式防滲墻滲流等值線圖

由圖6 及表2 可知，落底式防滲墻基本能夠阻斷站身前池與外江側的水力聯(lián)系，使得前池側出逸滲透坡降大幅度降低，滿足設計要求，確保在深厚透水砂基中站身基礎的滲透穩(wěn)定。此外，相比于懸掛式防滲墻，落底式防滲墻的滲流量亦顯著降低，約為懸掛式防墻滲漏流量的3.4%。由此可見，落底式防滲墻效果良好，能夠有效控制在深厚透水砂基中泵站基礎的滲流。

4 防滲處理措施

根據(jù)上述有限元模擬計算結果，在深厚透水砂基中泵站基礎的防滲應采用落底式防滲墻，以達到設計要求。目前，高壓擺噴技術已十分成熟，其在深厚透水砂基中具有較強的適用性，操作性強，能夠有效解決透水砂礫石地基的滲透問題[4]。此外，與其他類型防滲墻對比，高壓擺噴防滲墻具有明顯的價格優(yōu)勢，能夠降低工程總投資[5]。因此，建議采用高壓擺噴墻對深厚透水砂基中的泵站基礎進行防滲處理。為有效降低前池底板剩余水頭位勢，在前池底板設排水孔，孔徑為0.1 m，間距2.0 m，梅花形布置，下設砂石反濾料及反濾土工布。同時，為兼顧施工期基坑降水，在前池底板設4口排水深井，井徑為0.5 m，井深18.0 m?？紤]到泵站長期運行可能會導致排水孔堵塞，影響站基滲透安全，另設20口排水淺砂井，井徑為0.4 m，為站基滲透安全再增加一道安全保障。

5 結語

在深厚透水砂基中，泵站基礎的滲透穩(wěn)定是決定泵站工程安全運行的關鍵。本文結合工程實例，采用有限元軟件Autobank 對站身基礎滲流進行二維模擬計算及對比分析，提出站基防滲處理措施。

（1）在深厚透水砂基中，落底式防滲墻防滲效果顯著，能大幅度降低出逸滲透坡降及滲流量，滿足設計要求。

（2）懸掛式防滲墻可有效延長滲透路徑，在一定程度上能夠降低出逸滲透坡降，但在深厚透水砂基中站基防滲效果不良，較難到達設計要求。

（3）高壓擺噴墻在深厚透水砂基的泵站基礎防滲中具有較強的適用性和可操作性，作為站基滲流控制措施，是安全、可靠、經(jīng)濟的。

（4）為滿足泵站基礎滲透穩(wěn)定要求，確保建筑物安全運行，延長使用壽命，在前池底板增設排水孔及反濾料。結合施工期基坑降水，另設排水深井，減少其在泵站運行期對底板的頂托作用。此外，為提高泵站運行安全可靠性，降低因排水孔堵塞引起的滲透穩(wěn)定問題，加設排水淺砂井也實屬必要。