鄧建文

(四川南充水利電力建筑勘察設(shè)計(jì)研究院,四川南充,637000)

0 引言

水庫(kù)工程建設(shè)依然是我國(guó)水利行業(yè)發(fā)展的重要核心,近年來(lái)全國(guó)每年都有數(shù)百座新建水庫(kù)工程開(kāi)工建設(shè),同時(shí)還有上千座已建水庫(kù)的除險(xiǎn)加固,水庫(kù)大壩的防滲處理是保證水庫(kù)安全運(yùn)行和發(fā)揮效益的根本保障[1-2]。特別是小型水庫(kù)建設(shè)條件相對(duì)較差,很多水庫(kù)位于山谷中,兩岸山高坡陡,在設(shè)計(jì)壩肩帷幕灌漿范圍時(shí)往往不能按照正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸相交處的方式處理,進(jìn)而采用兩岸延伸一定范圍后直接截?cái)嗟姆绞?很多水庫(kù)在確定這個(gè)范圍時(shí)一般是采用經(jīng)驗(yàn)判斷,缺少理論依據(jù),與規(guī)范要求不符。

1 案例工程基本情況

華兒灣水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、鄉(xiāng)村供水為主的小(1)型水利工程,總庫(kù)容341萬(wàn)m3,興利庫(kù)容267.5萬(wàn)m3,灌溉面積0.1萬(wàn)hm2,鄉(xiāng)村供水1.8萬(wàn)人。工程樞紐為Ⅳ等工程,主要建筑物級(jí)別為4級(jí),次要建筑物為4級(jí),臨時(shí)建筑物為5級(jí),渠系建筑物為5級(jí)。華兒灣水庫(kù)工程由大壩、泄洪(放空、取水)設(shè)施、渠系工程及管理設(shè)施等組成。大壩為粘土心墻石渣壩,壩長(zhǎng)142m,最大壩高34.8m,壩頂高程449.80m,壩頂寬6m。

左壩肩所在山嘴地段,巖體厚度為105m～115m,處于側(cè)向強(qiáng)、弱風(fēng)化帶,風(fēng)化帶內(nèi)裂隙發(fā)育,左壩肩強(qiáng)、弱風(fēng)化帶和新鮮帶上部10.0m段巖體透水率為12.5Lu～78.7Lu,屬中等透水層,透水層厚度34.0m～36.0m,存在壩肩及繞壩滲漏;新鮮巖體在高程405.24m～400.14m段巖體透水率為11.5Lu,亦屬中等透水層;其余地段巖體透水率為2.6Lu～8.9Lu,屬弱透水層。右壩肩強(qiáng)、弱風(fēng)化帶及新鮮基巖上部18.0m段巖體透水率為64.8Lu～11.8Lu,屬中等透水層;新鮮巖體在高程414.94m～409.84m段巖體透水率為15.7Lu,亦屬中等透水層;其余地段巖體透水率為2.6Lu～8.7Lu,屬弱透水層。左、右壩肩存在滲漏問(wèn)題。

大壩壩基沿壩軸線布置一排帷幕灌漿孔,孔距1.8m,灌漿由建基面灌至弱透水層(q=10Lu)以下5m[1,3]。

2 壩肩帷幕灌漿范圍的擬定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274-2020),灌漿帷幕伸入兩岸的長(zhǎng)度可根據(jù)下列要求之一確定[4]:

(1)至水庫(kù)正常蓄水位與水庫(kù)蓄水前兩岸的地下水位相交處;

(2)至水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處;

(3)根據(jù)防滲要求,按滲流計(jì)算成果確定。

比較常用的是第二種方式,這種確定方式簡(jiǎn)單明確。但當(dāng)壩肩兩岸山體高陡,空鉆段很深時(shí),如果完全按照“至水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處”確定灌漿長(zhǎng)度范圍,往往向兩岸山體延伸太多,或者采用灌漿平洞也很長(zhǎng),可能造成不利于施工和投資較高、不經(jīng)濟(jì)的情況[4]。因此,在實(shí)際工程中,大部分工程沒(méi)有完全按照第2條確定,都對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行了縮減,但基本基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),未認(rèn)真分析計(jì)算。

本工程根據(jù)壩肩地形地質(zhì)條件擬定采用的壩肩帷幕灌漿范圍為:左壩肩帷幕灌漿軸線沿壩軸線延長(zhǎng)120m,孔距1.8m,壩肩頂部灌至高程447.00m;底部灌至弱透水層(q=10Lu)以下5m。右壩肩帷幕灌漿軸線沿壩軸線延長(zhǎng)60m,孔距1.8m,壩肩頂部灌至高程447.00m;底部灌至弱透水層(q=10Lu)以下5m[5]。

圖1 大壩帷幕灌漿布置

3 左右壩肩滲流分析計(jì)算

(1)計(jì)算工況:根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)的情況選取,上游正常蓄水位447.00m時(shí),相應(yīng)下游水位及所形成的的穩(wěn)定滲流期。

(2)計(jì)算方法:按照達(dá)西定律,采用二維有限元法進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析計(jì)算,分析軟件采用河海大學(xué)編制的水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)AUTObank7.0。

(3)邊界條件:大壩粘土心墻、防滲帷幕、壩基及兩岸10Lu線以下的巖體組成相對(duì)不透水體。兩岸上游迎水面以粘土心墻上游岸坡邊界和天然岸線為入滲邊界。兩岸下游以粘土心墻下游岸坡邊界和天然岸線為出逸邊界。大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上為帷幕灌漿結(jié)束處至正常蓄水位與10Lu線相交處的區(qū)間范圍[3]。

(4)計(jì)算斷面的假定:根據(jù)水庫(kù)特征水位、粘土心墻結(jié)構(gòu)布置及相對(duì)不透水巖體分布,確定滲流分析計(jì)算高程區(qū)間為415.00m～449.30m。按平面滲徑最短,分高程確定巖體厚度,并投影至豎直平面確定滲流計(jì)算剖面。

左右岸坡巖體滲透系數(shù)[5]見(jiàn)表1。

表1 巖體滲透系數(shù)

3.1 左岸壩肩滲流分析計(jì)算

左岸岸坡擬定兩個(gè)計(jì)算斷面:左岸1#斷面(壩-020.00)、左岸2#斷面(壩-080.00)。

(1)左岸1#斷面:上游迎水面從沖溝處入滲,下游從粘土心墻下游岸坡邊界出逸,大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上為帷幕灌漿結(jié)束處,按449.30m、447.00m、440.00m、435.00m、430.00m、425.00m、420.00m、415.00m高程分別確定巖體厚度,并投影至豎直平面確定滲流計(jì)算剖面。左岸1#斷面滲流計(jì)算見(jiàn)圖2。

圖2 左岸1#斷面滲流計(jì)算

(2)左岸2#斷面:上游迎水面從沖溝處入滲,下游從沖溝位置出逸,大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上為正常蓄水位與10Lu線相交處,按449.30m、447.00m、440.00m、435.00m、430.00m、425.00m、420.00m、415.00m高程分別確定巖體厚度,并投影至豎直平面確定滲流計(jì)算剖面。左岸2#斷面滲流計(jì)算見(jiàn)圖3。

圖3 左岸2#斷面滲流計(jì)算

(3)左岸1#斷面計(jì)算結(jié)果:單寬滲流量=1.88×10-6m3/s。下游出逸點(diǎn)高程419.16m,低于棱體頂。

(4)左岸2#斷面計(jì)算結(jié)果:單寬滲流量=1.06×10-6m3/s。下游出逸點(diǎn)高程418.50m,低于棱體頂。

3.2 右岸壩肩滲流分析計(jì)算

右岸岸坡擬定兩個(gè)計(jì)算斷面:右岸1#斷面(壩+160.00)、右岸2#斷面(壩0+180.00)。

(1)右岸1#斷面:上游迎水面從粘土心墻上游岸坡邊界入滲,下游從粘土心墻下游岸坡邊界出逸,大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上為帷幕灌漿結(jié)束處,按449.30m、447.00m、440.00m、435.00m、430.00m、425.00m、420.00m、415.00m高程分別確定巖體厚度,并投影至豎直平面確定滲流計(jì)算剖面。右岸1#斷面滲流計(jì)算見(jiàn)圖4。

圖4 右岸1#斷面滲流計(jì)算

(2)右岸2#斷面:上游迎水面從粘土心墻上游岸坡邊界入滲,下游從粘土心墻下游岸坡邊界出逸,大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上為正常蓄水位與10Lu線相交處,按449.30m、447.00m、440.00m、435.00m、430.00m、425.00m、420.00m、415.00m高程分別確定巖體厚度,并投影至豎直平面確定滲流計(jì)算剖面。右岸2#斷面滲流計(jì)算見(jiàn)圖5。

圖5 右岸2#斷面滲流計(jì)算

(3)右岸1#斷面計(jì)算結(jié)果:單寬滲流量=2.62×10-6m3/s。下游出逸點(diǎn)高程418.59m,低于棱體頂。

(4)右岸2#斷面計(jì)算結(jié)果:單寬滲流量=1.05×10-6m3/s。下游出逸點(diǎn)高程418.50m,低于棱體頂。

4 壩肩滲流計(jì)算結(jié)果分析

(1)左岸岸坡滲漏量:上游正常蓄水位447.00m,相應(yīng)下游水位時(shí)的穩(wěn)定滲流期,左岸1#斷面單寬滲流量=1.88×10-6m3/s;左岸2#斷面單寬滲流量=1.06×10-6m3/s,平均單寬滲流量=1.47×10-6m3/s。大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上計(jì)算長(zhǎng)度63m,年滲漏量2920.55m3。水庫(kù)正常蓄水位以下庫(kù)容為296萬(wàn)m3,左岸岸坡年滲漏量占比0.10%。

(2)右岸岸坡滲漏量:上游正常蓄水位447.00m,相應(yīng)下游水位時(shí)的穩(wěn)定滲流期,右岸1#斷面單寬滲流量=2.62×10-6m3/s;右岸2#斷面單寬滲流量=1.05×10-6m3/s,平均單寬滲流量=1.84×10-6m3/s。大壩軸線(及兩岸延長(zhǎng)線)上計(jì)算長(zhǎng)度81m,年滲漏量4687.35m3。水庫(kù)正常蓄水位以下庫(kù)容為296萬(wàn)m3,右岸岸坡年滲漏量占比0.16%。

綜上,左岸岸坡、右岸岸坡(繞壩)滲漏量均很小,小于水庫(kù)正常蓄水位以下庫(kù)容的0.3%,對(duì)水庫(kù)的功能基本無(wú)影響[6]。因此,擬定的左右壩肩帷幕灌漿范圍合適。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然壩肩滲流分析計(jì)算模型不好確定,但根據(jù)水庫(kù)的地形地質(zhì)條件,通過(guò)合理的分析計(jì)算,可作為大壩設(shè)計(jì)時(shí)帷幕灌漿范圍確定的重要參考,在實(shí)際工作中具有較強(qiáng)的可操作性,對(duì)優(yōu)化帷幕灌漿方案有較好的應(yīng)用意義。