濰河岞山橡膠壩壩基滲漏評(píng)價(jià)

高 媛 ，付大慶 ，劉世友

（1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055；2.東華理工大學(xué)，江西 撫州 344000；3.濰坊市地震局，山東 濰坊 261041；4.濰坊市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 濰坊 261031）

在分析評(píng)價(jià)閘壩基滲漏量時(shí)，通常采用達(dá)西定律，此法對(duì)于均質(zhì)壩或地下輪廓比較簡(jiǎn)單的小型閘壩較適宜，對(duì)于大中型地下輪廓比較復(fù)雜的閘壩，則精確度較差，甚至無經(jīng)驗(yàn)公式可用。大量生產(chǎn)一線上的勘測(cè)人員，在時(shí)間緊任務(wù)重的情況下，沒條件采用現(xiàn)今比較流行的數(shù)值分析方法確定其滲漏量。因此，通常采用改進(jìn)阻力系數(shù)法等進(jìn)行滲漏量計(jì)算。

水工閘壩滲流計(jì)算分精確解與近似解，精確解只能用于地層與地下輪廓比較簡(jiǎn)單的情況；近似解用于地層與地下輪廓比較復(fù)雜的情況，因而近似解方法是工程實(shí)際中最常用的。近似解主要有柯斯拉的獨(dú)立變數(shù)法(1936)、巴甫洛夫斯基的分段法(1936)、丘加也法的阻力系數(shù)法(1957)。柯氏法的理論根據(jù)是無限深地基滲流的解析解，適用于較深透水地基情況。巴氏法是沿著各板柱畫鉛直線把地基分成幾段的單獨(dú)部分，每一分段的滲流有現(xiàn)成的解析解或比較容易求得解答，然后相加得到整個(gè)地基滲流近似解，缺點(diǎn)是不能從聯(lián)立方程求得關(guān)鍵點(diǎn)的角點(diǎn)水頭，而且認(rèn)為板樁底下的鉛直線是等水頭線畫分段也會(huì)帶來誤差。丘氏法根據(jù)巴氏法的精神和努麥羅夫漸近線法對(duì)急變區(qū)計(jì)算的理論提出了阻力系數(shù)法。分段位置取在板樁前后的角點(diǎn)，把沿著地下輪廓線的地基滲流分成垂直的和水平的幾個(gè)段單獨(dú)處理。

1 改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算原理

毛昶熙[1]等(1980)沿用丘氏阻力系數(shù)的概念，綜合巴氏法與丘氏法的特點(diǎn)，沿板樁線或垂直壁面分成左右側(cè)段，分段數(shù)目比丘氏法多，但能給出板樁尖點(diǎn)水頭提高出口平均坡降的計(jì)算精度，全部計(jì)算過程可代入簡(jiǎn)單的算式避免查用圖表的不便和插比的誤差。由于補(bǔ)充了傾斜底扳和齒墻不規(guī)則部分的算法，能更適應(yīng)復(fù)雜地下輪廓情況。從精度而言，若干實(shí)例比較說明比其它方法都略高，一般水頭百分?jǐn)?shù)誤差為2%～3%，最大不超過5%。成為規(guī)范推薦的計(jì)算方法。

1.1 地下輪廓分段

將實(shí)際地下輪廓適當(dāng)簡(jiǎn)化，使之成為水平和垂直兩個(gè)主要部分。由簡(jiǎn)化的地下輪廓線上各角點(diǎn)和板樁齒墻引出等勢(shì)線，將滲流區(qū)劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單段，可歸納為三種基本形式：進(jìn)出口段、內(nèi)部垂直段、水平段(傾斜段)，各段(如圖1示)的阻力系數(shù)計(jì)算式為：

進(jìn)出口段：

內(nèi)部垂直段：

水平段：

圖1 基本段示意

水平段底板傾斜時(shí)：

式中：ξ0為進(jìn)出口段阻力系數(shù)；ξy為內(nèi)部垂直段阻力系數(shù)；ξx為水平段阻力系數(shù)；S為板樁或齒墻入土深度；T為壩基透水層有效深度；Lx為水平段長(zhǎng)度。

1.2 確定地基有效深度

由于地基深度變化引起水頭分布曲線的改變僅在一定深度范圍內(nèi)較顯著，故對(duì)不能滿足板樁獨(dú)立作用原則的較深乃至無限深地基，可選擇一個(gè)有效深度代替，從而求得水頭分布曲線的解答。

一般情況下，地基有效深度可按下式取值：當(dāng) L0／S0≥5 時(shí)，Te＝0.5L0當(dāng) L0／S0＜5 時(shí)

式中：Te為地基有效深度；L0為地下輪廓的水平投影長(zhǎng)度；S0為地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度。

當(dāng)計(jì)算的Te值大于地基實(shí)際深度時(shí)，Te值應(yīng)按地基實(shí)際深度采用。

1.3 計(jì)算滲漏量

各段入土深度與透水層厚度求出后，可求得阻力系數(shù)，當(dāng)某段阻力系數(shù)小于0時(shí)，取0。則地下輪廓各段阻力系數(shù)之和為：

單寬滲漏量:

式中：H為上下游水頭差；hi為各段水頭損失；q為壩基單寬滲流量；k為壩基地層滲透系數(shù)。由壩基單寬滲漏量即可求得整個(gè)壩基的滲漏總量。

2 實(shí)例分析

濰河岞山橡膠壩位于老膠濟(jì)鐵路橋北400余米，底板高程18.00m，設(shè)計(jì)擋水高程22.5m，設(shè)計(jì)擋水高度4.5m，垂直水流方向總長(zhǎng)度269.2m，順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)度107m。主要由3孔橡膠壩、2孔泄水閘組成。50年一遇洪水泄量 4120m3/s，設(shè)計(jì)攔蓄水量 2202萬 m3，死庫容620萬m3，工程規(guī)模中型，工程等別Ⅲ等，主要建筑物3級(jí)，次要建筑物4級(jí)。

2.1 壩基地質(zhì)條件

2.2 壩基滲漏量

1）邊界條件。壩基①、②層為強(qiáng)透水等級(jí)，厚度8.8m；③、④層為良好的隔水層。

2）阻力系數(shù)。壩基防滲段水平投影長(zhǎng)度L0＝31.8m，垂直投影長(zhǎng)度 S0＝1.8m，L0/S0＝17.7＞5, 有效深度 Te=0.5L0=15.9m，土層平均厚度8.8m，有效深度采用8.8m。滲流長(zhǎng)度共分19段，見圖2,阻力系數(shù)見表1。

圖2 地下輪廓滲流分段

表1 各段阻力系數(shù)

3）滲漏量。①、②層水平向等效滲透系數(shù)k=0.30cm/s，上下游水頭差等于5m，壩基年滲漏量為：

3 結(jié) 論

1）壩基年滲漏量大于蓄水量，應(yīng)對(duì)強(qiáng)透水壩基進(jìn)行防滲處理。2）采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算的壩基滲漏量比采用達(dá)西定律計(jì)算的滲漏量小40%。

[1] 毛昶熙.滲流計(jì)算分析與控制[M].北京：水利電力出版社，1990:70-91.