深厚覆蓋層上某低閘閘基的水平防滲設計

王鋒

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

某水電站為低閘引水式電站，水庫正常蓄水位2 741m，總庫容4.51萬m3，引水線路長約3.5 km，利用落差211m。主要建筑物由首部樞紐、引水建筑物和廠區樞紐三大部分組成。電站安裝3臺7MW水輪發電機組，總裝機容量21MW，多年平均年發電量1.041億kW·h，為單一發電工程，無灌溉、防洪等要求，工程規模屬小(1)型，工程等別為四等[1]。

2 設計條件

閘址區河谷較寬闊，河水面寬35～50m，河床平均縱坡降31‰。左岸谷坡較陡，約40°～75°，為基巖陡壁；右岸為寬緩的沖洪積(以洪積為主)臺地，坡度僅4°～15°，前緣形成高2～5m階坎。閘址區基巖僅在左岸零星出露，出露寬度約100m，風化弱，強卸荷水平深度一般3～5m，局部可達10～20m。

閘址區第四系覆蓋層廣泛分布有沖洪積和崩坡堆積，沖洪積漂(塊)卵礫石層分布于河床和右岸臺地，崩坡堆積塊碎石土層在兩岸緩坡及坡腳地帶分布。勘探揭露，河床覆蓋層厚度大于20m，上部以卵礫石為主，往下漂(塊)石含量增多，在漂(塊)卵礫石上部見有一層粉砂夾漂(塊)石層，此層厚度一般0.5～1.0m，局部1.5m，呈透鏡體狀分布，主要分布在沖沙閘和泄洪閘右側上部，結構松散，覆蓋層相關參數見表1。

首部樞紐包括溢流壩、泄洪閘、沖沙閘、右岸進水口等建筑物。左岸溢流壩凈寬27.9m，右接5m寬泄洪閘，2m寬沖沙閘各一孔；閘底板高程2 736m，閘頂高程2 743m，最大閘高11.5m；右岸緊靠泄洪沖沙閘上游側向布置進水口，取水角為110°。

表1 覆蓋層參數

3 壩基防滲形式選擇

覆蓋層壩基防滲結構形式主要有：水平防滲、垂直防滲、水平防滲結合垂直防滲三種類型。

3.1 水平防滲

水平防滲是通常采用水平鋪蓋延長壩基滲徑，從而降低壩基滲透比降，控制滲流量在允許范圍內的一種防滲形式，多用于壩高不高，以主要控制滲透穩定為設計目標的工程。水平防滲雖然不能截斷滲流，但具有施工簡便，無需特殊施工設備的優點，在中小工程中運用較多。

3.2 垂直防滲

垂直防滲是在基礎覆蓋層中施工垂直防滲體的一種高效防滲形式，通常認為垂直防滲效果是水平防滲效果的3倍[2]。垂直防滲體一般包括混凝土防滲墻、高壓旋噴灌漿、混凝土攪拌樁、黏土截水墻等。垂直防滲體插入覆蓋層下基巖可截斷滲流，是控制壩基滲流的有效措施，已在水電工程中被廣泛采用，但垂直防滲體的施工一般需要專用設備，且造價隨施工深度加深而顯著提高。

3.3 水平防滲結合垂直防滲

水平防滲結合垂直防滲是以上兩種防滲形式的補充和發展，結合了二者的優點，在單一防滲形式不能滿足滲流控制要求時，聯合發揮水平和垂直防滲作用，提高了滲流控制的可靠性。

本工程首部樞紐攔河閘底板以上擋水高度為5m，總庫容4.51萬m3，電站為徑流式電站，防滲主要以控制滲透比降、滿足大壩穩定為目的。結合壩基覆蓋層較深(勘探鉆孔20m未及基巖)、右岸臺地寬闊、檢修條件較好的實際，從功能性、可實施性、經濟性以及環境和安全性綜合考慮，本工程防滲形式采用水平防滲。

4 防滲設計

樞紐防滲系統設計主要內容有：水平防滲鋪蓋的形式，擋水建筑物間止水設置，以及擋水建筑物下游排水反濾體系統設置等。

4.1 水平防滲長度

水平防滲長度計算采用以下公式：

L=CΔH[2]

式中L——水平防滲長度，m；

ΔH——上、下游水位差，m；

C——允許滲徑系數值。

按最不利工況下游無水考慮，ΔH取值5m，考慮水平防滲形式和壩基有粉砂透鏡體，C取值13，算出水平防滲長度L=65m。

4.2 防滲布置

通常為滿足下游護坦抗浮穩定，需控制閘室底板揚壓力，水閘防滲設計不利用下游護坦延長滲徑。本工程閘室水平長度為15m，如不考慮利用護坦延長滲徑，上游鋪蓋長度需50m，不夠經濟。考慮到擋水建筑上、下游水位差不大，利用護坦延長滲徑可減小鋪蓋長度、節約投資，因此研究了利用護坦延長滲徑的可能性。經計算，在采取護坦上、下游端設置深齒槽，并適當加大護坦厚度至1.5m的措施后，下游護坦抗浮即可滿足要求。根據護坦長度為20m，得出水平鋪蓋長度需30m。工程屬山區河流，比降較陡(31‰)，推移質豐富，為防止沖刷破壞，閘基水平防滲采用鋼筋混凝土鋪蓋，置于河床漂卵礫石夾砂層上，鋪蓋、閘室底板、護坦間的分縫均設兩道橡膠止水連接。為提高防滲可靠性和防止水流淘刷，鋪蓋、閘室底板均設齒槽截斷粉砂層并延長滲徑，閘(壩)基滲流出口設排水反濾層。泄洪閘縱剖面見圖1。

水庫回水長度約70m，左、右岸采用混凝土護坡防止繞壩滲漏。左岸由于巖體比較完整緊密，混凝土護坡長度與鋪蓋長度相同；右岸臺地透水性強，考慮到正常蓄水位時，上、下游水位差僅為5m，設混凝土護坡后，擋墻加鋪蓋長度約65m，也可滿足滲透穩定要求。

4.3 滲流復核計算

根據閘基下各層的滲透系數，采用南科院二維有限元滲流計算程序UNSST計算，計算內容包括各典型斷面二維滲流場分析。分析表明，壩基覆蓋層滲透壓力分配正常，最大滲透坡降[J] 約為0.13，小于壩基覆蓋層允許水力坡降值，滿足地基滲透穩定要求。壩基及兩岸壩肩總滲流量較小，為0.084m3/s，僅占枯期平均流量3.93 m3/s的2.14%和年平均流量10.40m3/s的0.81%。

圖1 泄洪閘縱剖面示意

5 結束語

工程于2008年4月建成蓄水后，下游壩肩及護坦未見明顯滲水，至今運行正常。本工程壩基覆蓋層深厚，具強透水性，右岸為寬闊透水臺地，但擋水高度不高，實踐證明，采用延長滲徑方式的水平防滲設計，滿足滲控要求。水平防滲設計在節省投資和縮短建設工期方面優勢明顯，采用鋼筋混凝土鋪蓋提高了工程防滲可靠性。

[1] 中國水電顧問有限公司.DL5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》[S].北京: 中國電力出版社,2003.

[2] 水利部水利水電規劃設計總院.SL265-2001《水閘設計規范》[S]. 北京:中國水利水電出版社,2001。