某水利樞紐泄洪閘段防滲墻設置深度探討

李　坡

(安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥　230000)

某水利樞紐泄洪閘段防滲墻設置深度探討

李坡

(安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥230000)

摘要:針對某水利樞紐泄洪閘段防滲體系中防滲墻深度的設置方案，采用SEEP/W軟件對閘基進行了滲流穩定分析。結果表明，為了保證工程的安全性，防滲墻還是應深入到基巖。

關鍵詞:SEEP/W；防滲墻深度；閘基；滲流穩定

0引言

滲漏及滲透穩定性問題一直是覆蓋層上建設閘壩過程中極其重要的工程地質問題。工程建設前，若不能選擇正確的防滲措施和進行正確的滲流穩定分析，將對工程的安全可靠性產生不利影響。在水閘覆蓋層垂直防滲工程中，閘基上游設置防滲墻是一種經濟、有效的防滲措施。從工程的安全性和經濟性方面考慮，本文對某水利樞紐工程泄洪閘段不同深度的防滲墻設置方案進行了滲流穩定分析，針對該工程的特點，確定了合適的防滲墻設置深度，分析計算結果為該工程提供了合理可靠的依據，并可對以后類似的工程提供參考。

1工程概況

某水利樞紐工程電站為河床式水電站，壩址以上集水面積13810km2，多年年平均流量453m3/s。工程主要建筑物有泄洪閘、河床式電站廠房、船閘上、兩岸接頭建筑物等。

泄洪閘位于河床的中部，基礎置于砂礫卵石、含泥砂礫卵石上，由上游護底、混凝土防滲墻、上游鋪蓋、閘室、消力池、護坦、海漫和拋石防沖槽等組成。整個閘段共25孔，每孔凈寬12.00m，總凈寬300.00m，閘段總長375.90m，閘室順水流方向長25m。閘址基礎采用封閉式C20W6混凝土防滲墻防滲，防滲墻位于鋪蓋上游側，厚0.8m,右側與發電廠房進水口上游左導墻連接，左岸與擋水壩體防滲墻相接，共同形成樞紐的防滲系統。

河床覆蓋層主要為深厚的第四系沖洪積砂礫卵石和含泥砂礫卵石等, 上部砂礫卵石厚約15m～46m，下部含泥砂礫卵石厚約6m～24m，基巖為含礫晶屑凝灰巖。

本工程中，泄洪閘段防滲墻的設計方案為墻底嵌入基巖內0.50m，為了論證該方案的可行性，本文對閘基進行了滲流穩定分析。同時，為了探討采用懸掛式防滲墻的方案對本工程是否適用，也對防滲墻深入含泥砂礫卵石不同深度的方案進行了對比分析。

2防滲墻深入基巖滲流穩定分析

閘基滲流出口處和沿底板與地基土的接觸面通常最容易發生滲流變形，進行閘基防滲布置時必須保證滲流出口段和沿閘基底板底面水平段的滲流坡降不得超過其允許值。本文將從以上方面先對防滲墻深入基巖的設計方案進行分析。

2.1工況及邊界條件

計算選取的工況為最不利工況(上游水位為正常蓄水位7.00m，下游水位為最低潮水位-2.38m)。

本防滲體系中，上游鋪蓋及閘底板都是相對不透水的，基巖為相對不透水層，定義為不透水邊界；下游消力池因設有排水孔，定義為透水邊界。

2.2材料參數

根據該水利樞紐的地質勘察報告，材料參數如表1所列。

表1　滲流場計算材料參數

2.3模型建立及網格劃分

圖1　閘基剖面網格模型圖

本次計算采用GeoStudio 2004中的滲流穩定分析軟件SEEP/W進行有限元計算。泄洪閘3號閘室底部含泥砂礫卵石覆蓋層深度最深，基巖埋深最大，因此選取該斷面為典型斷面進行計算分析。模型采用4節點和3節點平面單元進行網格劃分，網格模型如圖1所示。

2.4計算成果

閘基的總水頭等勢線及滲透坡降等值線如圖2、圖3所示。

滲流穩定計算結果如表2所列。

表2　閘基主要部位滲透坡降表

2.5成果分析

計算結果表明，防滲墻底部局部區域滲透坡降最大，并向四周迅速減小，至閘室底板底面水平段和滲流出口段，滲透坡降小于允許值。因此，該設計方案能夠滿足閘基的滲透穩定要求。此外，該樞紐水電站機組流量為924m3/s，相當于其上游某水電站機組流量1227m3/s的75%，存在較大幅度的棄水。經計算，通過閘基的單寬滲流量為0.081m3/d。可見，水的滲漏量對水電站水量利用的影響也比較小。

3不同防滲墻深度的滲流穩定對比分析

上述分析已表明原防滲墻深度設計方案能夠滿足閘基的滲透穩定要求，但從工程的施工和經濟性方面考慮，若減小防滲墻深度仍能夠滿足滲透穩定要求，不僅可以減小工程成本，還可以降低施工難度、縮短工期，從而提高整個工程的效益。因此，為了探討不同深度的防滲墻設置方案是否也滿足閘基的滲透穩定要求，本文對防滲墻分別嵌入含泥砂礫卵石1m、5m、10m的懸掛式防滲墻方案也進行了分析比較。計算結果如表3所列。

表3　不同防滲墻深度計算結果表

由表3可見：①3種方案下水平段和出口段的滲透坡降小于允許值，均滿足滲透穩定要求。②各部位的滲透坡降均隨著防滲墻深度的增加而減小。③防滲墻底部的滲透坡降值較大，防滲墻嵌入含泥砂礫卵石10m時，其底部的滲透坡降仍然遠大于允許值，可能對該處的覆蓋層造成滲透破壞。

經計算，3種方案下閘基的單寬滲流量分別為6.78m3/d、4.89m3/d、3.78m3/d，比防滲墻嵌入基巖時大2個數量級，水的滲漏量比較大，對電站用水造成一定影響。

4結論

由該水利樞紐泄洪閘段的滲流穩定分析可以得出結論如下：①閘基上游設置防滲墻能顯著減小閘基滲透流量，降低滲透坡降，增強閘基礎的抗滲性能，改善滲透穩定性，提高閘的整體防滲性能，從而有效的保證閘基覆蓋層和下游出逸區的滲流穩定。②防滲墻未完全封閉覆蓋層時，閘基水平段和出口段滲透坡降也有可能滿足要求。但防滲墻的底部滲透坡降較大，此時還應考慮該處是否滿足覆蓋層的滲透穩定要求。若不滿足要求，則防滲墻應深入到基巖以保證滲透穩定性；若滿足要求，在保證閘基滲透穩定的前提下，則可以適當優化減小防滲墻深度以減小工程成本、降低施工難度、縮短施工工期，從而提高整個工程的效益。③本工程中，若采用懸掛式防滲墻方案，防滲墻底部的滲透坡降大于覆蓋層的允許坡降，可能使覆蓋層發生滲透破壞。因此，懸掛式防滲墻對本工程不適用，還是應采用防滲墻底部嵌入基巖內0.5m的設計方案。

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(責任編輯胡進)

Discussion on layout depth of cutoff wall of sluice in one hydro-junction

LI Po

(Anhui Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power, Hefei 230000，China)

Abstract:This paper analyzes the seepage stability of sluice foundation according to the layout depth of cutoff wall in the anti-seepage system of one hydro-junction by SEEP/W software. The results indicate that the cutoff wall should be embedded into impervious layer to ensure the safety of the project.

Key words:SEEP/W;depth of cutoff wall; sluice foundation; seepage stability

收稿日期：2016-02-29；修回日期：2016-03-12

作者簡介：李坡(1983-)，男，安徽蕭縣人，主要從事水工結構設計。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.007

中圖分類號：U641

文獻標識碼：A

文章編號：1671-6221(2016)02-0024-04