復雜地質結構上壩基防滲處理設計研究

楊 峰

(鄒平縣韓店鎮人民政府， 山東 鄒平 256209)

復雜地質結構上壩基防滲處理設計研究

楊 峰

(鄒平縣韓店鎮人民政府， 山東 鄒平 256209)

本文針對滑坡體上修建防滲體難度大的問題，以山東省平原水庫大壩復雜地質結構上建設防滲體為例，結合地質條件設計了壩基防滲加固方案，并通過模擬計算對大壩典型斷面的滲流情況進行分析與評判。模擬結果表明，防滲處理后的大壩滲流量得到有效控制，滲流穩定，符合安全運行要求。

滑坡堆積體； 垂直防滲； 方案設計； 數值計算

山東省內平原水庫是地區內骨干性蓄水工程，主要任務是向下游4786hm2提供灌溉用水，兼顧向部分城鎮供水。水庫控制流域面積較大，雨量相對充沛，水庫總庫容可達4990萬m3。水庫大壩屬于黏土心墻堆石壩，大壩總高度為52m。水庫壩基地質條件較為復雜，上游壩基屬于沉積軟土地基，建設中需經過振沖壓實得到有效控制；而下游心墻和壩體下部基礎處于滑坡堆積體，且兩岸岸坡均存在不同規模滑坡體。因此壩址位置十分優越，便于灌區內農田灌溉實施，經過方案比選決定在此建壩，但需處理滑坡堆積體地基問題。

1 工程地質概況

工程河床壩段地質條件較為復雜，其地層結構及巖性見下頁表1。壩址兩岸岸坡較為陡峻，左岸巖層向內部傾斜；右岸巖層結構中發育有滑坡，其中1號和4號滑坡對結構穩定性影響最為嚴重。1號滑坡體屬于Ⅱ級牽引式滑坡，滑動面埋深達42m，影響區域滑坡體體積約123萬m3。同時，壩址右岸段上游還有23萬m3的不穩定山體存在。兩岸巖層中節理裂隙發育，為主要滲漏通道，巖層透水性強，單位透水率可達1.54～5665.4Lu。為改善壩基滲流條件，使其滿足大壩建設需求，應對壩基采取防滲處理措施。

表1 壩址河床段地質結構

2 防滲加固方案設計

考慮到建設場地地質條件，設計在滑坡堆積體之上修建大壩防滲心墻。但由于工程建設處滑坡堆積體厚度達到了26m，且分布范圍較廣，如清除全部的堆積體，將耗費大量的人力物力，且不符合現實情況。因此，混凝土防滲心墻修建在滑坡堆積體之上，但需采取有效的措施解決壩基滲流問題。結合工程實際情況，兩岸壩基與壩肩均需要采取防滲措施，即帷幕灌漿。混凝土防滲心墻底部插入不透水層，上部與填土心墻相接，墻體兩側與防滲帷幕銜接均采用插入式。與防滲心墻類似，防滲帷幕底端也插入基巖不透水層，兩岸幕體與防滲心墻形成全封閉結構，見圖1。

圖1 壩基防滲體系縱剖面

2.1 混凝土防滲墻

混凝土防滲心墻軸線與水庫大壩軸向相重合，重合段長度為81m。混凝土澆筑采用泥漿下澆筑作業，通過高壓噴切作用穿透堆積體和老河床沖積層，使得防滲心墻底部插入基巖層，與不透水層結合長度不得小于1m。心墻墻頂采用立模澆筑的方式，與黏土心墻結合處的長度為5m。墻體兩側與帷幕體搭接，搭接處為階梯形狀，長度不得小于3m。設計混凝土防滲心墻主要規格參數見表2，還需要做好混凝土材料質量控制，保證其坍落度與擴散度控制在18～22cm、34～38cm。考慮工程施工需要在大孤石滑坡堆積體上進行造孔作業，其施工難度較大，應嚴格控制打孔的孔斜率，不得超過0.6%；同時，在Ⅰ期和Ⅱ期槽孔套接的時候，套接孔中心偏差值不應超過設計墻厚的三分之一。

表2 混凝土防滲心墻規格參數

2.2 帷幕灌漿

帷幕墻體軸線與大壩軸線的走向重合。為保證防滲墻體與帷幕結合處的防滲效果，設計在結合處以下高程的帷幕體采用雙排孔，以上高程采用單排孔。單排孔施工孔距為2m，帷幕體厚度為1.4m；雙排孔排距控制在1.4m，打孔間距2m，整體采用棋盤式布置方式，幕體厚度為2.6m。帷幕灌漿深度控制在21.5～53.5m，幕體底端插入不透水基巖5m。因兩岸滑坡堆積體分布有差異，帷幕體與防滲心墻在兩岸的搭接范圍應進行調整，左岸和右岸搭接范圍分別為14.8m、20m，同時通過漿液的擴散作用達到結合效果。灌漿施工中應采取分期分序進行加密處理，雙排孔施工遵循先下游排后上游排，相同鉆孔排灌漿采用3序孔布置。孔內灌漿應分段進行，由上而下循環灌注漿液。需注意蓋板與基巖石英砂巖層接觸表層段灌注后，應保證其達到充分凝結后才能進行以下各段的灌注作業，膠凝時間一般為24h，視實際情況進行調整。

3 防滲計算分析

為驗證壩基防滲加固方案的可行性，采用有限元模擬元件ANASY對壩體及壩基流場進行模擬分析。

3.1 模型建立及參數設定

考慮到壩體材料分區的不同，建模過程中在上游、下游及深度方向均取1.5倍的壩高。模型經過適當的簡化處理，對關鍵區域網格進行加密，計算模型見圖2。 分析模擬大壩在不同水位情況下的滲流狀況:工況Ⅰ，校核洪水位2046.30m；工況Ⅱ，設計洪水位2045.50m；工況Ⅲ，正常蓄水位2044.80m。

圖2 大壩滲流計算模型

3.2 防滲加固效果分析

a. 模擬得到壩體在正常高水位條件下壩基處理后的流網情況及滲透比降，見圖3。如壩基不進行防滲處理，大壩每天的滲流量為40.66m3，年滲流將達到418.5m3，這占到水庫總庫容非常大的比重。同時，隨著滲流時間的延長，壩基滲流情況將更加惡化，對整個大壩的安全造成威脅。由圖3可知，而對比采取防滲處理措施后的流網情況，滲流情況得到明顯的改觀，滲流量僅為5.85m3/d，滲流穩定性良好，達到水庫安全運行的需求。

圖3 正常高水位工況下壩基處理前后流網

b. 模型計算中將壩體材料視作各向同性，計算中可將任一節點水頭和滲流量作為滲流計算結果。計算得到不同工況下的單寬流量以及浸潤線出逸點高程，見表3。分析可知，大壩在不同工況下的單寬流量均沒有超過安全允許值，且壩體浸潤線出逸點位置較低，幾乎與下游壩基面在一個水平。綜合分析可知，處理后壩基滲流量小，滲流穩定，防滲處理方案可行。

表3 不同工況滲流計算結果

4 結 語

由于地質條件的復雜性，在復雜地質基礎上修建大壩需要采取綜合防滲措施，同時防滲體的設計需要綜合分析工程地質條件，選擇有效的復合式處理措施。復雜地質結構上防滲體的建設需要注意兩個方面，一是要選擇合理的防滲組合方案；二是要注意結合部位的有效銜接，以形成封閉性的防滲體系。在此基礎上可結合數值計算，對防滲方案的可行性進行驗證，保證施工設計方案合理有效。fffffd

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Research on dam foundation seepage prevention treatment design on complex geological structure

YANG Feng

(ZoupingCountyHandianTownPeople’sGovernment,Zouping256209,China)

In the paper, anti-seepage bodies constructed on the complex geological structure of Pingyuan Reservoir dam in Shandong are adopted as examples aiming at the problem of high difficulty of constructing anti-seepage bodies on landslides. Geological conditions are combined for designing a dam foundation seepage prevention and reinforcement plan. The seepage condition of dam typical cross sections is analyzed and evaluated through simulation calculation. Simulation results show that the dam seepage flow after seepage prevention treatment is controlled effectively, seepage is stable, and the project is consistent with the requirements of safe operation.

landslide deposit; vertical seepage control; plan design; numerical calculation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.008

TV543

A

1005-4774(2017)06- 0032- 03