液壓升降壩工程防滲措施淺析

張 坤，李發龍，嚴亞群

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司，陜西 西安 710018）

液壓升降壩工程防滲措施淺析

張 坤，李發龍，嚴亞群

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司，陜西 西安 710018）

城市河道設計中常有兼顧景觀要求，需要通過對城市河道進行梯級攔蓄，形成生態水面。結合洛南縣老君山文化旅游景區液壓壩工程基本情況，工程位于全新統沖洪積堆積的河流漫灘上，巖性為砂卵石，厚度一般8.0～15.0 m，屬于強透水層。通過粘土鋪蓋、復合土工膜、砼防滲墻、水泥砂漿帷幕的四種防滲方案比較分析，確定采用鋼筋混凝土防滲墻及復核土工膜集合的方法進行防滲，以徹底解決液壓壩的滲漏問題。

液壓升降壩；滲透破壞；防滲措施；沖刷深度

Abstract:The urban river design often takes intoaccount the requirements ofthe landscape,requires tocascade reservoir on urban rivers and is coming to be the ecological water surface.The article combined with the basic situation of the hydraulic lifting dam engineering in Laojunshan cultural tourism scenic of Luonan Count,the project is located in the whole newalluvial accumulation ofriver floodplain,lithology for the sand and gravel,the thickness ofthe general 8.0m～15.0m,are strong through the water.Through the comparative analysis of four kinds of anti-seepage schemes of clay cover,composite geomembrane,concrete cut-off wall and cement mortar curtain,it is determined that the anti-seepage wall and the geomembrane collection method are used toprevent the infiltration ofthe hydraulic damLeakage problem.

Keywords:The hydraulic liftingdam,seepage failure,the anti-seepage measure and scour depth

1 工程概況

洛南縣老君山文化旅游景區液壓壩工程位于洛南縣石坡河巡檢鎮河段，距縣城約45 km。該工程是石坡河生態文化景觀帶建設的首要工程，建成后將老君山文化旅游景區、巡檢古鎮和石坡河景觀帶有機結合起來，形成一個完整的生態文化旅游觀光區域。本次設計在不影響石坡河行洪的前提下新建液壓壩，通過對巡檢鎮河段水流進行梯級攔蓄，形成生態水面。

該液壓壩工程包括兩座液壓壩，每座壩分別由液壓升降壩、上游水平防滲鋪蓋、下游消力池、下游護坦以及管理房組成。依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）等技術標準，本工程按攔河閘泄流能力確定為Ⅲ等中型水利工程，其主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，防洪標準為20年一遇洪水設計，50年一遇洪水校核，相應的洪峰流量分別為493 m3/s和 681 m3/s。

2 工程地質條件

2.1 區域地質概況

項目區地處秦嶺南麓中低山區，地勢總體西北高東南低，周圍群山環繞，峽谷縱橫，嶺谷綿延起伏。石坡河是區內最大河流，由西北流向東南。工程區段石坡河谷較寬闊，多呈“U”型谷，堆積物二元結構清晰，上部為粘性土，下部為河流沖積相的砂礫、卵石等，河谷兩岸為基巖山地。

根據《中國地震動參數區劃圖》GB18306-2015，工程區地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。

2.2 工程區基本地質條件

工程區位于石坡河中游基巖峽谷內，谷底寬度大于200 m，有漫灘、一級階地等微地貌。其中河漫灘一般高于河床0～2.0 m，灘面寬度 42.0～97.0 m；一級階地地形平坦，階面寬度100.0～200.0 m，一般高于河床2.5～6.0 m，具二元結構，上部為粘性土，下部為砂卵石等；河谷兩岸為基巖斜坡，自然邊坡坡度38°～65°，局部表面有薄層坡積、殘坡積堆積物。

2.3 蓄水區工程地質條件

蓄水區沿線地層巖性主要為全新統沖洪積砂卵石，兩岸為人工漿砌石及素填土，沿線無不良物理地質現象存在。區內地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水，地下水埋深0.5～4.0 m，含水層為第四系全新統砂卵石層，層厚10.0～13.0 m，下伏石坡群巡檢司組白云巖為相對隔水層，地下水與河水水力聯系密切，河谷兩岸地下水位一般高于河水，屬地下水補給河水，并向河流下游排泄。

蓄水區兩岸滲漏巖性基本相同，地下水位坡度較緩，地層滲透性變化不大，滲漏量以兩岸河堤為主。1#液壓壩蓄水區沿堤滲漏量約5796.5 m3/d，2#蓄水區沿堤滲漏量3576.1 m3/d，在不防滲條件下兩個蓄水區總滲漏量約9372.6 m3/d。蓄水區滲漏損失量較大，需進行工程防滲處理。

2.4 壩址區工程地質條件

兩液壓壩工程處于同一工程地質單元，地質條件基本相同。主要地層巖性為：上部全新統沖洪積（Q42al+pl）砂卵石，表層松散～稍密，中下部為稍密～中密，厚度12.0～13.0 m，變形模量E0=22.0 MPa，滲透系數 kV=8.93×10-2cm/s，為強透水性，承載力標準值fk=280 kPa；下伏元古界石坡群巡檢司組灰白色白云巖，強風化巖體厚度2.0～3.0 m，承載力fk=500 kPa，下層弱風化巖體承載力fk=3000 kPa。壩址地下水位埋深0.2～0.5 m，地下水及河水對砼無腐蝕性。

3 防滲方案

液壓壩工程的主要任務是在非汛期攔河蓄水，在上游形成穩定水位及寬闊的水面，改善生態條件。工程位于全新統沖洪積堆積（Q42al+pl）的河流漫灘上，巖性為砂卵石，厚度一般8.0～15.0 m。設計液壓壩壩基厚2～2.5 m左右，所需的承載力較小，砂礫石具一定承載力和抗剪強度，其物理力學指標能夠滿足低閘壩要求，可作壩基持力層。

由于該層滲透性分級屬強透水層，在不進行防滲處理的情況下，會產生大量的滲漏，是蓄水區滲漏的主要通道，需采取防滲措施處理。

3.1 方案對比

常用的水平防滲措施：①粘土鋪蓋；②復合土工膜；垂直防滲措施有：①砼防滲墻；②水泥砂漿帷幕。

表1 水平及垂直防滲方案對比表

3.2 最終方案

本階段根據工程規模及地質條件推薦施工中蓄水區采取垂直防滲與水平防滲相結合，即垂直防滲采用鋼筋混凝土防滲墻；水平防滲采用復核土工膜集合，對庫區1.3 m厚砂卵石進換填水平防滲鋪蓋。

3.2.1 垂直防滲

根據壩址區的工程地質條件，本次設計采用截滲墻的具體方案為：采用C25鋼筋混凝土防滲墻作為垂直防滲，C25鋼筋混凝土防滲墻厚0.5 m，自上銜接液壓壩基礎不小于0.5 m，自下深入相對不透水層1～2 m，與岸坡兩岸平順銜接。

3.2.2 水平防滲

（1）沖刷深度計算

本工程河道為砂卵石，屬強透水層，因此本次設計采取水平鋪蓋防滲處理，水平鋪蓋自上而下依次為原河床砂卵石、厚度＜5 mm 細砂鋪蓋、復合土工膜（兩布一膜）（500 g/m2）、0.2 m厚＜5 mm細砂。為防止復合土工膜被沖刷損壞，根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）規定的沖刷深度計算公式D.2.2—1和D.2.2—2來確定復合土工膜埋深厚度。本次設計采用20年一遇洪水標準進行計算。

計算公式如下：

式中：hs為局部沖刷深度(m)；H0為沖刷處的水深(m)；Ucp為近岸垂線平均流速(m/s)；Uc為泥沙起動流速(m/s)；U為行近流速（m/s）；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取n=1/4；η為水流流速不均勻系數，根據水流流向與岸坡交角α查表D.2.2采用；D50為床砂的中值粒徑（m），（0.0462 m）；γs、γ 為泥沙與水的容重（kN/m3）。

表2 1#液壓壩蓄水區沖刷深度計算

表3 2#液壓壩蓄水區沖刷深度計算

（2）水平鋪蓋厚度的確定

通過表2和表3的計算的沖刷深度結果，并且結合本工程的實際情況，并考慮擋墻基礎附近的施工、工程造價及運用情況等確定1#、2#液壓壩工程的水平鋪蓋的厚度均為1.3 m，其結構自上而下依次為：0.90 m厚原河床砂礫石鋪蓋、0.2 m厚＜5 mm細砂鋪蓋、復合土工膜（兩布一膜）（500 g/m2）、0.2 m厚＜5 mm細砂墊層。

5 結語

本文基于河道基礎防滲處理措施的技術，對液壓升降壩等攔水壩在河道蓄水后形成生態水面時，對河床基礎在防止發生滲漏采取一定的措施。通過豎向及水平防滲相結合的方案，有效的對液壓壩蓄水范圍內的可產生滲漏的通道進行了有效封堵，使蓄水區能夠形成一定規模的水域，并對壩體結構及岸坡穩定起到了重要作用。

Elementary Analysis on Anti-seepage Measures of the Hydraulic Lifting Dam Enigneering

Zhang Kun,Li Falong,Yan Yaqun

（Xi'an Jingtian Water Conservancyand Hydropower Surveyand Design ConsultingCo.,Ltd Xi’an 710018,Shaanxi）

TV223.4

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1673-9000（2017）05-0118-03

2017-08-01

張坤（1984-），男，陜西咸陽人，工程師，主要從事水利工程設計工作。