六安市淠河橡膠壩(中壩)滲流安全分析

任澤垠

(南陽市水利建筑勘測設計院，河南 南陽 473003)

1 概述

六安市地處安徽省西部大別山的北麓，淠河是淮河的一級支流，自南向北穿城而過。橡膠壩(中壩)總長520m，共6跨，單跨長86m，中墩厚0.80m，壩袋凈高4.50m，壩底板高程為31.50m，壩頂高程即設計擋水位36.00m。橡膠壩中壩建成后，形成平均水深5.00m、回水長度20km、蓄水面積11.44km2、攔蓄水量4300×104m3的人工湖，工程特性見表1。

橡膠壩上游鋼筋混凝土防滲鋪蓋順水流向水平長度15.00m，厚度0.40m，鋪蓋頂面高程由29.00m抬升至31.00m；鋼筋混凝土壩底板順水流向長度14.00m，厚度1.00m，下設前后齒墻，為延長滲徑，壩底板下部設置粘土墊層厚度1.70m，在壩底板前端4.00m處設置樁徑0.50m的雙排水泥土攪拌樁墻，雙排樁互相搭接，排中心距0.30m，行中心距0.40m，樁底高程22.89m，樁長7.00m，形成懸掛帷幕；鋼筋混凝土消力池全長28.20m，池深1.00m；漿砌石海漫段總長36.00m，厚0.40m；末端設置上口寬為10.00m的拋石防沖槽。

目前，橡膠壩(中壩)工程已運行9年，為了解其運行狀況，對壩基進行滲流安全性分析，復核壩基滲流性態是否符合規范要求。

2 地質條件

在鉆孔控制深度內自上而下各地層特征及物理力學特性如下：

表1 六安市淠河橡膠壩(中壩)工程特性表

表2 地基土性質指標及相關參數建議值表

上述層地基土性質指標及相關參數建議值見表2。

地下水類型為孔隙潛水，賦存于細砂層、中砂層、粗砂夾礫石層和圓礫夾卵石層，主要由大氣降水和淠河河水補給。地下水位以下賦水地層主要為粗砂夾礫石層和圓礫夾卵石層。

3 滲徑長度分析

六安市淠河橡膠壩(中壩)工程滲流輪廓線由鋪蓋、壩底板和消力池輪廓線組成，主要坐落在粗砂夾礫石層，上游擋水位36.00m，下游按消力坎頂高程30.00m計算，則上下游河道設計水位差為6.0m。根據SL 265—2016《水閘設計規范》，壩基防滲長度按下式計算：

L=C×ΔH

(1)

式中，ΔH—上、下游水位差，m；C—允許滲徑系數值，壩基為粗砂夾礫石，C取5。

壩基滲徑長度計算見表3。根據計算成果：實際滲徑長度大于計算值，滿足規范要求。

表3 壩基滲徑長度計算表

4 滲透穩定計算分析

4.1 采用方法

按照SL 265—2016中“改進阻力系數法”與“有限單元法”數值模擬(Autobank)計算滲流出口的水力坡降值。

4.2 改進阻力系數法計算分析

4.2.1 地基有效深度的計算

(2)

(3)

式中，字母意義及單位詳見SL 265—2016，本文不再一一詳述，下同。

如果計算Te值小于地基實際深度時，應采用Te值進行滲流計算；如果計算Te值大于地基實際深度時，應按地基實際深度進行滲流計算。

4.2.2 分段阻力系數的計算

進、出口段阻力系數可按下式計算：

(4)

內部垂直段的阻力系數可按下式計算：

(5)

水平段的阻力系數可按下式計算：

(6)

4.2.3 各分段水頭損失值的計算

(7)

以直線連接各分段計算點的水頭值，即得滲透壓力圖。

4.2.4 進出口段水頭損失值的修正

(8)

當計算的β′≥1.0時，可用β′=1.0；可按下式計算：

(9)

4.2.5 出口段滲流坡降值的計算

(10)

4.2.6進、出口段齒墻不規則部位按下列方法進行修正

當hx≥△h時：

(11)

(12)

當hx+hy≥△h時：

(13)

(14)

當hx+hy<△h時：

(15)

(16)

(17)

4.2.7 改進阻力系數法計算成果

地基有效深度Te計算

地下輪廓線的水平投影長度L0，L0=39.90m，

地下輪廓線的垂直投影長度S0，S0=7.61m，

∵L0/S0=39.9/7.61=5.20>5

(18)

∴取Te=0.5L0=19.95m

根據地質資料，隔水層頂高程為16.50m。

∴Te=30.40-16.50=13.90m<19.95m

(19)

∴取Te=19.95m。

分段水頭損失和水力坡降計算結果

各部位的水頭損失和水力坡降計算結果見表4。

壩基滲流出口處為粗砂夾礫石、卵石，屬強透水層，滲透系數為1.54×10-1cm/s。根據SL 265—2016表6.0.4，壩基出口允許坡降值為0.50～0.55，水平段允許坡降值為0.22～0.28。由計算結果可知，壩基出口允許坡降及水平段滲流坡降均能滿足地基滲透穩定要求。

4.3 橡膠壩底板出口滲透變形計算分析

根據SL 265—2016和GB 50487—2008《水利水電工程地質勘察規范》中滲透變形計算公式計算：

判別可能發生的滲流破壞形式：

流土型判別公式：Jcr=(GS-1)(1-n)

(20)

(21)

式中，字母意義及單位詳見GB 50487—2008，本文不再詳述。

經計算，橡膠壩底板出口的滲流坡降為J=0.280，橡膠壩底板下的粗砂含礫層不會發生滲流破壞。

4.4 有限單元法計算成果

采用Autobank模擬壩基滲流場。網格劃分如圖1所示，水頭等值線圖如圖2所示，水力坡降等值線圖如圖3所示。

圖2 水頭等值線圖

部位T/mS1/mS2/mLx/mζ水頭損失/m修正后水頭損失/m水力坡降進口段12.502.000.5370.6010.4650.232進口段齒墻水平段10.50001.100.1050.1170.2340.213進口段齒墻垂直段12.001.500.1260.1410.159鋪蓋水平段113.001.500.309.800.6570.7350.7350.075鋪蓋齒墻垂直段上游段13.300.300.0230.0250.025鋪蓋齒墻垂直段下游段13.400.40.0300.0330.033鋪蓋齒墻水平段13.00001.000.0770.0860.0860.086水泥攪拌樁垂直段上游段13.006.610.5730.6410.641水泥攪拌樁垂直段下游段13.006.610.5730.6410.641水泥攪拌樁水平段6.39000.200.0310.0350.0350.175鋪蓋水平段213.650.400.404.800.3110.3470.3470.072鋪蓋下游齒墻垂直段13.901.200.0870.0970.097壩袋底板上游齒墻水平段12.70000.800.0630.0700.0700.088壩袋底板上游齒墻垂直段13.901.200.0870.0970.097壩袋底板水平段113.901.200.707.060.4120.4610.4610.065供排水管處齒墻垂直段上游段13.900.700.0500.0560.056供排水管處齒墻垂直段下游段13.900.700.0500.0560.056供排水管處齒墻水平段13.20001.400.1060.1190.1190.085壩袋底板水平段213.900.701.004.640.2480.2780.2780.060壩袋底板下游齒墻垂直段上游段13.901.000.0720.0810.081壩袋底板下游齒墻垂直段下游段13.901.000.0720.0810.081壩袋底板下游齒墻水平段12.70000.800.0630.0700.0700.088消力池水平段13.901.002.506.500.2910.3260.3260.050消力池垂直段13.902.500.1820.2040.324出水段齒墻水平段11.40000.500.0440.0490.0980.196出口段12.801.400.4950.5540.3850.275∑5.3666.0006.000

圖3 水力坡降等值線圖

由計算結果分析，滲流出口處的水力坡降值為0.260，閘基出口土的水力坡降值為0.280，與改進阻力系數法計算結果0.275接近，則壩基出口允許坡降滿足地基滲透穩定要求。

5 結論

采用滲徑長度計算法、改進阻力系數法和有限單元法數值模擬(Autobank)，計算分析六安市淠河橡膠壩(中壩)工程壩基滲流結果，均滿足規范要求。現場檢查以及底板與壩基結合部檢測檢驗結果亦表明，土建工程運行狀況良好，橡膠壩工程未出現繞壩或接觸滲透，橡膠壩滲流性態是安全的。

綜上所述，土質閘基滲流計算有理論計算法、近似計算法和電模擬試驗法，改進阻力系數法和流網法是近似計算法中常用的方法，也是規范中推薦采用的方法。有限單元流網法，需要按規定的原則應用計算機繪圖才能得到較好的結果。對于復雜土基上的重要水閘，應采用數值計算法求解更為準確。

172項節水供水重大水利工程規劃設計技術討論會在京召開

本站訊 2018年11月6日至7日，水利部水利水電規劃設計總院在北京組織召開了172項節水供水重大水利工程規劃設計技術討論會。會議的主要任務是交流重大水利工程規劃設計實踐成果，總結重大水利工程規劃設計的成功經驗，查找問題,以更好地指導今后的勘測設計工作，服務好“水利工程補短板、水利行業強監管”的工作總基調。

水利部葉建春副部長出席會議并作講話。葉建春指出，水利規劃勘測設計工作責任重大，推進172項重大水利工程是黨中央深刻認識我國基本國情水情作出的重要戰略部署，是水利部當前的重大政治任務。葉建春充分肯定了水利水電規劃設計總院和各參建勘測設計單位為172項重大水利工程的順利推進作出的重要貢獻，同時指出了水利工程規劃設計工作存在的問題，要求勘測設計單位要深入學習領會習近平總書記提出的十六字治水方針，圍繞水利部黨組關于“水利工程補短板、水利行業強監管”工作總基調，聚焦京津冀協同發展、長江經濟帶發展、推進鄉村振興、打贏脫貧攻堅戰等國家重大戰略，在規劃編制、戰略研究、重大基礎技術工作、技術審查和行業管理等工作中，要堅持問題導向，進一步轉變勘測設計工作理念，確保勘測設計工作質量。

葉建春強調，水利水電規劃設計總院要按照水利部的統一部署，充分發揮技術優勢，與項目有關方有效對接，加強技術幫扶，提前介入技術指導，優先安排項目審查，統籌做好項目前期各項工作。

中國工程院院士鐘登華教授，中國科學院院士陳祖煜教授、倪晉仁教授等在大會作了專題報告。

水利部有關司局，水利、水電系統60余家設計單位的領導、代表及部分論文作者，共計300余人參加了會議。會議為63篇優秀論文作者頒發了證書，為9家優秀組織單位頒發了獎牌。會議組織了勘測設計和規劃環境兩個分會場，有30余篇優秀論文在會上進行了交流。

(水規總院網站)