西藏湘河水利樞紐大壩防滲措施研究

彭 暢，孫 宇，徐成軍

（南京水利科學(xué)研究院江蘇科興項(xiàng)目管理有限公司，南京 210029）

1 工程概況

西藏湘河水利樞紐水庫(kù)總庫(kù)容1.134 億m3，大壩為瀝青混凝土心墻磚礫石壩，最大壩高51.0 m，電站裝機(jī)40 MW。樞紐建筑物由防滲心墻砂礫石壩、導(dǎo)流兼泄洪洞、溢洪洞、灌溉引水隧洞及電站廠(chǎng)房等組成。大壩防浪墻頂高程4 105.2 m，壩頂面高程為4 104.00 m，壩頂軸線(xiàn)長(zhǎng)571.00 m，頂寬8 m。

2 大壩防滲措施

2.1 防滲目標(biāo)

壩基防滲控制指標(biāo)為滲漏量和滲透比降，基巖防滲控制標(biāo)準(zhǔn)主要為透水率。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)有關(guān)工程對(duì)壩基滲漏量的控制標(biāo)準(zhǔn)確定允許滲漏量。國(guó)內(nèi)有關(guān)工程對(duì)壩基滲漏量的控制標(biāo)準(zhǔn)一般為多年平均徑流量的1%～3%。冶勒水電站大壩防滲標(biāo)準(zhǔn)控制滲漏量為河道多年平均流量的1%，太平驛電站防滲控制標(biāo)準(zhǔn)為多年平均流量的0.2%。考慮湘河水庫(kù)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，工程重要性等因素，壩基滲漏量設(shè)計(jì)采用的控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于多年平均徑流量的1%，壩址處多年平均流量為58.3 m3/s，即不大于0.583 m3/s。

2.2 防滲措施

（1）防滲墻布置及墻體嵌巖深度。防滲墻上部通過(guò)混凝土基座與瀝青混凝土心墻相接，下部與基巖接觸部位應(yīng)使墻體有一定的嵌入深度，以避免由于墻體末端與基巖之間接觸不好而形成的集中滲漏。國(guó)內(nèi)小浪底、下坂地、旁多等工程防滲墻嵌入基巖深度均在1 m。因此，本工程嵌入深度選定為1 m，防滲墻最大深度為139.2 m，對(duì)于局部強(qiáng)風(fēng)化基巖采用帷幕灌漿。

（2）墻體材料。防滲墻墻體材料按強(qiáng)度和彈性模量分常規(guī)混凝土和塑性混凝土兩種。參考其他工程經(jīng)驗(yàn)以及施工因素，確定防滲墻采用常規(guī)C30混凝土。墻體材料抗壓強(qiáng)度不小于14.3 MPa。

（3）墻厚。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分析和結(jié)合類(lèi)比本工程混凝土防滲墻深度、承受的水頭及國(guó)內(nèi)外類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土防滲墻厚度取1 m。

（4）基巖帷幕灌漿設(shè)計(jì)。對(duì)于兩岸基巖及壩基覆蓋層下基巖采取帷幕灌漿措施，深入基巖5 Lu線(xiàn)以下5 m。兩岸基巖灌漿帷幕布置一排，孔距1.5 m，灌漿范圍至正常蓄水位與基巖5 Lu 線(xiàn)或于地下水位交匯處（取大值），左、右岸灌漿范圍壩肩以外長(zhǎng)度分別為58、63 m，帷幕深度13～60 m；灌漿洞為城門(mén)洞型，橫斷面尺寸為3 m×4.0 m（寬×高），采用鋼筋混凝土襯砌，并采用錨噴支護(hù)。防滲墻下灌漿帷幕通過(guò)防滲墻內(nèi)預(yù)埋鋼管進(jìn)行，鋼管直徑100 mm。帷幕布置一排，孔距均為1.5 m。

3 防滲效果分析

3.1 計(jì)算方法

根據(jù)水庫(kù)情況采用典型斷面（0+200、0+336、0+500），建立設(shè)計(jì)洪水位條件下的壩體、壩基二維穩(wěn)定滲流數(shù)值模型。計(jì)算模型概化見(jiàn)圖1，本次采用GMS 軟件中的seep2d 模塊進(jìn)行滲流計(jì)算。計(jì)算模型中底部隔水邊界取至微新巖體面以下約50 m，高程為3876 m。模型上、下游水位取設(shè)計(jì)洪水位和對(duì)應(yīng)的尾水水位值，庫(kù)水淹沒(méi)邊界性質(zhì)考慮為定水頭邊界，模型底邊界為隔水邊界。

圖1 計(jì)算模型

3.2 計(jì)算參數(shù)及方案

壩體分區(qū)參數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算方案見(jiàn)表2。

表1 瀝青混凝土心墻壩和壩基滲流參數(shù)分區(qū)概化及取值 cm/s

表2 瀝青混凝土心墻壩滲流計(jì)算方案

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

不同方案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。方案F1 中設(shè)計(jì)洪水位條件下上、下游水位差40.43 m，壩基防滲為封閉式混凝土防滲墻，墻底進(jìn)入微新巖體約1.0 m，深度134 m。該方案計(jì)算結(jié)果顯示：心墻上游面水位接近上游水位值，為4 097.16 m；心墻下游面自由面高程降至4 058.2 m，僅比下游水位4 055.93 m稍高，下游壩坡無(wú)出逸，下游壩坡腳河床覆蓋層水平出逸比降小于0.05，垂直出逸比降小于0.05。根據(jù)滲透試驗(yàn)成果，壩基河床覆蓋層臨界比降平均值為0.6，壩體、壩基滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。方案F1中壩基封閉式混凝土防滲墻與壩體瀝青混凝土心墻形成了一個(gè)完整的防滲體，壩體防滲心墻承擔(dān)了96%的水頭壓力，壩坡無(wú)出逸，壩基覆蓋層滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。方案F2～F8與方案F1相比，河床覆蓋層未被防滲墻截?cái)嗟膶?duì)應(yīng)厚度分別約為11.5、31.5、51.5、71.5、91.5、111.5、131.5 m，其他條件均相同。

表3 不同方案計(jì)算結(jié)果

3.4 防滲墻厚度對(duì)大壩滲流的影響

隨著防滲墻深度的變化，各方案中單寬流量比較見(jiàn)圖2，各方案中壩體心墻下游側(cè)壩體水位比較見(jiàn)圖3。

圖2 單寬流量隨防滲墻深度變化

0+200剖面防滲墻全封閉設(shè)計(jì)洪水位條件下滲流計(jì)算成果見(jiàn)表4，滲流場(chǎng)等勢(shì)線(xiàn)分布見(jiàn)圖3。0+200剖面在設(shè)計(jì)洪水位條件下上、下游水位差45.54 m，壩基防滲為封閉式混凝土防滲墻，墻底進(jìn)入微新巖體。滲流計(jì)算結(jié)果顯示：心墻上游面水位接近上游水位值，為4 101.47 m；心墻下游面自由面高程降至4 056.1 m，僅比下游水位4 055.93 m稍高，下游壩坡無(wú)出逸，下游壩坡腳河床覆蓋層水平出逸比降小于0.01，垂直出逸比降小于0.01。壩基河床覆蓋層臨界比降平均值為0.6，壩體、壩基滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。壩基封閉式混凝土防滲墻與壩體瀝青混凝土心墻形成了一個(gè)完整的防滲體，壩體防滲心墻承擔(dān)了99%的水頭壓力，壩坡無(wú)出逸，壩基覆蓋層滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。壩體、壩基單寬滲漏量為0.88 m2/d。

圖3 心墻下游側(cè)水位隨防滲墻深度變化

0+500剖面防滲墻全封閉設(shè)計(jì)洪水位條件下滲流計(jì)算成果見(jiàn)表4。結(jié)果顯示：心墻上游面水位接近上游水位值，為4 101.47 m；心墻下游面自由面高程僅比下游排水溝水位稍高，下游壩坡無(wú)出逸，下游壩坡腳河床覆蓋層水平出逸比降小于0.01，垂直出逸比降為0.03。壩基河床覆蓋層臨界比降平均值為0.6，壩體壩基滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。壩基封閉式混凝土防滲墻與壩體瀝青混凝土心墻形成了一個(gè)完整的防滲體，壩體防滲心墻承擔(dān)了98%的水頭壓力，壩坡無(wú)出逸，壩基覆蓋層滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。壩體壩基單寬滲漏量為0.70 m2/d。

表4 計(jì)算成果表

圖4 覆蓋層出逸比降隨防滲墻深度變化

4 結(jié)論

大壩最大斷面0+200處單寬滲漏量為0.88 m2/d，0+500 處單寬滲漏量0.70 m2/d，水庫(kù)年平均滲漏量16.5 萬(wàn)m3，占年平均徑流量18.39 億m3的0.009%，滿(mǎn)足要求；壩后出逸比降均位于壩基面以下，均小于壩基覆蓋層臨界比降0.5，滲透穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。滲流場(chǎng)分布及比降、流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析表明：當(dāng)壩基防滲墻不封閉至5 Lu 線(xiàn)以下時(shí)（采用懸掛帷幕時(shí)），由于河床覆蓋層滲透性很強(qiáng)，壩基繞滲非常顯著，隨著防滲墻深度的縮短，單寬流量顯著增大，壩體防滲心墻下游側(cè)自由面顯著升高，下游壩坡出現(xiàn)出逸，并且出逸高度隨著防滲墻深度的縮短而逐漸升高，壩坡、壩基出逸比降也逐漸增大，滲透穩(wěn)定性顯著降低。