潍河岞山橡胶坝坝基渗漏评价

2010-04-23付大庆刘世友

山东水利 2010年6期

高媛，付大庆，刘世友

（1.西安建筑科技大学，陕西西安 710055；2.东华理工大学，江西抚州 344000；3.潍坊市地震局，山东潍坊 261041；4.潍坊市水利建筑设计研究院，山东潍坊 261031）

在分析评价闸坝基渗漏量时，通常采用达西定律，此法对于均质坝或地下轮廓比较简单的小型闸坝较适宜，对于大中型地下轮廓比较复杂的闸坝，则精确度较差，甚至无经验公式可用。大量生产一线上的勘测人员，在时间紧任务重的情况下，没条件采用现今比较流行的数值分析方法确定其渗漏量。因此，通常采用改进阻力系数法等进行渗漏量计算。

水工闸坝渗流计算分精确解与近似解，精确解只能用于地层与地下轮廓比较简单的情况；近似解用于地层与地下轮廓比较复杂的情况，因而近似解方法是工程实际中最常用的。近似解主要有柯斯拉的独立变数法(1936)、巴甫洛夫斯基的分段法(1936)、丘加也法的阻力系数法(1957)。柯氏法的理论根据是无限深地基渗流的解析解，适用于较深透水地基情况。巴氏法是沿着各板柱画铅直线把地基分成几段的单独部分，每一分段的渗流有现成的解析解或比较容易求得解答，然后相加得到整个地基渗流近似解，缺点是不能从联立方程求得关键点的角点水头，而且认为板桩底下的铅直线是等水头线画分段也会带来误差。丘氏法根据巴氏法的精神和努麦罗夫渐近线法对急变区计算的理论提出了阻力系数法。分段位置取在板桩前后的角点，把沿着地下轮廓线的地基渗流分成垂直的和水平的几个段单独处理。

1 改进阻力系数法计算原理

毛昶熙[1]等(1980)沿用丘氏阻力系数的概念，综合巴氏法与丘氏法的特点，沿板桩线或垂直壁面分成左右侧段，分段数目比丘氏法多，但能给出板桩尖点水头提高出口平均坡降的计算精度，全部计算过程可代入简单的算式避免查用图表的不便和插比的误差。由于补充了倾斜底扳和齿墙不规则部分的算法，能更适应复杂地下轮廓情况。从精度而言，若干实例比较说明比其它方法都略高，一般水头百分数误差为2%～3%，最大不超过5%。成为规范推荐的计算方法。

1.1 地下轮廓分段

将实际地下轮廓适当简化，使之成为水平和垂直两个主要部分。由简化的地下轮廓线上各角点和板桩齿墙引出等势线，将渗流区划分为若干个简单段，可归纳为三种基本形式：进出口段、内部垂直段、水平段(倾斜段)，各段(如图1示)的阻力系数计算式为：

进出口段：

内部垂直段：

水平段：

图1 基本段示意

水平段底板倾斜时：

式中：ξ0为进出口段阻力系数；ξy为内部垂直段阻力系数；ξx为水平段阻力系数；S为板桩或齿墙入土深度；T为坝基透水层有效深度；Lx为水平段长度。

1.2 确定地基有效深度

由于地基深度变化引起水头分布曲线的改变仅在一定深度范围内较显著，故对不能满足板桩独立作用原则的较深乃至无限深地基，可选择一个有效深度代替，从而求得水头分布曲线的解答。

一般情况下，地基有效深度可按下式取值：当 L0／S0≥5 时，Te＝0.5L0当 L0／S0＜5 时

式中：Te为地基有效深度；L0为地下轮廓的水平投影长度；S0为地下轮廓的垂直投影长度。

当计算的Te值大于地基实际深度时，Te值应按地基实际深度采用。

1.3 计算渗漏量

各段入土深度与透水层厚度求出后，可求得阻力系数，当某段阻力系数小于0时，取0。则地下轮廓各段阻力系数之和为：

单宽渗漏量:

式中：H为上下游水头差；hi为各段水头损失；q为坝基单宽渗流量；k为坝基地层渗透系数。由坝基单宽渗漏量即可求得整个坝基的渗漏总量。

2 实例分析

潍河岞山橡胶坝位于老胶济铁路桥北400余米，底板高程18.00m，设计挡水高程22.5m，设计挡水高度4.5m，垂直水流方向总长度269.2m，顺水流方向总长度107m。主要由3孔橡胶坝、2孔泄水闸组成。50年一遇洪水泄量 4120m3/s，设计拦蓄水量 2202万 m3，死库容620万m3，工程规模中型，工程等别Ⅲ等，主要建筑物3级，次要建筑物4级。