加格达奇区甘河橡胶坝工程坝底板渗透稳定设计

孙广涛，夏凤兰

( 齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江 齐齐哈尔161006)

1 概 述

加格达奇区位于黑龙江省西北部，大兴安岭山脉南麓，行政区划隶属大兴安岭地区，是大兴安岭行政公署所在地，全区总面积1 587 km2。城区现有人口15.53 万人，形成了以木材加工为中心，农机、化工、电力、建材、纺织、食品加工为骨干，比较齐全的工业门类和设备比较先进的工业体系，服务业和旅游业发展迅速。城南区总面积12.5 km2，是“十五”、“十一五”期间作为重要军事、政治、科研和教育中心进行重点投资和建设的地区。

甘河是嫩江上游右岸的一级支流，由西向东流经加格达奇主城区后折向南，城区内有甘河支流加格达奇河和东小河汇入。

2 工程建设的必要性

甘河发源于大兴安岭东麓雉鸡山，由西向东流经加格达奇区，将主城区分为河南河北两部分，于主城区东南角折向南，至柳家屯下游15 km处汇入嫩江，是嫩江上游右岸最大一级支流，流域总面积19 665 km2，河道长447 km。加格达奇水文站以上控制面积9 575 km2，流经加格达奇境内河道长55 km。

甘河加格达奇以上河段较大支流为阿里河，从左岸汇入，流域面积2 150 km2。加格达奇河在城区加格达奇水文站断面上游1 km处从左岸汇入，流域面积100 km2。

城区河段河滩地天然植被破坏严重，地表砂壤土大量流失，河岸塌陷，甘河左岸主城区已修建了城市防洪堤，全长5.9 km。

甘河横跨城区，水量充沛，水质良好，但年内不配不均，春季水量较枯、水位低，严重影响城市水域环境。为了合理利用水资源，充分开发城区江段旅游资源，改善城区河段水环境，增加城市景观的多样性和功能性，提高甘河两岸的区位优势，促进加格达奇区新城区建设和经济的高速发展，修建橡胶坝工程，是非常必要性的。

甘河在加格达奇城区江段近4 km，靠近中心城区，江岸有公园、甘河大桥等景区及城市防洪堤等重要基础设施，供居民及游客观光游览，但由于甘河春季水位低，水量少，景观差，从而使游人很难尽兴。修建橡胶坝可抬高水位扩大水域面积，蓄水成湖，波光潋滟，相互辉映，与堤内公园遥相呼应，更增添游览区秀美山色。湖中泛舟、景中穿行、成为居民观光、休闲娱乐的理想场所，因此修建橡胶坝工程为人心所望。

3 工程设计

3.1 基本资料

橡胶坝基础位于坝址工程地质③1、③2层，为级配不良砾层，普遍分布，松散，强透水。橡胶坝设计坝顶高程371.00 m，坝底板高程368.50 m。

3.2 计算条件

分别计算临闸侧和临堰侧两个断面在上游水位371.00 m情况下的坝基渗透，此时，两个断面下游水位分别为368.20 m，367.50 m。

3.3 防渗计算

3.3.1 确定临闸侧橡胶坝地下轮廓线

坝下为透水地基，利用改进阻力系数法计算渗透流量、扬压力图及出口渗透坡降。详见图1。

橡胶坝在上游水位371.00 m，下游水位368.20 m时，上下游水位差2.8 m。

图1 临闸侧橡胶坝基础地下轮廓线图

3.3.1.1 地基分段

根据地下轮廓线形状，将地基分为19 段。

3.3.1.2 地基有效深度

1) 地下轮廓线水平投影长度:L0=40.5 m。

2) 地下轮廓线垂直投影长度:S0=3 m。

3) 地基有效深度Te的计算为:

根据钻探资料，地基实际深度为7.47 m，计算取地基深度为7.47 m。

3.3.1.3 阻力系数计算

1) 进出口段计算公式为:

式中:ζ0为进、出口段的阻力系数;S 为板桩或齿墙的入土深度，m;T 为地基透水层深度，m。

2) 内部垂直段计算公式为:

式中:ζy为内部垂直段的阻力系数。

3) 水平段计算公式为:

式中:ζx为水平段的阻力系数;Lx为水平段长度，m;S1、S2为进、出口板桩或齿墙的入土深度，m。

4) 倾斜段计算公式为:

式中:ζs为倾斜段的阻力系数; T1为小值端地基深度，m; T2为大值端地基深度，m;ln 以e 为底的对数。阻力系数计算见表1。

3.3.1.4 渗透流量计算

计算公式为:

3.3.1.5 各段水头损失计算

直至计算h2～h19分别列出了数量值。

3.3.1.6 对进出口处水头损失的修正

修正系数计算公式为:

式中:β 为阻力修正系数，当计算的β≥1.0 时，采用β=1.0;S为底板埋深与板桩入土深度之和，m;T’为板桩另一侧地基透水层深度，m。

1) 进口处计算公式为:

表1 阻力系数计算表

由于β ＜1，进口处水头损失应修正。进口处修正后的水头损失为:

减少值为:

2) 出口处计算为:

由于β ＜1，出口处水头损失应修正。出口处修正后的水头损失为:

减少值为:0.037 m，则:

3.3.1.7 地下轮廓线上各关键点的渗流水头

由上下游水头差ΔH =2.8 m，相继减去各段的水头损失，便的各关键点的渗流水头ΔHi。计算结果见表2。

3.3.1.8 绘扬压力图

按以上求得各段水头损失或关键点的渗流水头值，便可绘得水头线，见图2。

表2 渗流水头成果表

图2 临闸侧断面渗压水头分布图

3.3.1.9 出口渗流平均坡降计算

出口段渗流稳定满足要求。

3.3.1.10 水平段渗流坡降计算

水平段渗流稳定满足要求。

3.3.2 临堰侧橡胶坝地下轮廓线

坝下为透水地基，利用改进阻力系数法计算渗透流量、扬压力图及出口渗透坡降。详见图3。

橡胶坝在上游水位371.00 m，下游水位367.5 m时，上下游水位差3.5 m。计算结果见表3。

绘扬压力图:按以上求得各段水头损失或关键点的渗流水头值，便可绘得水头线，见图4。

图3 临堰侧橡胶坝基础地下轮廓线图

图4 临堰侧断面渗压水头分布图

出口渗流平均坡降为:

出口段渗流稳定满足要求。

水平段渗流坡降为:

水平段渗流稳定满足要求。

［1］中国水利水电科学研究院. SL227—98 橡胶坝技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1999.

［2］江苏省水利勘测设计院. SL265—2001 水闸设计规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，2001.

［3］齐齐哈尔市水利勘测设计研究院. 加格达奇区橡胶坝工程初步设计报告［R］. 齐齐哈尔:齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，2008.