江边水电站拦河坝基础覆盖层防渗研究

陆 欣，黄 维，史 彬

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州310014）

1 工程概况

江边水电站是以发电为主的低闸高水头引水式电站。电站总装机330 MW，最大坝高32.0 m。拦河坝由两孔泄洪闸、一孔冲沙闸及左右岸混凝土重力坝段组成，除部分岸边坝段外，拦河坝基础均置于河床深覆盖层上。

闸址区出露地层主要为二叠系下统甲黄沟群（P1jh）和第四系冲洪积、冲湖积、崩坡积地层。第四系覆盖层（Q4）最大厚度109.2 m。可分为五大层：第①层崩坡积（Q）碎石土；第②层河床冲洪（Q）漂（块）卵（碎）石层，其间夹有②-2层中细砂夹层；第③层冲湖积（Q）砂质粉土，夹有③-1粉质粘土和③-2层粉砂透镜体；第④层冲洪积（Q）卵（碎）砂砾；第⑤层冲洪积（Q卵（碎）石。

2 覆盖层特性

根据枢纽布置，除部分岸边坝段外，闸坝基础均置于河床覆盖层上。

坝基础置于第②层下部漂（块）卵（碎）石层上，坝基第②层下部漂（块）卵（碎）石层，不均匀系数为100.4～568.6，渗透系数为7.26×10-2cm/s，属强透水层，室内渗透变形试验分析，漂（块）卵（碎）石层渗透破坏形式为管涌型，建议渗透系数为（5～8）×10-2cm/s，允许坡降为0.10～0.15。

坝基持力层下伏的第③层砂质粉土，渗透破坏形式为流土，抗渗允许坡降为4～5，第③-2层粉砂渗透破坏形式也为流土，抗渗允许坡降为0.5～0.6。

第③层与第②层构成双层结构的地基，第③层砂质粉土平均渗透系数为3.01×10-5cm/s，14组试样平均值为7.4；第③-2层粉砂平均渗透系数为2.50×10-5cm/s，8组试样不均匀系数平均值为1.2；第②层下部漂（块）卵（碎）石层，不均匀系数为100.4～568.6。根据《水利水电工程勘察规范》，接触冲刷和接触流失判别方法：D10/d10分别为82与25，均大于10，D20/d70分别为125与27，均大于7，因此，存在接触冲刷和接触流失问题，地质建议接触冲刷和接触流失允许比降为0.4～0.5。

从以上各岩组渗透变形特征和地层结构特征分析，第②层的管涌、第③层的流土和第③层与第②层接触面的接触冲刷和接触流失问题对闸坝地基渗透稳定影响较大，因此必须采取有效的防渗措施，降低水力坡降。第③-2层粉砂以透镜状分布，外围被抗渗条件较好的砂质粉土包裹，对坝基渗透稳定不构成直接危害，但在防渗墙打穿该透镜体后，其与防渗墙接触面可能产生接触流失。

3 防渗措施初拟

软基上的闸、坝基础防渗主要有水平防渗、垂直防渗和水平防渗与垂直防渗相结合的方案。第②层漂（块）卵（碎）厚约15～30 m，渗透系数为7.26×10-2cm/s，属强透水层，存在渗漏和渗透稳定问题。漂（块）卵（碎）石层下伏的第③层砂质粉土平均渗透系数为3.01×10-5cm/s，属弱透水性；③-1粉质粘土平均渗透系数为2.95×10-6cm/s，属微透水性；③-2粉砂透镜体平均渗透系数为3.51×10-5cm/s，属弱透水性。可见第③层冲湖积地层总体渗透性弱，以弱透水性为主，为相对隔水层，同时勘探揭示第③层冲湖积地层与坝基两岸弱风化微透水岩体直接相连，且地层厚度大，层位稳定，是较好的天然铺盖，可视为相对隔水层。由于河床覆盖层深达110m，如果采用全封闭式防渗墙将给施工带来非常大的难度，直接影响工程工期并增大投资，施工质量也难以保证。因此，考虑采用防渗墙封闭到第③层砂质粉土层，初步拟定了防渗墙分别插入第③层1 m、5 m和10 m共3个方案。

4 防渗方案比选

对初拟的三个方案进行了有限元数值模拟计算，图2为计算典型剖面，计算采用参数见表1。

成果显示，这3个方案基础的渗流量差别较小，防渗墙插入第③层砂质粉土层1 m、5 m和10 m的渗漏量分别为2.96 L/s、2.62 L/s和2.58 L/s，不到枯水期多年平均来流量41.1 m3/s的0.1%，从基础渗漏量来看，3个方案均能满足要求。分析其主要原因，是悬挂式防渗墙底部进入了砂质粉土层，截断了闸基覆盖层中相对隔水层以上的主要渗流通道。计算结果表明，约95%以上的渗透压力势能水头消耗在砂质粉土和防渗墙内。闸坝基底扬压力和接触渗透比降也相应比较小，不会对闸室和挡水坝的安全运行产生影响，为保证少量渗流的排水通畅，在护坦底部设置有反滤排水系统，以保护渗流出口。

表1 基础覆盖层渗透系数和允许比降表Table 1 Permeability coefficient and slope of the overburden

从这3个方案的渗透坡降情况来看，防渗墙插入第③层砂质粉土层1 m方案，砂质粉土层最大渗透坡降约为5.46，大于允许坡降（砂质粉土4～5），该防渗方案不满足渗透稳定要求。

防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m和10 m方案的渗透坡降场相似，砂质粉土层最大渗透坡降分别约为2.57和2.26，满足相应的允许比降值。这两个方案的最大层间坡降均发生在第②层和第③层之间，约为0.22～0.24，层间接触冲刷能够满足。出逸点坡降在0.002以内，其他各土层的坡降值也非常小，均能够满足要求。

根据数值分析成果，防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m和10 m两个方案，渗漏量和渗透坡降均能满足工程要求，考虑到工程经济性，最终选择防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m的作为设计方案。

5 结语

江边水电站拦河坝基础防渗处理采用了研究后推荐的防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m方案。目前电站已完建并蓄水发电，从已有的观测情况看，基础渗漏量很小，基础渗透压力正常，基础防渗系统运行正常，拦河坝基础的防渗措施达到了预期的效果。

参考资料：

[1]九龙河江边水电站可行性研究报告[R].华东勘测设计研究院.

[2]SL265-2001，水闸设计规范[S].

[3]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京：水利水电出版社，2003.