深厚覆盖层上某低闸闸基的水平防渗设计

王锋

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

某水电站为低闸引水式电站，水库正常蓄水位2 741m，总库容4.51万m3，引水线路长约3.5 km，利用落差211m。主要建筑物由首部枢纽、引水建筑物和厂区枢纽三大部分组成。电站安装3台7MW水轮发电机组，总装机容量21MW，多年平均年发电量1.041亿kW·h，为单一发电工程，无灌溉、防洪等要求，工程规模属小(1)型，工程等别为四等[1]。

2 设计条件

闸址区河谷较宽阔，河水面宽35～50m，河床平均纵坡降31‰。左岸谷坡较陡，约40°～75°，为基岩陡壁；右岸为宽缓的冲洪积(以洪积为主)台地，坡度仅4°～15°，前缘形成高2～5m阶坎。闸址区基岩仅在左岸零星出露，出露宽度约100m，风化弱，强卸荷水平深度一般3～5m，局部可达10～20m。

闸址区第四系覆盖层广泛分布有冲洪积和崩坡堆积，冲洪积漂(块)卵砾石层分布于河床和右岸台地，崩坡堆积块碎石土层在两岸缓坡及坡脚地带分布。勘探揭露，河床覆盖层厚度大于20m，上部以卵砾石为主，往下漂(块)石含量增多，在漂(块)卵砾石上部见有一层粉砂夹漂(块)石层，此层厚度一般0.5～1.0m，局部1.5m，呈透镜体状分布，主要分布在冲沙闸和泄洪闸右侧上部，结构松散，覆盖层相关参数见表1。

首部枢纽包括溢流坝、泄洪闸、冲沙闸、右岸进水口等建筑物。左岸溢流坝净宽27.9m，右接5m宽泄洪闸，2m宽冲沙闸各一孔；闸底板高程2 736m，闸顶高程2 743m，最大闸高11.5m；右岸紧靠泄洪冲沙闸上游侧向布置进水口，取水角为110°。

表1 覆盖层参数

3 坝基防渗形式选择

覆盖层坝基防渗结构形式主要有：水平防渗、垂直防渗、水平防渗结合垂直防渗三种类型。

3.1 水平防渗

水平防渗是通常采用水平铺盖延长坝基渗径，从而降低坝基渗透比降，控制渗流量在允许范围内的一种防渗形式，多用于坝高不高，以主要控制渗透稳定为设计目标的工程。水平防渗虽然不能截断渗流，但具有施工简便，无需特殊施工设备的优点，在中小工程中运用较多。

3.2 垂直防渗

垂直防渗是在基础覆盖层中施工垂直防渗体的一种高效防渗形式，通常认为垂直防渗效果是水平防渗效果的3倍[2]。垂直防渗体一般包括混凝土防渗墙、高压旋喷灌浆、混凝土搅拌桩、黏土截水墙等。垂直防渗体插入覆盖层下基岩可截断渗流，是控制坝基渗流的有效措施，已在水电工程中被广泛采用，但垂直防渗体的施工一般需要专用设备，且造价随施工深度加深而显著提高。

3.3 水平防渗结合垂直防渗

水平防渗结合垂直防渗是以上两种防渗形式的补充和发展，结合了二者的优点，在单一防渗形式不能满足渗流控制要求时，联合发挥水平和垂直防渗作用，提高了渗流控制的可靠性。

本工程首部枢纽拦河闸底板以上挡水高度为5m，总库容4.51万m3，电站为径流式电站，防渗主要以控制渗透比降、满足大坝稳定为目的。结合坝基覆盖层较深(勘探钻孔20m未及基岩)、右岸台地宽阔、检修条件较好的实际，从功能性、可实施性、经济性以及环境和安全性综合考虑，本工程防渗形式采用水平防渗。

4 防渗设计

枢纽防渗系统设计主要内容有：水平防渗铺盖的形式，挡水建筑物间止水设置，以及挡水建筑物下游排水反滤体系统设置等。

4.1 水平防渗长度

水平防渗长度计算采用以下公式：

L=CΔH[2]

式中L——水平防渗长度，m；

ΔH——上、下游水位差，m；

C——允许渗径系数值。

按最不利工况下游无水考虑，ΔH取值5m，考虑水平防渗形式和坝基有粉砂透镜体，C取值13，算出水平防渗长度L=65m。

4.2 防渗布置

通常为满足下游护坦抗浮稳定，需控制闸室底板扬压力，水闸防渗设计不利用下游护坦延长渗径。本工程闸室水平长度为15m，如不考虑利用护坦延长渗径，上游铺盖长度需50m，不够经济。考虑到挡水建筑上、下游水位差不大，利用护坦延长渗径可减小铺盖长度、节约投资，因此研究了利用护坦延长渗径的可能性。经计算，在采取护坦上、下游端设置深齿槽，并适当加大护坦厚度至1.5m的措施后，下游护坦抗浮即可满足要求。根据护坦长度为20m，得出水平铺盖长度需30m。工程属山区河流，比降较陡(31‰)，推移质丰富，为防止冲刷破坏，闸基水平防渗采用钢筋混凝土铺盖，置于河床漂卵砾石夹砂层上，铺盖、闸室底板、护坦间的分缝均设两道橡胶止水连接。为提高防渗可靠性和防止水流淘刷，铺盖、闸室底板均设齿槽截断粉砂层并延长渗径，闸(坝)基渗流出口设排水反滤层。泄洪闸纵剖面见图1。

水库回水长度约70m，左、右岸采用混凝土护坡防止绕坝渗漏。左岸由于岩体比较完整紧密，混凝土护坡长度与铺盖长度相同；右岸台地透水性强，考虑到正常蓄水位时，上、下游水位差仅为5m，设混凝土护坡后，挡墙加铺盖长度约65m，也可满足渗透稳定要求。

4.3 渗流复核计算

根据闸基下各层的渗透系数，采用南科院二维有限元渗流计算程序UNSST计算，计算内容包括各典型断面二维渗流场分析。分析表明，坝基覆盖层渗透压力分配正常，最大渗透坡降[J] 约为0.13，小于坝基覆盖层允许水力坡降值，满足地基渗透稳定要求。坝基及两岸坝肩总渗流量较小，为0.084m3/s，仅占枯期平均流量3.93 m3/s的2.14%和年平均流量10.40m3/s的0.81%。

图1 泄洪闸纵剖面示意

5 结束语

工程于2008年4月建成蓄水后，下游坝肩及护坦未见明显渗水，至今运行正常。本工程坝基覆盖层深厚，具强透水性，右岸为宽阔透水台地，但挡水高度不高，实践证明，采用延长渗径方式的水平防渗设计，满足渗控要求。水平防渗设计在节省投资和缩短建设工期方面优势明显，采用钢筋混凝土铺盖提高了工程防渗可靠性。

[1] 中国水电顾问有限公司.DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》[S].北京: 中国电力出版社,2003.

[2] 水利部水利水电规划设计总院.SL265-2001《水闸设计规范》[S]. 北京:中国水利水电出版社,2001。