某电站闸址深厚覆盖层渗透稳定性分析及工程应用

田林 田钊

摘要：某水电站闸址河床及两岸覆盖层一般厚度50～130m，最大厚度达133m，成因复杂，闸址深厚覆盖层具备建坝的工程地质条件，但其物质组成、地层分布、结构组合特征复杂，各亚层物理力学性质差异大，闸基可能存在渗透变形等问题。本文通过多种勘察手段和室内外测试、试验方法，对覆盖层的相关工程特性进行了研究、分析，以查明闸址河床深厚覆盖层渗透稳定性，准确评价可能存在的渗透稳定问题并提出合理可行的地基处理措施。

关键词：深厚覆盖层；工程特性；渗透稳定性；工程应用

1 简介

电站位于四川省丹巴县境内的大渡河干流，工程采用混合式开发，拦河闸坝由泄洪闸、冲沙闸和左右岸段组成，坝顶高程1998.5m，最大闸高42m（冲沙闸段）。大渡河由北至南流经工程区，沿河两岸阶地较发育，其中I、Ⅱ级阶地和现代河漫滩以冲积堆积为主；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级等阶地为冰川～冰水堆积，多属基座～侵蚀类型。闸址河床及阶地分布覆盖层厚度大、成因复杂、工程性状差异大，尤其拦河闸的渗透变形及稳定问题是重大的工程地质问题之一。

2成因类型、物质组成及分布特征

闸基覆盖层成因复杂，按照类型主要可分为滑坡堆积、崩坡积、冲洪积、堰塞湖堆积、冰川及冰水堆积，覆盖层在河床及两岸的分布呈不对称“V”型，闸址区河床覆盖层按照形成年代、形成原因、组成物质、空间分布等方面的差异，可分为6各大层：即①～⑤层（冲洪积及堰塞湖相堆积）和B层（崩滑堆积），部分大层又细分为几个亚层，部分（亚）层中含有砂土透镜体。分述如下：

①层：混合土（卵）碎石，为冰水混合堆积物，局部为冲洪积物，分选性差。组成物质主要为粗颗粒的漂（块）石、（卵）碎石和砾石，漂（块）石约占30～40%；卵（碎）石约占25～30%；砾石约占15～25%；砂约占10%。

②层：粉土粉砂，为堰塞湖相沉积物，中密～密实状。其中粉土层具水平或交错层理；粉砂层层理不清晰，局部夹中细砂、少量砾砂或块碎石。

③层：为河流相冲、洪积物，中密～密实，主要由粗颗粒的漂（块）石、卵（碎）石和砾石构成，充填砂土。该层可细分为混合土卵石和混合土漂块石两个亚层。

④层：为粉土质砂，局部含少量粉土及卵砾石，稍密～中密，局部松散。具水平交错层理。

⑤层：混合土卵石层，松散～稍密状，由粗颗粒的漂石、卵砾石构成，其余充填砂土。其中卵石含量约35～45%；砾石含量约25～35%；少量砂土充填。

B层：崩滑堆积层，由块石、碎石、砾石及砂土构成，密实程度不均一，粗颗粒分布无规律。该层主要为闸址两岸崩塌、滑坡堆积于河谷及岸坡而形成。B层在闸址的分布较广，厚度大，一般在40～100m左右，且物质组成复杂，空间分布位置差异大，可细分为砾石层、块石层、混合土碎石层、混合土块石层四个亚层。

3、河床覆盖层渗透稳定性分析

结合闸址覆盖层的沉积特点和物质组成，并类比川西地区深厚覆盖层工程的勘察成果经验及其它工程的经验选取。提出闸址区河床覆盖层各土层渗透特性参数建议值如下表。

闸基各岩土层渗透系数建议值及计算取值一览表

3.1临界坡降Jcr的确定

闸址区河床覆盖层各层，它们的渗透变形形式主要为管涌、流土、过渡型。根据规范中对流土与管涌的临界水力比降确定方法，结合河床覆盖层各土层颗粒平均级配线对应的物理性质特征指标值计算得出的平均级配临界坡降（Jcr）如表

河床覆盖层平均级配临界坡降Jcr计算值

3.2容许坡降Jkp的确定

根据规范并结合川西地区工程实践经验，取安全系数为2，用临界坡降除以安全系数，其值即为允许坡降。在此基础上综合室内试验成果及实际土层情况，并参照流域内附近工程成果，对计算值进行局部合理调整，提出各岩土层容许坡降建议值。

4、结论及建议

土体的渗透变形是河床覆盖层闸基发生破坏事故的主要原因之一，故对地基土进行渗流控制十分必要。控制渗透变形的基本内容主要包括控制渗流水头或压力、控制渗流梯度和控制渗流量三个方面，而控制闸基渗透变形的理论原则一般遵循“前堵后排，防排结合，反滤层保护渗流出口”的渗流控制原则。

根据渗流控制原则，本工程需采取有效的防渗工程处理措施，建议闸基渗流控制方法以垂直截流为主，结合考虑水平铺盖、排渗减压及反滤盖重等措施，以确保闸基土体的抗渗稳定性。

具体内容如下：

（1）垂直截流

本工程闸基河床覆盖层为粗粒土层，总体渗透性强，渗流量大，建议采用悬挂式混凝土防渗墙与灌浆帷幕相结合的方法。防渗墙的深度可考虑目前施工工艺可达到的可靠深度80～100m；灌浆帷幕采用全封闭形式，深度按伸入两岸+河床底部基岩相对隔水层3Lu线5.0m以下控制，并向两岸延伸至与地下水位线相接。

（2）水平铺盖

铺盖长度应通过计算确定，所用材料有粘土或复合土工膜、编织涂膜土工布等。防渗铺盖可以延长渗流路径、减小渗流的水力梯度，而不能完全截断渗流，该方法可作为垂直截流的辅助补充。

（3）排渗减压

电站可在下游坝脚附近开挖排水沟，使之与透水层联通，以有效的降低浸润曲线和水头。当闸坝后有盖重压渗时，排渗沟应设在盖重的末端。排渗减压方法往往与其它渗控措施配合使用。

（4）反滤盖重

本工程闸基当相对不透水层埋藏较深，透水层较厚，可考虑采用背水侧反滤盖重处理，盖重应采用透水性填料，以保证排水通畅、降低逸出水力梯度。

参考文献：

[1]杨光伟.2004.閘坝深厚覆盖层基础处理研究.水电站设计

[2]罗守成.1995.对深厚覆盖层地质问题的认识.水力发电

[3]夏万洪魏星灿杜明祝.2009.冶勒水电站坝基超深厚覆盖层Q3的工程地质特性及主要工程地质问题研究