液压升降坝工程防渗措施浅析

2017-10-16李发龙严亚群

陕西水利 2017年5期

关键词：土工膜卵石蓄水

张坤，李发龙，严亚群

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西西安 710018）

液压升降坝工程防渗措施浅析

张坤，李发龙，严亚群

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西西安 710018）

城市河道设计中常有兼顾景观要求，需要通过对城市河道进行梯级拦蓄，形成生态水面。结合洛南县老君山文化旅游景区液压坝工程基本情况，工程位于全新统冲洪积堆积的河流漫滩上，岩性为砂卵石，厚度一般8.0～15.0 m，属于强透水层。通过粘土铺盖、复合土工膜、砼防渗墙、水泥砂浆帷幕的四种防渗方案比较分析，确定采用钢筋混凝土防渗墙及复核土工膜集合的方法进行防渗，以彻底解决液压坝的渗漏问题。

液压升降坝；渗透破坏；防渗措施；冲刷深度

Abstract:The urban river design often takes intoaccount the requirements ofthe landscape,requires tocascade reservoir on urban rivers and is coming to be the ecological water surface.The article combined with the basic situation of the hydraulic lifting dam engineering in Laojunshan cultural tourism scenic of Luonan Count,the project is located in the whole newalluvial accumulation ofriver floodplain,lithology for the sand and gravel,the thickness ofthe general 8.0m～15.0m,are strong through the water.Through the comparative analysis of four kinds of anti-seepage schemes of clay cover,composite geomembrane,concrete cut-off wall and cement mortar curtain,it is determined that the anti-seepage wall and the geomembrane collection method are used toprevent the infiltration ofthe hydraulic damLeakage problem.

Keywords:The hydraulic liftingdam,seepage failure,the anti-seepage measure and scour depth

1 工程概况

洛南县老君山文化旅游景区液压坝工程位于洛南县石坡河巡检镇河段，距县城约45 km。该工程是石坡河生态文化景观带建设的首要工程，建成后将老君山文化旅游景区、巡检古镇和石坡河景观带有机结合起来，形成一个完整的生态文化旅游观光区域。本次设计在不影响石坡河行洪的前提下新建液压坝，通过对巡检镇河段水流进行梯级拦蓄，形成生态水面。

该液压坝工程包括两座液压坝，每座坝分别由液压升降坝、上游水平防渗铺盖、下游消力池、下游护坦以及管理房组成。依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）等技术标准，本工程按拦河闸泄流能力确定为Ⅲ等中型水利工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，防洪标准为20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，相应的洪峰流量分别为493 m3/s和 681 m3/s。

2 工程地质条件

2.1 区域地质概况

项目区地处秦岭南麓中低山区，地势总体西北高东南低，周围群山环绕，峡谷纵横，岭谷绵延起伏。石坡河是区内最大河流，由西北流向东南。工程区段石坡河谷较宽阔，多呈“U”型谷，堆积物二元结构清晰，上部为粘性土，下部为河流冲积相的砂砾、卵石等，河谷两岸为基岩山地。

根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2015，工程区地震动峰值加速度为0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

2.2 工程区基本地质条件

工程区位于石坡河中游基岩峡谷内，谷底宽度大于200 m，有漫滩、一级阶地等微地貌。其中河漫滩一般高于河床0～2.0 m，滩面宽度 42.0～97.0 m；一级阶地地形平坦，阶面宽度100.0～200.0 m，一般高于河床2.5～6.0 m，具二元结构，上部为粘性土，下部为砂卵石等；河谷两岸为基岩斜坡，自然边坡坡度38°～65°，局部表面有薄层坡积、残坡积堆积物。

2.3 蓄水区工程地质条件

蓄水区沿线地层岩性主要为全新统冲洪积砂卵石，两岸为人工浆砌石及素填土，沿线无不良物理地质现象存在。区内地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水，地下水埋深0.5～4.0 m，含水层为第四系全新统砂卵石层，层厚10.0～13.0 m，下伏石坡群巡检司组白云岩为相对隔水层，地下水与河水水力联系密切，河谷两岸地下水位一般高于河水，属地下水补给河水，并向河流下游排泄。

蓄水区两岸渗漏岩性基本相同，地下水位坡度较缓，地层渗透性变化不大，渗漏量以两岸河堤为主。1#液压坝蓄水区沿堤渗漏量约5796.5 m3/d，2#蓄水区沿堤渗漏量3576.1 m3/d，在不防渗条件下两个蓄水区总渗漏量约9372.6 m3/d。蓄水区渗漏损失量较大，需进行工程防渗处理。

2.4 坝址区工程地质条件

两液压坝工程处于同一工程地质单元，地质条件基本相同。主要地层岩性为：上部全新统冲洪积（Q42al+pl）砂卵石，表层松散～稍密，中下部为稍密～中密，厚度12.0～13.0 m，变形模量E0=22.0 MPa，渗透系数 kV=8.93×10-2cm/s，为强透水性，承载力标准值fk=280 kPa；下伏元古界石坡群巡检司组灰白色白云岩，强风化岩体厚度2.0～3.0 m，承载力fk=500 kPa，下层弱风化岩体承载力fk=3000 kPa。坝址地下水位埋深0.2～0.5 m，地下水及河水对砼无腐蚀性。

3 防渗方案

液压坝工程的主要任务是在非汛期拦河蓄水，在上游形成稳定水位及宽阔的水面，改善生态条件。工程位于全新统冲洪积堆积（Q42al+pl）的河流漫滩上，岩性为砂卵石，厚度一般8.0～15.0 m。设计液压坝坝基厚2～2.5 m左右，所需的承载力较小，砂砾石具一定承载力和抗剪强度，其物理力学指标能够满足低闸坝要求，可作坝基持力层。

由于该层渗透性分级属强透水层，在不进行防渗处理的情况下，会产生大量的渗漏，是蓄水区渗漏的主要通道，需采取防渗措施处理。

3.1 方案对比

常用的水平防渗措施：①粘土铺盖；②复合土工膜；垂直防渗措施有：①砼防渗墙；②水泥砂浆帷幕。

表1 水平及垂直防渗方案对比表

3.2 最终方案

本阶段根据工程规模及地质条件推荐施工中蓄水区采取垂直防渗与水平防渗相结合，即垂直防渗采用钢筋混凝土防渗墙；水平防渗采用复核土工膜集合，对库区1.3 m厚砂卵石进换填水平防渗铺盖。

3.2.1 垂直防渗

根据坝址区的工程地质条件，本次设计采用截渗墙的具体方案为：采用C25钢筋混凝土防渗墙作为垂直防渗，C25钢筋混凝土防渗墙厚0.5 m，自上衔接液压坝基础不小于0.5 m，自下深入相对不透水层1～2 m，与岸坡两岸平顺衔接。

3.2.2 水平防渗

（1）冲刷深度计算

本工程河道为砂卵石，属强透水层，因此本次设计采取水平铺盖防渗处理，水平铺盖自上而下依次为原河床砂卵石、厚度＜5 mm 细砂铺盖、复合土工膜（两布一膜）（500 g/m2）、0.2 m厚＜5 mm细砂。为防止复合土工膜被冲刷损坏，根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）规定的冲刷深度计算公式D.2.2—1和D.2.2—2来确定复合土工膜埋深厚度。本次设计采用20年一遇洪水标准进行计算。

计算公式如下：

式中：hs为局部冲刷深度(m)；H0为冲刷处的水深(m)；Ucp为近岸垂线平均流速(m/s)；Uc为泥沙起动流速(m/s)；U为行近流速（m/s）；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4；η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查表D.2.2采用；D50为床砂的中值粒径（m），（0.0462 m）；γs、γ 为泥沙与水的容重（kN/m3）。

表2 1#液压坝蓄水区冲刷深度计算

表3 2#液压坝蓄水区冲刷深度计算

（2）水平铺盖厚度的确定

通过表2和表3的计算的冲刷深度结果，并且结合本工程的实际情况，并考虑挡墙基础附近的施工、工程造价及运用情况等确定1#、2#液压坝工程的水平铺盖的厚度均为1.3 m，其结构自上而下依次为：0.90 m厚原河床砂砾石铺盖、0.2 m厚＜5 mm细砂铺盖、复合土工膜（两布一膜）（500 g/m2）、0.2 m厚＜5 mm细砂垫层。