六安市淠河橡胶坝(中坝)渗流安全分析

任泽垠

(南阳市水利建筑勘测设计院，河南 南阳 473003)

1 概述

六安市地处安徽省西部大别山的北麓，淠河是淮河的一级支流，自南向北穿城而过。橡胶坝(中坝)总长520m，共6跨，单跨长86m，中墩厚0.80m，坝袋净高4.50m，坝底板高程为31.50m，坝顶高程即设计挡水位36.00m。橡胶坝中坝建成后，形成平均水深5.00m、回水长度20km、蓄水面积11.44km2、拦蓄水量4300×104m3的人工湖，工程特性见表1。

橡胶坝上游钢筋混凝土防渗铺盖顺水流向水平长度15.00m，厚度0.40m，铺盖顶面高程由29.00m抬升至31.00m；钢筋混凝土坝底板顺水流向长度14.00m，厚度1.00m，下设前后齿墙，为延长渗径，坝底板下部设置粘土垫层厚度1.70m，在坝底板前端4.00m处设置桩径0.50m的双排水泥土搅拌桩墙，双排桩互相搭接，排中心距0.30m，行中心距0.40m，桩底高程22.89m，桩长7.00m，形成悬挂帷幕；钢筋混凝土消力池全长28.20m，池深1.00m；浆砌石海漫段总长36.00m，厚0.40m；末端设置上口宽为10.00m的抛石防冲槽。

目前，橡胶坝(中坝)工程已运行9年，为了解其运行状况，对坝基进行渗流安全性分析，复核坝基渗流性态是否符合规范要求。

2 地质条件

在钻孔控制深度内自上而下各地层特征及物理力学特性如下：

表1 六安市淠河橡胶坝(中坝)工程特性表

表2 地基土性质指标及相关参数建议值表

上述层地基土性质指标及相关参数建议值见表2。

地下水类型为孔隙潜水，赋存于细砂层、中砂层、粗砂夹砾石层和圆砾夹卵石层，主要由大气降水和淠河河水补给。地下水位以下赋水地层主要为粗砂夹砾石层和圆砾夹卵石层。

3 渗径长度分析

六安市淠河橡胶坝(中坝)工程渗流轮廓线由铺盖、坝底板和消力池轮廓线组成，主要坐落在粗砂夹砾石层，上游挡水位36.00m，下游按消力坎顶高程30.00m计算，则上下游河道设计水位差为6.0m。根据SL 265—2016《水闸设计规范》，坝基防渗长度按下式计算：

L=C×ΔH

(1)

式中，ΔH—上、下游水位差，m；C—允许渗径系数值，坝基为粗砂夹砾石，C取5。

坝基渗径长度计算见表3。根据计算成果：实际渗径长度大于计算值，满足规范要求。

表3 坝基渗径长度计算表

4 渗透稳定计算分析

4.1 采用方法

按照SL 265—2016中“改进阻力系数法”与“有限单元法”数值模拟(Autobank)计算渗流出口的水力坡降值。

4.2 改进阻力系数法计算分析

4.2.1 地基有效深度的计算

(2)

(3)

式中，字母意义及单位详见SL 265—2016，本文不再一一详述，下同。

如果计算Te值小于地基实际深度时，应采用Te值进行渗流计算；如果计算Te值大于地基实际深度时，应按地基实际深度进行渗流计算。

4.2.2 分段阻力系数的计算

进、出口段阻力系数可按下式计算：

(4)

内部垂直段的阻力系数可按下式计算：

(5)

水平段的阻力系数可按下式计算：

(6)

4.2.3 各分段水头损失值的计算

(7)

以直线连接各分段计算点的水头值，即得渗透压力图。

4.2.4 进出口段水头损失值的修正

(8)

当计算的β′≥1.0时，可用β′=1.0；可按下式计算：

(9)

4.2.5 出口段渗流坡降值的计算

(10)

4.2.6进、出口段齿墙不规则部位按下列方法进行修正

当hx≥△h时：

(11)

(12)

当hx+hy≥△h时：

(13)

(14)

当hx+hy<△h时：

(15)

(16)

(17)

4.2.7 改进阻力系数法计算成果

地基有效深度Te计算

地下轮廓线的水平投影长度L0，L0=39.90m，

地下轮廓线的垂直投影长度S0，S0=7.61m，

∵L0/S0=39.9/7.61=5.20>5

(18)

∴取Te=0.5L0=19.95m

根据地质资料，隔水层顶高程为16.50m。

∴Te=30.40-16.50=13.90m<19.95m

(19)

∴取Te=19.95m。

分段水头损失和水力坡降计算结果

各部位的水头损失和水力坡降计算结果见表4。

坝基渗流出口处为粗砂夹砾石、卵石，属强透水层，渗透系数为1.54×10-1cm/s。根据SL 265—2016表6.0.4，坝基出口允许坡降值为0.50～0.55，水平段允许坡降值为0.22～0.28。由计算结果可知，坝基出口允许坡降及水平段渗流坡降均能满足地基渗透稳定要求。

4.3 橡胶坝底板出口渗透变形计算分析

根据SL 265—2016和GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》中渗透变形计算公式计算：

判别可能发生的渗流破坏形式：

流土型判别公式：Jcr=(GS-1)(1-n)

(20)

(21)

式中，字母意义及单位详见GB 50487—2008，本文不再详述。

经计算，橡胶坝底板出口的渗流坡降为J=0.280，橡胶坝底板下的粗砂含砾层不会发生渗流破坏。

4.4 有限单元法计算成果

采用Autobank模拟坝基渗流场。网格划分如图1所示，水头等值线图如图2所示，水力坡降等值线图如图3所示。

图2 水头等值线图

部位T/mS1/mS2/mLx/mζ水头损失/m修正后水头损失/m水力坡降进口段12.502.000.5370.6010.4650.232进口段齿墙水平段10.50001.100.1050.1170.2340.213进口段齿墙垂直段12.001.500.1260.1410.159铺盖水平段113.001.500.309.800.6570.7350.7350.075铺盖齿墙垂直段上游段13.300.300.0230.0250.025铺盖齿墙垂直段下游段13.400.40.0300.0330.033铺盖齿墙水平段13.00001.000.0770.0860.0860.086水泥搅拌桩垂直段上游段13.006.610.5730.6410.641水泥搅拌桩垂直段下游段13.006.610.5730.6410.641水泥搅拌桩水平段6.39000.200.0310.0350.0350.175铺盖水平段213.650.400.404.800.3110.3470.3470.072铺盖下游齿墙垂直段13.901.200.0870.0970.097坝袋底板上游齿墙水平段12.70000.800.0630.0700.0700.088坝袋底板上游齿墙垂直段13.901.200.0870.0970.097坝袋底板水平段113.901.200.707.060.4120.4610.4610.065供排水管处齿墙垂直段上游段13.900.700.0500.0560.056供排水管处齿墙垂直段下游段13.900.700.0500.0560.056供排水管处齿墙水平段13.20001.400.1060.1190.1190.085坝袋底板水平段213.900.701.004.640.2480.2780.2780.060坝袋底板下游齿墙垂直段上游段13.901.000.0720.0810.081坝袋底板下游齿墙垂直段下游段13.901.000.0720.0810.081坝袋底板下游齿墙水平段12.70000.800.0630.0700.0700.088消力池水平段13.901.002.506.500.2910.3260.3260.050消力池垂直段13.902.500.1820.2040.324出水段齿墙水平段11.40000.500.0440.0490.0980.196出口段12.801.400.4950.5540.3850.275∑5.3666.0006.000

图3 水力坡降等值线图

由计算结果分析，渗流出口处的水力坡降值为0.260，闸基出口土的水力坡降值为0.280，与改进阻力系数法计算结果0.275接近，则坝基出口允许坡降满足地基渗透稳定要求。

5 结论

采用渗径长度计算法、改进阻力系数法和有限单元法数值模拟(Autobank)，计算分析六安市淠河橡胶坝(中坝)工程坝基渗流结果，均满足规范要求。现场检查以及底板与坝基结合部检测检验结果亦表明，土建工程运行状况良好，橡胶坝工程未出现绕坝或接触渗透，橡胶坝渗流性态是安全的。

综上所述，土质闸基渗流计算有理论计算法、近似计算法和电模拟试验法，改进阻力系数法和流网法是近似计算法中常用的方法，也是规范中推荐采用的方法。有限单元流网法，需要按规定的原则应用计算机绘图才能得到较好的结果。对于复杂土基上的重要水闸，应采用数值计算法求解更为准确。

172项节水供水重大水利工程规划设计技术讨论会在京召开

本站讯 2018年11月6日至7日，水利部水利水电规划设计总院在北京组织召开了172项节水供水重大水利工程规划设计技术讨论会。会议的主要任务是交流重大水利工程规划设计实践成果，总结重大水利工程规划设计的成功经验，查找问题,以更好地指导今后的勘测设计工作，服务好“水利工程补短板、水利行业强监管”的工作总基调。

水利部叶建春副部长出席会议并作讲话。叶建春指出，水利规划勘测设计工作责任重大，推进172项重大水利工程是党中央深刻认识我国基本国情水情作出的重要战略部署，是水利部当前的重大政治任务。叶建春充分肯定了水利水电规划设计总院和各参建勘测设计单位为172项重大水利工程的顺利推进作出的重要贡献，同时指出了水利工程规划设计工作存在的问题，要求勘测设计单位要深入学习领会习近平总书记提出的十六字治水方针，围绕水利部党组关于“水利工程补短板、水利行业强监管”工作总基调，聚焦京津冀协同发展、长江经济带发展、推进乡村振兴、打赢脱贫攻坚战等国家重大战略，在规划编制、战略研究、重大基础技术工作、技术审查和行业管理等工作中，要坚持问题导向，进一步转变勘测设计工作理念，确保勘测设计工作质量。

叶建春强调，水利水电规划设计总院要按照水利部的统一部署，充分发挥技术优势，与项目有关方有效对接，加强技术帮扶，提前介入技术指导，优先安排项目审查，统筹做好项目前期各项工作。

中国工程院院士钟登华教授，中国科学院院士陈祖煜教授、倪晋仁教授等在大会作了专题报告。

水利部有关司局，水利、水电系统60余家设计单位的领导、代表及部分论文作者，共计300余人参加了会议。会议为63篇优秀论文作者颁发了证书，为9家优秀组织单位颁发了奖牌。会议组织了勘测设计和规划环境两个分会场，有30余篇优秀论文在会上进行了交流。

(水规总院网站)