西藏湘河水利枢纽大坝防渗措施研究

彭 畅，孙 宇，徐成军

（南京水利科学研究院江苏科兴项目管理有限公司，南京 210029）

1 工程概况

西藏湘河水利枢纽水库总库容1.134 亿m3，大坝为沥青混凝土心墙砖砾石坝，最大坝高51.0 m，电站装机40 MW。枢纽建筑物由防渗心墙砂砾石坝、导流兼泄洪洞、溢洪洞、灌溉引水隧洞及电站厂房等组成。大坝防浪墙顶高程4 105.2 m，坝顶面高程为4 104.00 m，坝顶轴线长571.00 m，顶宽8 m。

2 大坝防渗措施

2.1 防渗目标

坝基防渗控制指标为渗漏量和渗透比降，基岩防渗控制标准主要为透水率。根据有关标准，并结合国内有关工程对坝基渗漏量的控制标准确定允许渗漏量。国内有关工程对坝基渗漏量的控制标准一般为多年平均径流量的1%～3%。冶勒水电站大坝防渗标准控制渗漏量为河道多年平均流量的1%，太平驿电站防渗控制标准为多年平均流量的0.2%。考虑湘河水库工程地质条件复杂，工程重要性等因素，坝基渗漏量设计采用的控制标准为不大于多年平均径流量的1%，坝址处多年平均流量为58.3 m3/s，即不大于0.583 m3/s。

2.2 防渗措施

（1）防渗墙布置及墙体嵌岩深度。防渗墙上部通过混凝土基座与沥青混凝土心墙相接，下部与基岩接触部位应使墙体有一定的嵌入深度，以避免由于墙体末端与基岩之间接触不好而形成的集中渗漏。国内小浪底、下坂地、旁多等工程防渗墙嵌入基岩深度均在1 m。因此，本工程嵌入深度选定为1 m，防渗墙最大深度为139.2 m，对于局部强风化基岩采用帷幕灌浆。

（2）墙体材料。防渗墙墙体材料按强度和弹性模量分常规混凝土和塑性混凝土两种。参考其他工程经验以及施工因素，确定防渗墙采用常规C30混凝土。墙体材料抗压强度不小于14.3 MPa。

（3）墙厚。根据应力应变分析和结合类比本工程混凝土防渗墙深度、承受的水头及国内外类似工程经验，混凝土防渗墙厚度取1 m。

（4）基岩帷幕灌浆设计。对于两岸基岩及坝基覆盖层下基岩采取帷幕灌浆措施，深入基岩5 Lu线以下5 m。两岸基岩灌浆帷幕布置一排，孔距1.5 m，灌浆范围至正常蓄水位与基岩5 Lu 线或于地下水位交汇处（取大值），左、右岸灌浆范围坝肩以外长度分别为58、63 m，帷幕深度13～60 m；灌浆洞为城门洞型，横断面尺寸为3 m×4.0 m（宽×高），采用钢筋混凝土衬砌，并采用锚喷支护。防渗墙下灌浆帷幕通过防渗墙内预埋钢管进行，钢管直径100 mm。帷幕布置一排，孔距均为1.5 m。

3 防渗效果分析

3.1 计算方法

根据水库情况采用典型断面（0+200、0+336、0+500），建立设计洪水位条件下的坝体、坝基二维稳定渗流数值模型。计算模型概化见图1，本次采用GMS 软件中的seep2d 模块进行渗流计算。计算模型中底部隔水边界取至微新岩体面以下约50 m，高程为3876 m。模型上、下游水位取设计洪水位和对应的尾水水位值，库水淹没边界性质考虑为定水头边界，模型底边界为隔水边界。

图1 计算模型

3.2 计算参数及方案

坝体分区参数见表1，计算方案见表2。

表1 沥青混凝土心墙坝和坝基渗流参数分区概化及取值 cm/s

表2 沥青混凝土心墙坝渗流计算方案

3.3 计算结果分析

不同方案计算结果见表3。方案F1 中设计洪水位条件下上、下游水位差40.43 m，坝基防渗为封闭式混凝土防渗墙，墙底进入微新岩体约1.0 m，深度134 m。该方案计算结果显示：心墙上游面水位接近上游水位值，为4 097.16 m；心墙下游面自由面高程降至4 058.2 m，仅比下游水位4 055.93 m稍高，下游坝坡无出逸，下游坝坡脚河床覆盖层水平出逸比降小于0.05，垂直出逸比降小于0.05。根据渗透试验成果，坝基河床覆盖层临界比降平均值为0.6，坝体、坝基满足渗透稳定要求。方案F1中坝基封闭式混凝土防渗墙与坝体沥青混凝土心墙形成了一个完整的防渗体，坝体防渗心墙承担了96%的水头压力，坝坡无出逸，坝基覆盖层满足渗透稳定要求。方案F2～F8与方案F1相比，河床覆盖层未被防渗墙截断的对应厚度分别约为11.5、31.5、51.5、71.5、91.5、111.5、131.5 m，其他条件均相同。

表3 不同方案计算结果

3.4 防渗墙厚度对大坝渗流的影响

随着防渗墙深度的变化，各方案中单宽流量比较见图2，各方案中坝体心墙下游侧坝体水位比较见图3。

图2 单宽流量随防渗墙深度变化

0+200剖面防渗墙全封闭设计洪水位条件下渗流计算成果见表4，渗流场等势线分布见图3。0+200剖面在设计洪水位条件下上、下游水位差45.54 m，坝基防渗为封闭式混凝土防渗墙，墙底进入微新岩体。渗流计算结果显示：心墙上游面水位接近上游水位值，为4 101.47 m；心墙下游面自由面高程降至4 056.1 m，仅比下游水位4 055.93 m稍高，下游坝坡无出逸，下游坝坡脚河床覆盖层水平出逸比降小于0.01，垂直出逸比降小于0.01。坝基河床覆盖层临界比降平均值为0.6，坝体、坝基满足渗透稳定要求。坝基封闭式混凝土防渗墙与坝体沥青混凝土心墙形成了一个完整的防渗体，坝体防渗心墙承担了99%的水头压力，坝坡无出逸，坝基覆盖层满足渗透稳定要求。坝体、坝基单宽渗漏量为0.88 m2/d。

图3 心墙下游侧水位随防渗墙深度变化

0+500剖面防渗墙全封闭设计洪水位条件下渗流计算成果见表4。结果显示：心墙上游面水位接近上游水位值，为4 101.47 m；心墙下游面自由面高程仅比下游排水沟水位稍高，下游坝坡无出逸，下游坝坡脚河床覆盖层水平出逸比降小于0.01，垂直出逸比降为0.03。坝基河床覆盖层临界比降平均值为0.6，坝体坝基满足渗透稳定要求。坝基封闭式混凝土防渗墙与坝体沥青混凝土心墙形成了一个完整的防渗体，坝体防渗心墙承担了98%的水头压力，坝坡无出逸，坝基覆盖层满足渗透稳定要求。坝体坝基单宽渗漏量为0.70 m2/d。

表4 计算成果表

图4 覆盖层出逸比降随防渗墙深度变化

4 结论

大坝最大断面0+200处单宽渗漏量为0.88 m2/d，0+500 处单宽渗漏量0.70 m2/d，水库年平均渗漏量16.5 万m3，占年平均径流量18.39 亿m3的0.009%，满足要求；坝后出逸比降均位于坝基面以下，均小于坝基覆盖层临界比降0.5，渗透稳定满足要求。渗流场分布及比降、流量统计结果分析表明：当坝基防渗墙不封闭至5 Lu 线以下时（采用悬挂帷幕时），由于河床覆盖层渗透性很强，坝基绕渗非常显著，随着防渗墙深度的缩短，单宽流量显著增大，坝体防渗心墙下游侧自由面显著升高，下游坝坡出现出逸，并且出逸高度随着防渗墙深度的缩短而逐渐升高，坝坡、坝基出逸比降也逐渐增大，渗透稳定性显著降低。