烏二水電站左壩肩繞壩滲流計(jì)算及處理措施

張慧麗

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概述

庫(kù)爾濱河發(fā)源于小興安嶺北部，為黑龍江右岸一級(jí)支流，由南向北流經(jīng)遜克縣全境，遜克縣與俄羅斯僅一江之隔，為國(guó)家一類口岸，面積1.7萬(wàn)km2，人口12萬(wàn)。庫(kù)爾濱河干流水能資源非常豐富，可梯級(jí)開(kāi)發(fā)建設(shè)11座中小型水電站，已建成3座水電站。烏宋崗(烏二)水電站是規(guī)劃開(kāi)發(fā)中的第10級(jí)水電站，位于遜克縣寶山鄉(xiāng)境內(nèi)治南村東北方向3 km處，壩址以上控制流域面積4 455 km2，工程建設(shè)任務(wù)主要是發(fā)電。電站設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量10.5 MW。項(xiàng)目工程主要技術(shù)指標(biāo):設(shè)計(jì)洪水位172 m，正常蓄水位172 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容290萬(wàn) m3，總庫(kù)容4 730萬(wàn) m3，年平均發(fā)電量3 566 kM。

烏二水電站為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，主要通過(guò)大壩攔蓄調(diào)節(jié)徑流和壅高水位，為中型水庫(kù)，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核。根據(jù)工程選定方案的樞紐布置，為使溢流壩泄洪時(shí)不危及大壩及整個(gè)工程的安全，消能防沖設(shè)施的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與整個(gè)工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)相同[1]。

水電站裝機(jī)容量為10.5 MW，工程等別為Ⅳ等，電站廠房為4級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，100 a一遇洪水校核。壩址地層由卵石、級(jí)配不良細(xì)礫、含砂低液限粉土、卵石混合土和級(jí)配不良細(xì)礫組成，厚度7.0 m左右。左岸為玄武巖塊石，下部的碎石混合土層厚度自臺(tái)面區(qū)向漫灘區(qū)向粉土質(zhì)砂過(guò)渡。右岸及河床部基底由華力西晚期花崗巖組成。鉆探揭露破碎帶4條，規(guī)模較大的有3條，寬度5.0～8.1 m。左壩肩滲漏量大，右壩肩巖體穩(wěn)定性較好，河床部第四系砂礫石層及強(qiáng)風(fēng)化層應(yīng)清除，破碎帶規(guī)模較大，對(duì)壩基穩(wěn)定不利。

2 繞壩滲漏

繞壩滲漏又稱壩肩滲漏，是指水庫(kù)蓄水后，由于上下游水頭差，使庫(kù)水沿壩兩岸巖石的孔隙、裂隙、溶洞、斷層等向壩下游的滲漏。繞壩滲漏是水庫(kù)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一，嚴(yán)重的滲漏將影響水庫(kù)效益，威脅壩址區(qū)安全。因此繞壩滲漏量的計(jì)算及滲透穩(wěn)定評(píng)價(jià)顯得尤為重要。

3 繞壩滲漏計(jì)算

繞壩滲漏計(jì)算是在滲流理論的基礎(chǔ)上發(fā)展的，常采用半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法，將岸坡繞壩滲流簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的若干斷面滲流進(jìn)行計(jì)算，在岸坡上繪出若干條流線，流線上的單寬滲流量為:

則繞壩總滲流量為:式中:bi為第i條流線與第i－1條流線之間距離，m;qi為第i條流線上的單寬滲流量，m2/s;k為滲透系數(shù)，cm/s;li為第i條流線在岸坡上順?biāo)鞣较蚓嚯x，m;H為上游至不透水層水頭，m;h為下游至不透水層水頭，m;Q為岸坡繞壩總滲流量，m3。

根據(jù)以上公式對(duì)左壩肩在防滲處理后岸坡繞壩滲流分析計(jì)算，左壩肩繞壩年滲流量為10.7×104m3[2]。

4 壩肩處理

左壩肩表層由玄武巖塊石、玄武巖組成，深層為花崗巖，兩層巖石之間有一碎石混合土軟弱夾層。玄武巖塊石為極強(qiáng)透水，玄武巖以中等透水為主，碎石混合土以中等透水為主，花崗巖為中等透水為主[3]。由于碎石混合土軟弱夾層，不能滿足重力壩承載力要求，針對(duì)此段壩肩基礎(chǔ)處理進(jìn)行了3種方案比較。

方案Ⅰ為清除壩下全部碎石混合土，重力壩直接坐落于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上，左壩肩側(cè)向防滲采用柱列式混凝土防滲墻。

方案Ⅱ?yàn)榍宄龎蜗氯克槭旌贤粒亓沃苯幼溆趶?qiáng)風(fēng)化花崗巖上，根據(jù)地基的實(shí)際情況，分別采用不同的防滲形式，對(duì)開(kāi)挖回填部分、碎石混合土夾層和全風(fēng)化花崗巖，采用高壓噴射灌漿;對(duì)表層玄武巖塊石，采用低壓高濃度砂漿;對(duì)強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖石，采用帷幕灌漿。

方案Ⅲ為通過(guò)開(kāi)挖較陡的邊坡，使最左端的兩段壩體不直接坐落在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上，以減少工程量。左壩肩側(cè)向防滲根據(jù)地基的實(shí)際情況，分別采用不同的防滲形式，對(duì)表層玄武巖塊石，采用低壓高濃度砂漿;對(duì)碎石混合土夾層和全風(fēng)化花崗巖，采用高壓噴射灌漿;對(duì)強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖石，采用帷幕灌漿。

通過(guò)列表對(duì)上述3個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，詳見(jiàn)表1。

表1 左壩肩基礎(chǔ)處理方案比較表

通過(guò)比較上述3個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)，方案Ⅰ雖然工程量大，造價(jià)高，但是便于施工，工程質(zhì)量有保證。因此設(shè)計(jì)采用方案Ⅱ，即清除壩下全部碎石混合土，重力壩直接坐落于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上，左壩肩側(cè)向防滲采用柱列式混凝土防滲墻加帷幕灌漿方案，施工時(shí)在柱列式混凝土防滲墻中預(yù)埋鋼管，然后再施工基礎(chǔ)帷幕灌漿。柱列式混凝土防滲墻平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 柱列式混凝土防滲墻平面布置圖

5 結(jié)論

根據(jù)滲流計(jì)算，左壩肩滲流量總體不大，隨著距離壩肩增加，滲徑加長(zhǎng)，滲漏量逐漸減少。而滲透比降在壩肩至60 m范圍內(nèi)分別為0.184、0.158、0.140、0.125、0.114、0.104和0.095。綜合考慮滲漏量和滲透穩(wěn)定等因素，左壩肩防滲布置長(zhǎng)度采用50 m時(shí)，壩肩單寬滲漏量減少57%，壩基滲透比降為0.1，因此確定左壩肩防滲布置采用50m長(zhǎng)柱列式混凝土防滲墻。為了便于施工，在左壩肩壩頂高程處開(kāi)挖寬8 m，長(zhǎng)55 m的施工平臺(tái)，并于左壩肩防滲處理結(jié)束后回填。

[1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省遜克縣庫(kù)爾濱河十級(jí)烏二水電站工程初步設(shè)計(jì)[R].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011.

[2]索麗生，劉寧.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京:中國(guó)水利水電出版社，2011:65－71.

[3]水利電力部第五工程局.土壩設(shè)計(jì)[M].北京:水利電力出版社，1978:91－93.