西藏湘河水利樞紐大壩防滲措施研究

彭 暢，孫 宇，徐成軍

（南京水利科學研究院江蘇科興項目管理有限公司，南京 210029）

1 工程概況

西藏湘河水利樞紐水庫總庫容1.134 億m3，大壩為瀝青混凝土心墻磚礫石壩，最大壩高51.0 m，電站裝機40 MW。樞紐建筑物由防滲心墻砂礫石壩、導流兼泄洪洞、溢洪洞、灌溉引水隧洞及電站廠房等組成。大壩防浪墻頂高程4 105.2 m，壩頂面高程為4 104.00 m，壩頂軸線長571.00 m，頂寬8 m。

2 大壩防滲措施

2.1 防滲目標

壩基防滲控制指標為滲漏量和滲透比降，基巖防滲控制標準主要為透水率。根據有關標準，并結合國內有關工程對壩基滲漏量的控制標準確定允許滲漏量。國內有關工程對壩基滲漏量的控制標準一般為多年平均徑流量的1%～3%。冶勒水電站大壩防滲標準控制滲漏量為河道多年平均流量的1%，太平驛電站防滲控制標準為多年平均流量的0.2%。考慮湘河水庫工程地質條件復雜，工程重要性等因素，壩基滲漏量設計采用的控制標準為不大于多年平均徑流量的1%，壩址處多年平均流量為58.3 m3/s，即不大于0.583 m3/s。

2.2 防滲措施

（1）防滲墻布置及墻體嵌巖深度。防滲墻上部通過混凝土基座與瀝青混凝土心墻相接，下部與基巖接觸部位應使墻體有一定的嵌入深度，以避免由于墻體末端與基巖之間接觸不好而形成的集中滲漏。國內小浪底、下坂地、旁多等工程防滲墻嵌入基巖深度均在1 m。因此，本工程嵌入深度選定為1 m，防滲墻最大深度為139.2 m，對于局部強風化基巖采用帷幕灌漿。

（2）墻體材料。防滲墻墻體材料按強度和彈性模量分常規混凝土和塑性混凝土兩種。參考其他工程經驗以及施工因素，確定防滲墻采用常規C30混凝土。墻體材料抗壓強度不小于14.3 MPa。

（3）墻厚。根據應力應變分析和結合類比本工程混凝土防滲墻深度、承受的水頭及國內外類似工程經驗，混凝土防滲墻厚度取1 m。

（4）基巖帷幕灌漿設計。對于兩岸基巖及壩基覆蓋層下基巖采取帷幕灌漿措施，深入基巖5 Lu線以下5 m。兩岸基巖灌漿帷幕布置一排，孔距1.5 m，灌漿范圍至正常蓄水位與基巖5 Lu 線或于地下水位交匯處（取大值），左、右岸灌漿范圍壩肩以外長度分別為58、63 m，帷幕深度13～60 m；灌漿洞為城門洞型，橫斷面尺寸為3 m×4.0 m（寬×高），采用鋼筋混凝土襯砌，并采用錨噴支護。防滲墻下灌漿帷幕通過防滲墻內預埋鋼管進行，鋼管直徑100 mm。帷幕布置一排，孔距均為1.5 m。

3 防滲效果分析

3.1 計算方法

根據水庫情況采用典型斷面（0+200、0+336、0+500），建立設計洪水位條件下的壩體、壩基二維穩定滲流數值模型。計算模型概化見圖1，本次采用GMS 軟件中的seep2d 模塊進行滲流計算。計算模型中底部隔水邊界取至微新巖體面以下約50 m，高程為3876 m。模型上、下游水位取設計洪水位和對應的尾水水位值，庫水淹沒邊界性質考慮為定水頭邊界，模型底邊界為隔水邊界。

圖1 計算模型

3.2 計算參數及方案

壩體分區參數見表1，計算方案見表2。

表1 瀝青混凝土心墻壩和壩基滲流參數分區概化及取值 cm/s

表2 瀝青混凝土心墻壩滲流計算方案

3.3 計算結果分析

不同方案計算結果見表3。方案F1 中設計洪水位條件下上、下游水位差40.43 m，壩基防滲為封閉式混凝土防滲墻，墻底進入微新巖體約1.0 m，深度134 m。該方案計算結果顯示：心墻上游面水位接近上游水位值，為4 097.16 m；心墻下游面自由面高程降至4 058.2 m，僅比下游水位4 055.93 m稍高，下游壩坡無出逸，下游壩坡腳河床覆蓋層水平出逸比降小于0.05，垂直出逸比降小于0.05。根據滲透試驗成果，壩基河床覆蓋層臨界比降平均值為0.6，壩體、壩基滿足滲透穩定要求。方案F1中壩基封閉式混凝土防滲墻與壩體瀝青混凝土心墻形成了一個完整的防滲體，壩體防滲心墻承擔了96%的水頭壓力，壩坡無出逸，壩基覆蓋層滿足滲透穩定要求。方案F2～F8與方案F1相比，河床覆蓋層未被防滲墻截斷的對應厚度分別約為11.5、31.5、51.5、71.5、91.5、111.5、131.5 m，其他條件均相同。

表3 不同方案計算結果

3.4 防滲墻厚度對大壩滲流的影響

隨著防滲墻深度的變化，各方案中單寬流量比較見圖2，各方案中壩體心墻下游側壩體水位比較見圖3。

圖2 單寬流量隨防滲墻深度變化

0+200剖面防滲墻全封閉設計洪水位條件下滲流計算成果見表4，滲流場等勢線分布見圖3。0+200剖面在設計洪水位條件下上、下游水位差45.54 m，壩基防滲為封閉式混凝土防滲墻，墻底進入微新巖體。滲流計算結果顯示：心墻上游面水位接近上游水位值，為4 101.47 m；心墻下游面自由面高程降至4 056.1 m，僅比下游水位4 055.93 m稍高，下游壩坡無出逸，下游壩坡腳河床覆蓋層水平出逸比降小于0.01，垂直出逸比降小于0.01。壩基河床覆蓋層臨界比降平均值為0.6，壩體、壩基滿足滲透穩定要求。壩基封閉式混凝土防滲墻與壩體瀝青混凝土心墻形成了一個完整的防滲體，壩體防滲心墻承擔了99%的水頭壓力，壩坡無出逸，壩基覆蓋層滿足滲透穩定要求。壩體、壩基單寬滲漏量為0.88 m2/d。

圖3 心墻下游側水位隨防滲墻深度變化

0+500剖面防滲墻全封閉設計洪水位條件下滲流計算成果見表4。結果顯示：心墻上游面水位接近上游水位值，為4 101.47 m；心墻下游面自由面高程僅比下游排水溝水位稍高，下游壩坡無出逸，下游壩坡腳河床覆蓋層水平出逸比降小于0.01，垂直出逸比降為0.03。壩基河床覆蓋層臨界比降平均值為0.6，壩體壩基滿足滲透穩定要求。壩基封閉式混凝土防滲墻與壩體瀝青混凝土心墻形成了一個完整的防滲體，壩體防滲心墻承擔了98%的水頭壓力，壩坡無出逸，壩基覆蓋層滿足滲透穩定要求。壩體壩基單寬滲漏量為0.70 m2/d。

表4 計算成果表

圖4 覆蓋層出逸比降隨防滲墻深度變化

4 結論

大壩最大斷面0+200處單寬滲漏量為0.88 m2/d，0+500 處單寬滲漏量0.70 m2/d，水庫年平均滲漏量16.5 萬m3，占年平均徑流量18.39 億m3的0.009%，滿足要求；壩后出逸比降均位于壩基面以下，均小于壩基覆蓋層臨界比降0.5，滲透穩定滿足要求。滲流場分布及比降、流量統計結果分析表明：當壩基防滲墻不封閉至5 Lu 線以下時（采用懸掛帷幕時），由于河床覆蓋層滲透性很強，壩基繞滲非常顯著，隨著防滲墻深度的縮短，單寬流量顯著增大，壩體防滲心墻下游側自由面顯著升高，下游壩坡出現出逸，并且出逸高度隨著防滲墻深度的縮短而逐漸升高，壩坡、壩基出逸比降也逐漸增大，滲透穩定性顯著降低。