印度尼西亚POSOII水电站基础防渗设计

嵇红刚，刘 洋，王 剑

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

POSOⅡ水电站为印度尼西亚共和国中苏拉维西省POSO河流域水电规划 (三级开发)的第二个梯级电站，电站上、下游分别与POSOⅠ、POSOⅢ衔接，采用低闸引水式开发，主要任务是发电。电站一期装机3×65MW，二期拟装机2×90MW。水库正常蓄水位452.00m。

枢纽主要建筑物有:闸坝、右岸取水口、前池、压力钢管、发电厂房、尾水建筑物、开关站。施工期导流采用左岸明渠导流。

首部枢纽建筑物主要布置情况如下:

三孔有闸门控制平底宽顶堰，开敞式泄水闸每孔净宽度8m，闸室底板顶面高程446.50m，闸室顺水流向长度为24.3m，采用整体结构，闸顶高程456.00m。

两孔无闸门控制的曲线型溢流堰分别位于有闸门控制泄水闸的左右侧，每孔宽度12.25m，堰顶高程452.00m，与正常蓄水位一致。

左岸溢洪道由导流明渠改建，后期在明渠底板上修建曲线型溢流堰，堰顶高程452.00m，与正常蓄水位一致，溢流宽度20m。

闸坝下游采用底流消能，河床部位的三孔有闸门泄水闸与两孔无闸门溢流堰末端接消力池，消力池底板顶高程 443.00m，尾坎顶高程 445.65m，宽度41.75～59.00m，长度49.2m。左岸泄流明渠消力池底板顶高程446.50m，宽度20m，长度16.3m。

右岸进水渠前沿设置宽×高为1.5m×1.0m的冲沙槽，将泥沙排向下游。

2 闸址区工程地质条件

通过对闸区覆盖层调查，闸区岸坡及河床覆盖层主要有以下3层:

灰色砾质粉土:砾石粒径一般为1～3cm，少量3～5cm，成分为灰绿色片岩、紫红色硅质岩，含量约占50%～60%，土为灰色粉土，约占40%～50%。

碎石土:碎石粒径6～9cm，成分为紫红色硅质岩、绿片岩，约占15% ～25%，砾石粒径3～5cm及1～2cm，成分同上，约占10%～20%，土为灰色粉土。

块碎石土层:灰色块碎石土层，为全、强风化砂岩，绿片岩及粉砂岩风化后形成，厚度大于10m，干燥时坚硬，遇水后软化、泥化。

闸址覆盖层的物理力学性能建议指标见表1。

表1 闸址区覆盖层物理力学参数建议值

3 闸基渗漏及渗透稳定初步分析

闸址覆盖层由灰色砾质粉土、碎石土、块碎石土层等组成，覆盖层深约30m厚，坝基局部渗透系数K＞10－3cm/s。闸基②层砾质粉土透水性较弱，该层渗透系数约为10－5cm/s，渗漏量很小。闸基渗漏主要沿①层碎石土、③层块碎石土渗漏;闸基③层抗渗强度较低，其允许坡降0.15～0.18，②层砾质粉土与①、③层粗粒土的渗透系数相差了100倍以上，闸坝基础开挖时揭露出其接触面上可能存在接触冲刷或管涌问题。闸基处理措施应结合各层土体的透水性及允许坡降，确保闸基土体的抗渗稳定性。

闸基防渗主要解决两个关键问题:一是渗透流量控制，防止水量的过多损失;二是闸基渗透稳定控制，主要是防止闸基土层发生渗透破坏，保证建筑物的安全。根据碎石土地基特点及控制水头 (上游正常蓄水位452.00m，下游无水443.0m)约9m，采用渗径系数法进行初步计算如下:

式中 L——闸基防渗长度;

H——水头;

［J］——允许渗流坡降，碎石土可取0.2～0.3。

闸坝在正常运用时，上下游最大水头差为9.0m，闸坝基础主要置于碎石土层上，碎石土允许渗流坡降取0.20～0.30时，计算可得所需闸基防渗长度为30～45m。

4 防渗设计

4.1 控制标准

根据《水闸设计规范》 (SL 265—2001)6.0.4“验算闸基抗渗稳定性时，要求水平和出口段的渗流坡降分别小于表6.0.4规定的水平段和出口段允许渗流坡降值”，同时满足地质建议的各层土体允许渗透值。

POSOⅡ水电站闸址覆盖层由灰色砾质粉土、碎石土、块碎石土层等组成，水平段砾质粉土允许渗流坡降为0.45～0.55，出口段砾质粉土允许坡降为0.45～0.55、碎石土允许坡降0.20～0.30、块碎石土允许坡降0.15～0.18。

闸基、两岸渗透稳定渗流量小于枯水期多年平均来水量的1%。

4.2 计算参数选取

闸基二维有限元渗流计算选取的断面为较深厚的覆盖层基础，渗流计算参数见表2。

表2 覆盖层渗流计算取值

4.3 渗流计算

4.3.1 天然工况

根据地质专业提供的地质资料，共选取3个剖面，分析泄洪闸及左、右岸溢流坝段天然工况下稳定渗流期条件下闸室底板及出口段渗流情况。天然工况下典型计算模型如图1所示。

图1 A-A剖面渗流计算模型 (天然工况)(单位:m)

天然工况闸室渗流计算结果见表3，闸基水头等值线典型图如图2所示。

表3 天然工况闸室渗流计算结果

图2 总水头等值线分布典型图 (天然工况)(单位:m)

无防渗设计方案计算结果表明，闸室下游出逸处的计算渗流坡降小于基础覆盖层允许渗透坡降，计算的总渗漏量也小于多年平均枯水期流量的1%，但是各剖面位置基础覆盖层内的渗透坡降最大值为0.58～0.63，主要分布于闸室基础前段，超过覆盖层允许渗透坡降，渗透稳定不满足要求。

4.3.2 有防渗措施

为避免铺盖前部渗流的淘刷和延长渗径，同时为有效阻断铺盖下相对较差地层受渗流的影响，在闸前铺盖前端设置深齿墙。根据类似工程经验，初步拟定水平铺盖长度20m，齿墙深度分别为3m、4m、5m计算分析不同剖面基础的渗透稳定情况。

采取水平防渗措施后闸室渗流计算结果见表4～表6。设齿墙后闸基水头等值线典型图如图3所示。

表4 渗流计算成果 (3m齿槽+20m铺盖方案)

表5 渗流计算成果 (4m齿槽+20m铺盖方案)

表6 渗流计算成果 (5m齿槽+20m铺盖方案)

图3 总水头等值线分布典型图 (5m齿槽+20m铺盖方案)(单位:m)

计算结果表明，20m铺盖+5m齿墙防渗方案的闸室基础覆盖层内和下游渗流出逸处的计算渗流坡降均小于基础覆盖层允许渗透坡降。

5 结语

为避免铺盖前部渗流的淘刷和延长渗径，降低闸室底部渗透坡降，有效阻断铺盖下相对较差地层受渗流的影响，同时结合本工程枢纽布置方案，建议铺盖长度设为20m，并在其前端设5m深齿墙。

另外，根据相关工程经验，建议在闸坝出逸处采取反滤保护，即消力池底板下设置反滤排水措施。建议在闸坝基础局部渗透系数K＞10－3cm/s的部位进行帷幕灌浆。防渗措施施工是隐蔽工程，需在施工过程中加强质量控制。