乌二水电站左坝肩绕坝渗流计算及处理措施

张慧丽

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 工程概述

库尔滨河发源于小兴安岭北部，为黑龙江右岸一级支流，由南向北流经逊克县全境，逊克县与俄罗斯仅一江之隔，为国家一类口岸，面积1.7万km2，人口12万。库尔滨河干流水能资源非常丰富，可梯级开发建设11座中小型水电站，已建成3座水电站。乌宋岗(乌二)水电站是规划开发中的第10级水电站，位于逊克县宝山乡境内治南村东北方向3 km处，坝址以上控制流域面积4 455 km2，工程建设任务主要是发电。电站设计总装机容量10.5 MW。项目工程主要技术指标:设计洪水位172 m，正常蓄水位172 m，调节库容290万 m3，总库容4 730万 m3，年平均发电量3 566 kM。

乌二水电站为日调节水库，主要通过大坝拦蓄调节径流和壅高水位，为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，防洪标准采用50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核。根据工程选定方案的枢纽布置，为使溢流坝泄洪时不危及大坝及整个工程的安全，消能防冲设施的防洪设计标准与整个工程的防洪标准相同[1]。

水电站装机容量为10.5 MW，工程等别为Ⅳ等，电站厂房为4级，防洪标准采用50 a一遇洪水设计，100 a一遇洪水校核。坝址地层由卵石、级配不良细砾、含砂低液限粉土、卵石混合土和级配不良细砾组成，厚度7.0 m左右。左岸为玄武岩块石，下部的碎石混合土层厚度自台面区向漫滩区向粉土质砂过渡。右岸及河床部基底由华力西晚期花岗岩组成。钻探揭露破碎带4条，规模较大的有3条，宽度5.0～8.1 m。左坝肩渗漏量大，右坝肩岩体稳定性较好，河床部第四系砂砾石层及强风化层应清除，破碎带规模较大，对坝基稳定不利。

2 绕坝渗漏

绕坝渗漏又称坝肩渗漏，是指水库蓄水后，由于上下游水头差，使库水沿坝两岸岩石的孔隙、裂隙、溶洞、断层等向坝下游的渗漏。绕坝渗漏是水库的主要工程地质问题之一，严重的渗漏将影响水库效益，威胁坝址区安全。因此绕坝渗漏量的计算及渗透稳定评价显得尤为重要。

3 绕坝渗漏计算

绕坝渗漏计算是在渗流理论的基础上发展的，常采用半经验半理论的方法，将岸坡绕坝渗流简化为简单的若干断面渗流进行计算，在岸坡上绘出若干条流线，流线上的单宽渗流量为:

则绕坝总渗流量为:式中:bi为第i条流线与第i－1条流线之间距离，m;qi为第i条流线上的单宽渗流量，m2/s;k为渗透系数，cm/s;li为第i条流线在岸坡上顺水流方向距离，m;H为上游至不透水层水头，m;h为下游至不透水层水头，m;Q为岸坡绕坝总渗流量，m3。

根据以上公式对左坝肩在防渗处理后岸坡绕坝渗流分析计算，左坝肩绕坝年渗流量为10.7×104m3[2]。

4 坝肩处理

左坝肩表层由玄武岩块石、玄武岩组成，深层为花岗岩，两层岩石之间有一碎石混合土软弱夹层。玄武岩块石为极强透水，玄武岩以中等透水为主，碎石混合土以中等透水为主，花岗岩为中等透水为主[3]。由于碎石混合土软弱夹层，不能满足重力坝承载力要求，针对此段坝肩基础处理进行了3种方案比较。

方案Ⅰ为清除坝下全部碎石混合土，重力坝直接坐落于强风化花岗岩上，左坝肩侧向防渗采用柱列式混凝土防渗墙。

方案Ⅱ为清除坝下全部碎石混合土，重力坝直接坐落于强风化花岗岩上，根据地基的实际情况，分别采用不同的防渗形式，对开挖回填部分、碎石混合土夹层和全风化花岗岩，采用高压喷射灌浆;对表层玄武岩块石，采用低压高浓度砂浆;对强风化和弱风化岩石，采用帷幕灌浆。

方案Ⅲ为通过开挖较陡的边坡，使最左端的两段坝体不直接坐落在强风化花岗岩上，以减少工程量。左坝肩侧向防渗根据地基的实际情况，分别采用不同的防渗形式，对表层玄武岩块石，采用低压高浓度砂浆;对碎石混合土夹层和全风化花岗岩，采用高压喷射灌浆;对强风化和弱风化岩石，采用帷幕灌浆。

通过列表对上述3个方案进行优缺点比较，详见表1。

表1 左坝肩基础处理方案比较表

通过比较上述3个方案优缺点，方案Ⅰ虽然工程量大，造价高，但是便于施工，工程质量有保证。因此设计采用方案Ⅱ，即清除坝下全部碎石混合土，重力坝直接坐落于强风化花岗岩上，左坝肩侧向防渗采用柱列式混凝土防渗墙加帷幕灌浆方案，施工时在柱列式混凝土防渗墙中预埋钢管，然后再施工基础帷幕灌浆。柱列式混凝土防渗墙平面布置图见图1。

图1 柱列式混凝土防渗墙平面布置图

5 结论

根据渗流计算，左坝肩渗流量总体不大，随着距离坝肩增加，渗径加长，渗漏量逐渐减少。而渗透比降在坝肩至60 m范围内分别为0.184、0.158、0.140、0.125、0.114、0.104和0.095。综合考虑渗漏量和渗透稳定等因素，左坝肩防渗布置长度采用50 m时，坝肩单宽渗漏量减少57%，坝基渗透比降为0.1，因此确定左坝肩防渗布置采用50m长柱列式混凝土防渗墙。为了便于施工，在左坝肩坝顶高程处开挖宽8 m，长55 m的施工平台，并于左坝肩防渗处理结束后回填。

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省逊克县库尔滨河十级乌二水电站工程初步设计[R].哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2011.

[2]索丽生，刘宁.水工设计手册[S].北京:中国水利水电出版社，2011:65－71.

[3]水利电力部第五工程局.土坝设计[M].北京:水利电力出版社，1978:91－93.