某水利枢纽泄洪闸段防渗墙设置深度探讨

李　坡

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥　230000)

某水利枢纽泄洪闸段防渗墙设置深度探讨

李坡

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥230000)

摘要:针对某水利枢纽泄洪闸段防渗体系中防渗墙深度的设置方案，采用SEEP/W软件对闸基进行了渗流稳定分析。结果表明，为了保证工程的安全性，防渗墙还是应深入到基岩。

关键词:SEEP/W；防渗墙深度；闸基；渗流稳定

0引言

渗漏及渗透稳定性问题一直是覆盖层上建设闸坝过程中极其重要的工程地质问题。工程建设前，若不能选择正确的防渗措施和进行正确的渗流稳定分析，将对工程的安全可靠性产生不利影响。在水闸覆盖层垂直防渗工程中，闸基上游设置防渗墙是一种经济、有效的防渗措施。从工程的安全性和经济性方面考虑，本文对某水利枢纽工程泄洪闸段不同深度的防渗墙设置方案进行了渗流稳定分析，针对该工程的特点，确定了合适的防渗墙设置深度，分析计算结果为该工程提供了合理可靠的依据，并可对以后类似的工程提供参考。

1工程概况

某水利枢纽工程电站为河床式水电站，坝址以上集水面积13810km2，多年年平均流量453m3/s。工程主要建筑物有泄洪闸、河床式电站厂房、船闸上、两岸接头建筑物等。

泄洪闸位于河床的中部，基础置于砂砾卵石、含泥砂砾卵石上，由上游护底、混凝土防渗墙、上游铺盖、闸室、消力池、护坦、海漫和抛石防冲槽等组成。整个闸段共25孔，每孔净宽12.00m，总净宽300.00m，闸段总长375.90m，闸室顺水流方向长25m。闸址基础采用封闭式C20W6混凝土防渗墙防渗，防渗墙位于铺盖上游侧，厚0.8m,右侧与发电厂房进水口上游左导墙连接，左岸与挡水坝体防渗墙相接，共同形成枢纽的防渗系统。

河床覆盖层主要为深厚的第四系冲洪积砂砾卵石和含泥砂砾卵石等, 上部砂砾卵石厚约15m～46m，下部含泥砂砾卵石厚约6m～24m，基岩为含砾晶屑凝灰岩。

本工程中，泄洪闸段防渗墙的设计方案为墙底嵌入基岩内0.50m，为了论证该方案的可行性，本文对闸基进行了渗流稳定分析。同时，为了探讨采用悬挂式防渗墙的方案对本工程是否适用，也对防渗墙深入含泥砂砾卵石不同深度的方案进行了对比分析。

2防渗墙深入基岩渗流稳定分析

闸基渗流出口处和沿底板与地基土的接触面通常最容易发生渗流变形，进行闸基防渗布置时必须保证渗流出口段和沿闸基底板底面水平段的渗流坡降不得超过其允许值。本文将从以上方面先对防渗墙深入基岩的设计方案进行分析。

2.1工况及边界条件

计算选取的工况为最不利工况(上游水位为正常蓄水位7.00m，下游水位为最低潮水位-2.38m)。

本防渗体系中，上游铺盖及闸底板都是相对不透水的，基岩为相对不透水层，定义为不透水边界；下游消力池因设有排水孔，定义为透水边界。

2.2材料参数

根据该水利枢纽的地质勘察报告，材料参数如表1所列。

表1　渗流场计算材料参数

2.3模型建立及网格划分

图1　闸基剖面网格模型图

本次计算采用GeoStudio 2004中的渗流稳定分析软件SEEP/W进行有限元计算。泄洪闸3号闸室底部含泥砂砾卵石覆盖层深度最深，基岩埋深最大，因此选取该断面为典型断面进行计算分析。模型采用4节点和3节点平面单元进行网格划分，网格模型如图1所示。

2.4计算成果

闸基的总水头等势线及渗透坡降等值线如图2、图3所示。

渗流稳定计算结果如表2所列。

表2　闸基主要部位渗透坡降表

2.5成果分析

计算结果表明，防渗墙底部局部区域渗透坡降最大，并向四周迅速减小，至闸室底板底面水平段和渗流出口段，渗透坡降小于允许值。因此，该设计方案能够满足闸基的渗透稳定要求。此外，该枢纽水电站机组流量为924m3/s，相当于其上游某水电站机组流量1227m3/s的75%，存在较大幅度的弃水。经计算，通过闸基的单宽渗流量为0.081m3/d。可见，水的渗漏量对水电站水量利用的影响也比较小。

3不同防渗墙深度的渗流稳定对比分析

上述分析已表明原防渗墙深度设计方案能够满足闸基的渗透稳定要求，但从工程的施工和经济性方面考虑，若减小防渗墙深度仍能够满足渗透稳定要求，不仅可以减小工程成本，还可以降低施工难度、缩短工期，从而提高整个工程的效益。因此，为了探讨不同深度的防渗墙设置方案是否也满足闸基的渗透稳定要求，本文对防渗墙分别嵌入含泥砂砾卵石1m、5m、10m的悬挂式防渗墙方案也进行了分析比较。计算结果如表3所列。

表3　不同防渗墙深度计算结果表

由表3可见：①3种方案下水平段和出口段的渗透坡降小于允许值，均满足渗透稳定要求。②各部位的渗透坡降均随着防渗墙深度的增加而减小。③防渗墙底部的渗透坡降值较大，防渗墙嵌入含泥砂砾卵石10m时，其底部的渗透坡降仍然远大于允许值，可能对该处的覆盖层造成渗透破坏。

经计算，3种方案下闸基的单宽渗流量分别为6.78m3/d、4.89m3/d、3.78m3/d，比防渗墙嵌入基岩时大2个数量级，水的渗漏量比较大，对电站用水造成一定影响。

4结论

由该水利枢纽泄洪闸段的渗流稳定分析可以得出结论如下：①闸基上游设置防渗墙能显著减小闸基渗透流量，降低渗透坡降，增强闸基础的抗渗性能，改善渗透稳定性，提高闸的整体防渗性能，从而有效的保证闸基覆盖层和下游出逸区的渗流稳定。②防渗墙未完全封闭覆盖层时，闸基水平段和出口段渗透坡降也有可能满足要求。但防渗墙的底部渗透坡降较大，此时还应考虑该处是否满足覆盖层的渗透稳定要求。若不满足要求，则防渗墙应深入到基岩以保证渗透稳定性；若满足要求，在保证闸基渗透稳定的前提下，则可以适当优化减小防渗墙深度以减小工程成本、降低施工难度、缩短施工工期，从而提高整个工程的效益。③本工程中，若采用悬挂式防渗墙方案，防渗墙底部的渗透坡降大于覆盖层的允许坡降，可能使覆盖层发生渗透破坏。因此，悬挂式防渗墙对本工程不适用，还是应采用防渗墙底部嵌入基岩内0.5m的设计方案。

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(责任编辑胡进)

Discussion on layout depth of cutoff wall of sluice in one hydro-junction

LI Po

(Anhui Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power, Hefei 230000，China)

Abstract:This paper analyzes the seepage stability of sluice foundation according to the layout depth of cutoff wall in the anti-seepage system of one hydro-junction by SEEP/W software. The results indicate that the cutoff wall should be embedded into impervious layer to ensure the safety of the project.

Key words:SEEP/W;depth of cutoff wall; sluice foundation; seepage stability

收稿日期：2016-02-29；修回日期：2016-03-12

作者简介：李坡(1983-)，男，安徽萧县人，主要从事水工结构设计。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.007

中图分类号：U641

文献标识码：A

文章编号：1671-6221(2016)02-0024-04