时间:2024-09-03
陆 欣,黄 维,史 彬
(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,浙江杭州310014)
江边水电站是以发电为主的低闸高水头引水式电站。电站总装机330 MW,最大坝高32.0 m。拦河坝由两孔泄洪闸、一孔冲沙闸及左右岸混凝土重力坝段组成,除部分岸边坝段外,拦河坝基础均置于河床深覆盖层上。
闸址区出露地层主要为二叠系下统甲黄沟群(P1jh)和第四系冲洪积、冲湖积、崩坡积地层。第四系覆盖层(Q4)最大厚度109.2 m。可分为五大层:第①层崩坡积(Q)碎石土;第②层河床冲洪(Q)漂(块)卵(碎)石层,其间夹有②-2层中细砂夹层;第③层冲湖积(Q)砂质粉土,夹有③-1粉质粘土和③-2层粉砂透镜体;第④层冲洪积(Q)卵(碎)砂砾;第⑤层冲洪积(Q卵(碎)石。
根据枢纽布置,除部分岸边坝段外,闸坝基础均置于河床覆盖层上。
坝基础置于第②层下部漂(块)卵(碎)石层上,坝基第②层下部漂(块)卵(碎)石层,不均匀系数为100.4~568.6,渗透系数为7.26×10-2cm/s,属强透水层,室内渗透变形试验分析,漂(块)卵(碎)石层渗透破坏形式为管涌型,建议渗透系数为(5~8)×10-2cm/s,允许坡降为0.10~0.15。
坝基持力层下伏的第③层砂质粉土,渗透破坏形式为流土,抗渗允许坡降为4~5,第③-2层粉砂渗透破坏形式也为流土,抗渗允许坡降为0.5~0.6。
第③层与第②层构成双层结构的地基,第③层砂质粉土平均渗透系数为3.01×10-5cm/s,14组试样平均值为7.4;第③-2层粉砂平均渗透系数为2.50×10-5cm/s,8组试样不均匀系数平均值为1.2;第②层下部漂(块)卵(碎)石层,不均匀系数为100.4~568.6。根据《水利水电工程勘察规范》,接触冲刷和接触流失判别方法:D10/d10分别为82与25,均大于10,D20/d70分别为125与27,均大于7,因此,存在接触冲刷和接触流失问题,地质建议接触冲刷和接触流失允许比降为0.4~0.5。
从以上各岩组渗透变形特征和地层结构特征分析,第②层的管涌、第③层的流土和第③层与第②层接触面的接触冲刷和接触流失问题对闸坝地基渗透稳定影响较大,因此必须采取有效的防渗措施,降低水力坡降。第③-2层粉砂以透镜状分布,外围被抗渗条件较好的砂质粉土包裹,对坝基渗透稳定不构成直接危害,但在防渗墙打穿该透镜体后,其与防渗墙接触面可能产生接触流失。
软基上的闸、坝基础防渗主要有水平防渗、垂直防渗和水平防渗与垂直防渗相结合的方案。第②层漂(块)卵(碎)厚约15~30 m,渗透系数为7.26×10-2cm/s,属强透水层,存在渗漏和渗透稳定问题。漂(块)卵(碎)石层下伏的第③层砂质粉土平均渗透系数为3.01×10-5cm/s,属弱透水性;③-1粉质粘土平均渗透系数为2.95×10-6cm/s,属微透水性;③-2粉砂透镜体平均渗透系数为3.51×10-5cm/s,属弱透水性。可见第③层冲湖积地层总体渗透性弱,以弱透水性为主,为相对隔水层,同时勘探揭示第③层冲湖积地层与坝基两岸弱风化微透水岩体直接相连,且地层厚度大,层位稳定,是较好的天然铺盖,可视为相对隔水层。由于河床覆盖层深达110m,如果采用全封闭式防渗墙将给施工带来非常大的难度,直接影响工程工期并增大投资,施工质量也难以保证。因此,考虑采用防渗墙封闭到第③层砂质粉土层,初步拟定了防渗墙分别插入第③层1 m、5 m和10 m共3个方案。
对初拟的三个方案进行了有限元数值模拟计算,图2为计算典型剖面,计算采用参数见表1。
成果显示,这3个方案基础的渗流量差别较小,防渗墙插入第③层砂质粉土层1 m、5 m和10 m的渗漏量分别为2.96 L/s、2.62 L/s和2.58 L/s,不到枯水期多年平均来流量41.1 m3/s的0.1%,从基础渗漏量来看,3个方案均能满足要求。分析其主要原因,是悬挂式防渗墙底部进入了砂质粉土层,截断了闸基覆盖层中相对隔水层以上的主要渗流通道。计算结果表明,约95%以上的渗透压力势能水头消耗在砂质粉土和防渗墙内。闸坝基底扬压力和接触渗透比降也相应比较小,不会对闸室和挡水坝的安全运行产生影响,为保证少量渗流的排水通畅,在护坦底部设置有反滤排水系统,以保护渗流出口。
表1 基础覆盖层渗透系数和允许比降表Table 1 Permeability coefficient and slope of the overburden
从这3个方案的渗透坡降情况来看,防渗墙插入第③层砂质粉土层1 m方案,砂质粉土层最大渗透坡降约为5.46,大于允许坡降(砂质粉土4~5),该防渗方案不满足渗透稳定要求。
防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m和10 m方案的渗透坡降场相似,砂质粉土层最大渗透坡降分别约为2.57和2.26,满足相应的允许比降值。这两个方案的最大层间坡降均发生在第②层和第③层之间,约为0.22~0.24,层间接触冲刷能够满足。出逸点坡降在0.002以内,其他各土层的坡降值也非常小,均能够满足要求。
根据数值分析成果,防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m和10 m两个方案,渗漏量和渗透坡降均能满足工程要求,考虑到工程经济性,最终选择防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m的作为设计方案。
江边水电站拦河坝基础防渗处理采用了研究后推荐的防渗墙插入第③层砂质粉土层5 m方案。目前电站已完建并蓄水发电,从已有的观测情况看,基础渗漏量很小,基础渗透压力正常,基础防渗系统运行正常,拦河坝基础的防渗措施达到了预期的效果。
参考资料:
[1]九龙河江边水电站可行性研究报告[R].华东勘测设计研究院.
[2]SL265-2001,水闸设计规范[S].
[3]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京:水利水电出版社,2003.
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