亚布力水库渗流计算及防渗措施

郭 浩

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

亚布力水库是蚂蚁河流域综合治理的控制性骨干工程，其建设任务是以农业灌溉和城镇供水为主，兼顾防洪、改善环境、应急抗旱、森林防火等综合利用。水库总库容9 617×104m3。该工程为中型水库，Ⅲ等工程，永久性主要建筑物拦河坝、溢洪道及引水系统为3级建筑物。设计洪水标准为100 a一遇，校核洪水标准为2 000 a一遇。

1 渗流计算

1.1 渗流计算目的

确定坝身及坝基的渗流量;确定坝身浸润线的位置;计算出逸比降。

1.2 建筑材料及坝基土物理力学指标

计算中土体采用的物理力学指标根据地质勘察报告中土工试验统计表进行选取，见表1。

表1 物理力学指标表

1.3 渗流计算方法

不考虑心墙上游坝壳部分对渗流的影响。对棱体排水，浸润线逸出部分如图1所示，单位长坝身及地基的渗流量q及墙后渗流水深由以下两式联立求解(水力计算手册)。

图1 渗流计算简图

式中:k1为坝基渗透系数，m/s;k2为心墙渗透系数，m/s;k3为堆石体渗透系数，m/s;H1为上游水深，m;H2为下游水深，m;δ0为心墙顶宽，m;δ1为心墙底宽，m;s为浸润线的水平投影长度，m;h为出逸点高度，m。

1.4 渗流计算成果

具体成果见表2。

表2 渗流计算成果表

1.5 绕坝渗流计算

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。

根据以上公式分别对左坝肩和右坝肩在防渗处理后岸坡绕坝渗流分析计算，见表3。其中左坝肩绕坝年渗流量为6 517 m3，右坝肩绕坝年渗流量为5 162 m3，两侧坝肩岸坡绕坝年渗流总量为11 679 m3。

表3 绕坝渗流计算成果表

1.6 总渗流量

通过以上坝体和坝基渗流量及坝肩绕坝渗流量计算，正常蓄水位情况下，坝体和坝基年渗流量为5 497 m3，两侧坝肩岸坡绕坝年渗流总量为11 679 m3，总渗流量为17 176 m3。

2 防渗措施

2.1 坝基防渗措施

根据坝基工程地质条件，坝基防渗处理可以采用两种措施，一种是采用截水槽，对第四系松散层进行大开挖，将沥青混凝土心墙直接坐落在基岩的混凝土盖板上，盖板宽4 m，厚1.0 m，以下接帷幕灌浆;另一种是截渗墙方案，对第四系松散层采用塑性混凝土截渗墙处理，截渗墙进入基岩0.5 m，其下接帷幕灌浆，截渗墙上采用现浇混凝土墙与沥青混凝土心墙连接。现对两种坝基处理方案进行比较，工程量及造价比较结果见表4。

表4 坝基防渗处理比较表

根据表4可看出，两种坝基处理方案造价相差不大。

从施工上分析，两个方案各有优缺点。截水槽适用于机械化施工，利于坝基帷幕灌浆施工，缺点坝基排水量大;截渗墙坝基排水量小，缺点坝基强风化花岗岩造孔施工难度大，而且单价高，帷幕灌浆需要在防渗墙内埋管，且如出现帷幕效果不好无法补灌。从整个工程施工方法上，截渗墙增加一道造孔成墙工序，给施工管理增加负担。

从技术上分析，截水槽方案优于截渗墙。截水槽方案较截渗墙方案少一个连接，对大坝渗漏稳定有利;截水槽方案对大坝开挖出的基坑岩石断层、破碎带的变化有处理方案措施。

综上所述，采用截水槽方案。对第四系松散层进行大开挖，将沥青混凝土心墙直接坐落在基岩的混凝土盖板上，盖板宽4 m，厚1.0 m，以下接帷幕灌浆。帷幕灌浆采用单排，孔距1.0 m。对钻探揭露的2条破碎带处，采取增加两排帷幕灌浆的处理措施。

根据水文计算成果，坝址处多年平均年径流为9 482×104m3，水库总库容为9 617×104m3，《碾压土石坝设计规范》(SL 274—2004)6.3.9条款规定3级及其以下的坝渗透率宜为5～10 Lu，此工程大坝为3级建筑物，考虑水库库容和径流特点，坝基帷幕灌浆取上限10 Lu作为控制标准，即帷幕灌浆底部深入相对不透水层(10 Lu)以下5 m。

2.2 坝肩防渗措施

根据地质勘察报告，左右坝肩边坡稳定性较好，左坝肩岩体为弱透水～中等透水，右坝肩岩体为中等透水，存在绕坝渗流问题，所以为了增加渗径，减少绕坝渗流，对左右坝肩进行帷幕灌浆处理。由于左坝肩地下水位较低，山体较单薄，帷幕灌浆与溢洪道帷幕灌浆相接，形成整体防渗体，右坝肩根据水库正常蓄水位315 m与水库蓄水前岸边地下水位相交并取整，即右坝肩40 m内进行帷幕灌浆处理。

［1］黑龙江省水利水电勘测设计研究院.尚志市蚂蚁河亚布力水库工程初步设计报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2011.

［2］武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室李炜主编.水力计算手册［M］.北京:水利电力出版社，2006.

［3］中华人民共和国水利部.SL 274—2001碾压土石坝设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2004.