对某水电站大坝基础防渗处理设计 3页

水力发电第38卷第6期2012年6月某水电玷大坝基础防碜处理设计陈广年(新疆电力设计院，新疆乌鲁木齐830001)摘要：某水电站大坝设计中，根据大坝坝址区的地形、地质特点，进行了大坝基础防渗处理研究。经过详细的论证和综合比较，最终确定，大坝在河床左岸V级阶地采用帷幕灌浆法进行防渗处理，在主河床段采用“墙接幕”的联合防渗处理措施，在河床右岸采用帷幕灌浆措施。关键词：大坝基础；防渗；方案设计SeepageControlDesignforDamFoundationofaHydropowerStationChenGuangnian(XinjiangElectricPowerDesignInstitute，Urumqi830001，Xinjiang，China)Abstract：Accordingtothetopographicalandgeologicalconditionsofadamsite，thedamfoundationseepagecontrolsarestudiedandcomparedduringthedamdesign．Thefinalprogramisdetermined，inwhich，thecurtaingroutingisusedforleft—bankV—levelterracesofdam，theimperviouscoreconnectingwithcurtaingroutingisusedformainriverbedsectionandthecurtaingroutingforright-bankriverbed．KeyWords：dan：foundation；seepagecontrol；design中图分类号：TV223．4文献标识码：B文章编号：0559—9342(2012)06-0022—0315～20m，纵波波速为2900～3300m／s，弱JxL化凝1工程概况及地质条件灰岩饱和状态下抗压强度为45MPa，饱和抗剪强度某水电站工程主要由大坝、导流冲沙洞、发电C=7．=2MPa，=30．5。，变形模量4．5GPa，弹性模量引水隧洞、地面厂房及电站尾水渠组成，工程主要5．5GPa，新鲜岩体纵波波速4400～4500m／s。推测任务为发电，兼顾防洪和灌溉。该水电站大坝最大基岩顶板高程2055～2075m，古河槽底部基岩面高坝高23．0m，坝长150m，总库容为63万In，引水程2042m，据钻孔压水试验，岩体透水率小于5隧洞全长7150m。电站总装机容量42MW，工程Lu的界线在基岩面以下15～20m规模为四等小(1)型。该水电站大坝为混凝土重力(2)河床坝基段(0+045-0+095)：河床河谷呈坝，坝址地质分段评价如下：“U”形谷，谷底宽50m，主要由现代河床和I级阶(1)左岸V级阶地(0+000—0+045)：该段地形地组成，其中0+045～0+060段为I级阶地，阶地面较平坦，阶地宽约200～250In，高于河水面40～50高于河床3～4m，阶地面宽15m，为天然的松树m，地面均为草场，阶地前缘岸坡坡度35。。该段出林；0+060～0+095段为现代河床，河床宽约35m，露地层岩性上部为第四系上更新统洪积低液限粉土，据物探测试河床覆盖层厚度约23m．岩性主要为第厚度1．5～2．5m；中部为第四系上更新统冲洪积砂卵四系全新统冲积砂卵砾石，根据试验资料，砂卵砾砾石，据物探测试其厚度为30～60m，纵波波速为石层表层松散，下部结构中等密实．天然十密度700～11O0m／s，阶地砂卵砾石天然干密度2．152．17g／cm，相对密度0．58～0．64，渗透系数1．2×l0～g／cm，含水率1．8％，相对密度0．62～0．72，结构中2cm／s，属强透水层，饱和抗剪强度C=23．5kPa，等密实，渗透系数2．8x10em／s，属强透水层；下部为石炭系的凝灰岩、砂岩，呈中厚层状．较完整，收稿日期：2011-12—20岩层产状310。SW62。，推测基岩强风化层厚3～5作者简介：陈广年(1981)，男，新疆玛纳斯人，工程师，主m，纵波波速为2100～2300m／s：弱风化层厚度要从事水电工程规划设计工作．n弗．55奄弟0期I水J．q=：呆／J＼吧如八墨目Ⅲ)议1T蚕譬=38．2o，纵波波速1100～1300m／s，未发现不利坝决的问题，针对该水电站不同坝段的地质情况，研基稳定的软弱夹层。下部为石炭系凝灰岩、砂岩，究采用相应的防渗处理方案。呈中厚层状，较完整，岩层产状310。SW62。，推2-2．1可灌性分析测基岩强风化层厚3～5rn，弱风化层厚度15～20m，分析砂砾石地层的可灌性首先应当了解地层的纵波波速2800～3200m／s．弱风化凝灰岩饱和状态组成、性质、紧密程度、胶结情况、不同特性的土下抗压强度为45MPa，饱和抗剪强度C=7．2MPa，层分布、渗透性及颗粒级配等。根据试验室颗粒级=30．5。，变形模量4．5GPa，弹性模量5．5GPa，配曲线，可以用可灌比初步分析地层的可灌性。推测基岩顶板高程2037m。岩体透水率小于5Lu可灌比是砂砾石地层能否接受某种灌浆材料进的界线在基岩面以下15～20m。行有效灌浆的一个参数，通常表示为M=D／d，式(3)右岸坝肩段(0+095～0+150)：岸坡基岩裸中，为可灌比；D。为砂砾石地层中含量为l5％的露，岸坡坡度约40。，出露的地层岩性为石炭系的颗粒粒径，mm；d为灌浆材料中含量为85％的颗凝灰岩、砂岩，呈中厚层状，岩体较完整，岩层产粒的粒径，mm状310。SW62。．推测基岩强风化层厚3～5m，纵一般情况下，当≥1O时可灌注水泥黏土浆：波波速1800～2000m／s；弱风化层厚15～2011，纵当≥15时可以灌注水泥浆。根据颗分曲线，左波波速2800～3000m／s，弱风化凝灰岩饱和状态下岸阶地D15=0．70mm，河床坝基段D0．13mm，普抗压强度为45MPa，饱和抗剪强度C=7．2MPa，qt,=通水泥d85=0．081TIM，黏土d85≤0．02mm，计算得30．5。．变形模量4．5GPa，弹性模量5．5GPa：新鲜左岸阶地=8．75-35，M坝基黏±=1．63～6．5。计算结果表岩体纵波波速4400～4500m／s；推测岩体透水率小明，大坝左岸V级阶地砂砾石具有可灌性．适合灌于5Lu的界线在基岩面以下15～20m。建议基岩临注水泥浆，可采用帷幕灌浆方案；而河床坝基段砂时开挖边坡为1：0．5，允许承载力800kPa。砾石不满足可灌性，不宜采用灌浆法，适合采用混凝土防渗墙方案。2基础防渗处理设计2．2．2左岸V级阶地帷幕灌浆防渗设计2．1防渗处理方案的确定根据左岸V级阶地颗粒级配曲线，可以确定大对于这种修建在覆盖层上的混凝土坝。为减少坝左岸V级阶地可采用帷幕灌浆方案。渗漏量、控制地基基础渗透变形等，一般采用上游(1)灌浆材料。砂砾石地层吸浆量较大，局部水平防渗、垂直防渗和下游排水减压设施等措施控可能串漏，可采用水泥黏土浆液，或者在水泥浆中制坝基渗流。掺膨润土或外加剂，以改善浆液的性能。上游水平防渗措施一般有水平黏土铺盖和铺土(2)灌浆厚度与孔排数。帷幕的排数实际上决工膜等，它可以增加渗径、降低渗透比降，减少渗定了幕体的厚度，当然也能提高密实性，一般情况漏量，但这种防渗措施不能完全截断渗流。它的优下，帷幕的厚度主要是根据幕体内的允许水力坡降点是造价低、施工简单，但当长度超过一定限度时，值来确定的。同时也可按下式作初步估算：日／．，。防渗效果并不明显。式中，日为最大作用水头21．20In：J为帷幕的容许垂直防渗方案一般有黏土截水墙、帷幕灌浆、比降，对一般水泥浆可采用J=6。经计算，帷幕的高压喷射灌浆、混凝土防渗墙等。与水平防渗相比，厚度T=3．53In，实际取4m。参照类似工程。帷幕垂直防渗能够可靠、有效地截断渗流，在不完全封灌浆设3排孔，上、中游排距1．5in，中、下游排距闭透水地基的情况下防渗效率也比水平防渗高。在2．5in．孑L距均为3m。技术可能、经济合理的前提下，应优先采用垂直防(3)灌浆帷幕的深度。帷幕灌浆的作用主要是渗方案。堵塞大的渗漏通道，减小渗透流量，而降低扬压力而下游排水减压设施可减小渗流溢出点的渗透的任务主要由排水完成．因此帷幕灌浆的深度应达压力，防止渗透变形并保护坝基土，但不能起到防到不会产生过大的允许比降。根据相关规范和参照渗的目的，一般作为辅助设施与上游防渗措施共同已建工程，本工程帷幕灌浆深度为基岩5Lu线。使用。2_2．3河床坝基段混凝土防渗墙设计根据坝址的地质情况，以及现场地形条件，研(1)防渗墙的形式。混凝土防渗墙的形式有多究决定大坝基础采用垂直防渗处理方案。种，如桩柱式、槽板式等。不同地层、不同深度其2．2防渗处理设计形式各不相同。对于有漂石孤石的地层或深度较深地基防渗处理是在砂砾石地基上建坝首先要解的砂砾石地层，一般选槽板式。参照国内已建工程，WwterPowerVo1．38No．6囚n并结合本工程地层情况，河床坝基段防渗墙采用槽混凝土防渗墙接帷幕灌浆，河床右岸坝肩采用帷幕孔混凝土防渗墙方案。灌浆防渗处理：为了保证河床左岸、主河床、河床(2)防渗墙的厚度。混凝土防渗墙的厚度根据右岸基础防渗体系的完整、封闭，同时参照国内已允许水力梯度结合工程类比确定。防渗墙厚度6=建工程，本工程防渗墙与帷幕灌浆防渗系统的连接H／L。式中，日为最大作用水头21．201TI；为防渗采用搭接式处理，搭接长度为5m。墙的允许水力梯度，取40。经计算，防渗墙厚度为3结语0．53in．考虑到防渗墙的大坝基础变形应力以及施工因素．经综合研究，防渗墙厚度取0．801TI。考虑到大坝基础的工期以及在工程中的重要性，(3)防渗墙的深度。根据莱茵公式，初步计算针对坝址区的工程地质条件研究分析大坝基础防渗防渗墙深度为22．96m，这与坝址主河床段强弱风化处理方案是十分必要的，该工程由于坝线地质条件层界限一致，考虑到重力坝基础渗透稳定，决定采复杂，大坝基础防渗处理最终采用联合防渗方案，用“墙接幕”的形式，即混凝土防渗墙和墙下帷幕即：河床左岸V级阶地采用帷幕灌浆方案，主河床灌浆相结合。防渗墙深入基岩0．5In，帷幕灌浆深度段采用混凝土防渗墙接帷幕灌浆即“墙接幕”的联为基岩5Lu线。合防渗措施，河床右岸坝肩采用帷幕灌浆防渗处理。2_2．4右岸坝肩帷幕灌浆防渗处理设计通过对不同地质条件采用不同的防渗处理措施，使根据右岸坝肩地质情况分析，右岸坝基防渗处大坝基础防渗设计更加安全、经济、合理。理采用通常的帷幕灌浆方案，设置1排帷幕灌浆孔，参考文献：孑L距2In，灌浆深度按基岩5Lu线控制。2．3防渗系统连接设计[1]高钟璞．大坝基础防渗墙[J]．北京：中国电力出版社，2000．针对本工程坝址复杂的地质情况，河床左岸V[2]SL174—96水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S]．级阶地防渗处理采用帷幕灌浆，主河床坝基段采用(责任编辑常青)℃，；te0tt，一口(上接第18页)的发展规律。同时，也说明本文采用开变形，加剧围岩应力释放，使得集水井上、下游的裂隙概化模型和岩体力学参数是较为合理的。边墙出现应力松弛。其中，缓倾结构面对于围岩的表3多点位移计监测结果与分析结果对比mm应力松弛影响较大．使得下游边墙有零星掉块的可能。增加支护措施后，该洞段上、下游边墙的不利鬻位置时实间测值测值计挖算完值成后(开)地质情况有了显著改善，围岩整体变形形态更加均匀，施工安全性得到保障。计算结果与监测结果的吻合度较为良好，说明本文方法的工程适用性较好。参考文献：[1]RocscienceIncPhase2JointNetworkVerification[R]．Ontario：Roc-scienceInc．，2011．3结语[2]宋彦辉，黄民奇，孙苗．节理网络有限元在倾倒斜坡稳定分析本文采用的方法在分析地下洞群围岩变形破坏中的应用[J]．岩土力学，2011，32(4)：1205—1210．特征和锚杆对岩体的锚固作用时，计算模型与实际[3]BeacherGB，LanneyNA，EinstenHH．Statisticaldescriptionof岩体结构高度一致．可以准确地描述围岩主要变形rockpropertiesandsampling[C]／／Proceedingsofthe18thUSSym—posiumonRockMechanics．Colorado：JohnsonPublishingCompany，特征与失稳机制．对于一些常见的不稳定地质体的1977．支护计算结果也较为合理。为裂隙岩体的稳定性评[4]GoodmanRE，TaylorRL，BrekkeTL．Amodelforthemechanics价和支护结构设计提供了一种有效、合理的分析途ofjointedrock[J]．JournaloftheSoilMechanicsandFoundations，径。对大岗山水电lT程主厂房集水井典型剖面的1968，194(3)：637—659．JFEM分析结果表明，集水井上游边墙主要表现为『5]伍佑伦，王元汉，古德生．锚杆抑制临空结构面扩展的试验研沿陡倾结构面向洞内的剪切滑移变形；下游边墙主究[J]．岩石力学与工程学报，2006，25(S1)：3046—3050．要表现为节理在开挖卸荷过程中发生较大的剪切张(责任编辑杨健)