張?jiān)S平

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

水利水電工程建設(shè)中樞紐區(qū)的滲流控制設(shè)計(jì)是很重要的課題，通過(guò)認(rèn)真合理地分析水工滲流條件，設(shè)計(jì)針對(duì)性的滲流控制措施對(duì)水工建筑物安全可靠運(yùn)行及發(fā)揮工程效益具有重要的意義。本文對(duì)建于深厚覆蓋層之上的澤城混凝土面板堆石壩滲流控制設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，以供其它工程參考。

1 工程概況

澤城西安水電站（二期）樞紐工程位于清漳河干流的山西省左權(quán)縣境內(nèi)，上游距清漳河?xùn)|、西兩源匯合處約4.0 km。樞紐工程主要由擋水壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、發(fā)電引水洞及水電站等建筑物組成。水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容2099萬(wàn)m3，水電站裝機(jī)容量為4×1250 kW。工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用。擋水壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高51.6m，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，樞紐工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。

2 水工滲流條件

本工程庫(kù)區(qū)近壩址右岸因河谷彎道形成河間地塊，河間地塊寬0.8～2.0 km。右岸山體較為單薄，且該處巖體中北東向節(jié)理裂隙較發(fā)育，其走向與庫(kù)岸近垂直，受風(fēng)化和卸荷影響，庫(kù)岸頂部和下部的節(jié)理裂隙均有一定程度的張開(kāi)，向岸坡巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙逐漸趨于閉合，根據(jù)庫(kù)岸巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和壓水試驗(yàn)資料等綜合分析，為裂隙型滲漏，節(jié)理裂隙構(gòu)成庫(kù)水的滲漏通道，水庫(kù)蓄水后該河間地塊存在庫(kù)岸滲漏問(wèn)題，根據(jù)地質(zhì)滲流估算該段單薄山梁滲漏量2607.0 m3/d。

壩址區(qū)壩基地層巖性為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土夾級(jí)配不良砂、級(jí)配不良礫及低液限粉土，厚20～52m，結(jié)構(gòu)松散，為強(qiáng)透水層，而且在壩基連續(xù)分布，為壩基的主要滲漏層；下伏基巖為中等透水性（Lu=10～52），透水層厚度為8.1～34.3m，下部石英砂巖透水率小于10 Lu，屬弱透巖層，壩基總滲漏量為60887.48m3/d，以河底深槽及河谷右半部滲漏較為嚴(yán)重。且水庫(kù)蓄水至正常水位時(shí)，在壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用可產(chǎn)生滲透變形，產(chǎn)生滲透破壞[1]。

左、右壩肩巖體中均發(fā)育有高傾角節(jié)理裂隙，受風(fēng)化和卸荷影響，卸荷帶和過(guò)渡帶中的節(jié)理裂隙均不同程度張開(kāi)，裂隙寬度1～30 mm不等，延伸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，具有一定的滲透性。根據(jù)鉆孔資料揭示，左右壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題。經(jīng)地質(zhì)滲流估算，左壩肩整個(gè)繞壩滲流帶的滲漏量為331.3m3/d，右壩肩整個(gè)繞壩滲流帶的滲漏量為1074.7m3/d。

因此，為減少壩址區(qū)單薄山梁滲漏，防止壩基及壩肩繞壩滲漏而產(chǎn)生的滲透破壞，減少滲漏量，對(duì)壩址區(qū)進(jìn)行了滲流控制設(shè)計(jì)。

3 壩址區(qū)基巖滲流控制設(shè)計(jì)

根據(jù)樞紐布置、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件，為了減少滲漏，使河床段壩基防滲和左右?guī)彀斗罎B形成完整的防滲帷幕線，設(shè)計(jì)沿面板壩趾板中心線至左右岸布置帷幕線，帷幕灌漿線分別在左岸壩肩伸入壩頂向上游延伸300 m，在右岸壩肩伸入壩頂向上游延伸，穿過(guò)溢洪道閘室底部、導(dǎo)流泄洪洞，延伸長(zhǎng)度全長(zhǎng)700m。河床段趾板下帷幕灌漿深入基巖內(nèi)30 m，左右岸坡帷幕深為60～80 m。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）防滲帷幕底部均伸入弱透水層3～5m，壩基及近岸地段基巖透水率小于5Lu控制。壩址區(qū)基巖防滲帷幕布置見(jiàn)圖1。參考國(guó)內(nèi)工程四川紫坪埔水電站帷幕最深達(dá)140m、貴州引子渡水電站帷幕深125m及甘肅九甸峽水電站帷幕深136m均成功采用一次性灌漿完成，本工程整個(gè)帷幕防滲體均采用單排灌漿孔，孔距為2.0 m，灌漿一次完成，不分層。

兩岸壩肩趾板基礎(chǔ)巖體裂隙發(fā)育，在接觸部位滲流易產(chǎn)生接觸沖刷破壞，為提高基礎(chǔ)巖體的抗?jié)B性，改善其物理力學(xué)性能，采用了基礎(chǔ)固結(jié)灌漿加固處理。灌漿孔設(shè)兩排，分別布置于帷幕防滲體上下游，孔深8m，孔距3m。

4 壩基深厚覆蓋層滲流控制設(shè)計(jì)

圖1 壩址區(qū)基巖防滲帷幕布置示意圖

壩基砂卵礫石覆蓋層厚薄分布不均，河床偏左岸發(fā)育基巖深槽，最大深度為52m。砂卵礫石以粗粒土、巨粒土為主，形成結(jié)構(gòu)骨架，細(xì)粒土平均含量小于25%。借鑒工程處理經(jīng)驗(yàn)[2]，根據(jù)壩址區(qū)的特殊條件，壩基覆蓋層防滲采用混凝土防滲墻，防滲墻下設(shè)灌漿帷幕。防滲墻頂部通過(guò)連接板與趾板相接，連接板與趾板和防滲墻之間設(shè)置止水?；炷练罎B墻最大深度52m,墻厚1.0 m，墻底深入基巖5m，防滲墻頂部5m以上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，5m以下采用素混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土防滲墻與連接板和趾板設(shè)計(jì)示意見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土防滲墻與連接板和趾板的設(shè)計(jì)示意圖

5 防滲面板滲流控制設(shè)計(jì)

混凝土面板堆石壩防滲面板滲流控制設(shè)計(jì)分為防滲面板、防滲趾板兩部分，二者通過(guò)連接縫結(jié)合使壩面形成一個(gè)防滲整體。

5.1 防滲面板設(shè)計(jì)

混凝土面板堆石壩滲流控制設(shè)計(jì)中防滲面板的設(shè)計(jì)是最重要的，面板置于堆石壩體的上游壩坡表面，面板及趾板設(shè)計(jì)平面示意圖見(jiàn)圖3。本項(xiàng)目壩址區(qū)河谷狹窄，岸坡陡峻，水庫(kù)蓄水運(yùn)行時(shí)，面板應(yīng)力變形受堆石壩體變形及水壓力等因素的影響，面板應(yīng)力變形計(jì)算顯示[3],面板兩岸部分處于受拉區(qū)，河床中央部分處于受壓區(qū)。為了滿(mǎn)足面板防滲性、耐久性、抗變形性及易施工的要求，面板混凝土采用C25混凝土，二級(jí)配骨料，水灰比小于0.45，抗?jié)B等級(jí)為W8級(jí)，抗凍等級(jí)為F200；面板寬度受壓區(qū)為12m，設(shè)壓性垂直縫13條，左右岸陡坡段寬度為6.0 m，共設(shè)張性垂直縫14條；面板采用單層雙向鋼筋，鋼筋布置在面板截面中部，其中受壓區(qū)配筋率順坡向?yàn)?.4%，水平向?yàn)?.35%，受拉區(qū)配筋率為0.4%；面板厚度依據(jù)規(guī)范規(guī)定計(jì)算確定，隨著水頭的增加而加厚，下部最大厚度為500 mm，頂部厚度為330 mm，中間按直線變化，不同高程處面板厚度采用內(nèi)插值。

圖3 面板及趾板設(shè)計(jì)平面示意圖

5.2 防滲趾板設(shè)計(jì)

混凝土面板壩滲流控制設(shè)計(jì)中，面板周邊趾板的滲流控制設(shè)計(jì)也非常重要，趾板與面板通過(guò)周邊縫銜接，其位置由“X”基準(zhǔn)線控制，按位置分為河床段趾板和岸坡段趾板。

河床段趾板水平布置在河床混合土卵石上，為滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求，其寬度確定為4.0 m，厚度1.0 m，長(zhǎng)度方向每10 m設(shè)伸縮縫以適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻變形；趾板上游設(shè)置垂直防滲墻，防滲墻深入基巖5m，趾板通過(guò)兩塊連接板與防滲墻連接。

岸坡段趾板布置在弱風(fēng)化基巖上，用直徑28mm的HRB335砂漿錨桿與基巖連接，岸坡段趾板寬度確定為5.0 m，厚度1.0 m，在地形變化處或轉(zhuǎn)彎處為適應(yīng)趾板基礎(chǔ)的不均勻沉降設(shè)伸縮縫，以滿(mǎn)足規(guī)范滲透穩(wěn)定及變形要求。

趾板的抗?jié)B性和耐久性與面板要求一致，岸坡段趾板鋼筋布置在頂部，保護(hù)層厚度為10～15cm，為單層雙向鋼筋，各向配筋率為0.3%；河床段趾板鋼筋宜布置于板的中央，為單層雙向鋼筋，各向配筋率為0.4%；靠近周邊縫側(cè)的趾板中設(shè)抗擠壓鋼筋，以防止剝蝕破壞止水周?chē)幕炷痢?/p>

6 接縫滲流控制

混凝土面板壩滲漏原因之一就是面板接縫止水遭到破壞。接縫止水，尤其是周邊縫的止水設(shè)計(jì)對(duì)防止面板滲漏非常重要[4]，其中止水結(jié)構(gòu)、材料選擇和施工工藝至關(guān)重要。已建工程中主要采用金屬止水片與柔性材料不同的結(jié)合形式滿(mǎn)足不同需求的止水要求[5]。本工程接縫主要有防浪墻和趾板的伸縮縫、面板與防浪墻接縫、面板張性垂直縫、面板壓性垂直縫及面板趾板周邊縫5種，其中岸坡段周邊縫和河床段周邊縫結(jié)構(gòu)示意參見(jiàn)圖4，連接板與防滲墻之間周邊縫結(jié)構(gòu)示意參見(jiàn)圖5，面板與防浪墻接縫、防浪墻伸縮縫結(jié)構(gòu)示意圖參見(jiàn)圖6，面板垂直縫分張性垂直縫和壓性垂直縫結(jié)構(gòu)示意圖參見(jiàn)圖7、圖8。所有止水設(shè)計(jì)均采用不同型號(hào)的止水銅片與SR柔性材料組合的止水形式[6]。接縫滲流控制設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)不同接縫、分縫變形的合理估計(jì)，優(yōu)化止水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保了面板整體防滲體系的安全可靠。

圖4 岸坡段趾板伸縮縫、周邊縫止水結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 河床段趾板連接板縫止水結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 防浪墻伸縮縫止水結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 岸坡段垂直縫與周邊縫止水結(jié)構(gòu)示意圖

7 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)澤城西安水電站（二期）工程深厚覆蓋層上混凝土面板堆石壩右岸單薄山梁、左右壩肩及壩基滲流特征，分別對(duì)右岸單薄山梁、左右壩肩設(shè)計(jì)了防滲帷幕滲流控制措施，對(duì)兩岸趾板設(shè)計(jì)了固結(jié)灌漿滲流控制措施，壩基深厚覆蓋層設(shè)計(jì)了混凝土防滲墻，堆石體上游坡面設(shè)計(jì)了鋼筋混凝土面板、趾板，并對(duì)面板、趾板周邊縫、面板與防浪墻接縫、面板張性垂直縫、面板壓性垂直縫、趾板伸縮縫和防浪墻伸縮縫等接縫進(jìn)行了止水滲流控制設(shè)計(jì)。通過(guò)壩址區(qū)系統(tǒng)的滲流控制設(shè)計(jì)，使?jié)沙俏靼不炷撩姘宥咽瘔涡纬赏暾臐B流控制體系，防止了大壩各個(gè)環(huán)節(jié)的滲漏和滲透破壞，減少庫(kù)水滲漏量，取得良好的防滲效果。

圖8 河床段垂直縫與周邊縫止水結(jié)構(gòu)示意圖

[1]計(jì)慶寶．山西省澤城西安水電站大壩壩基滲漏分析［J］．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（3）：184－186．

[2]王清友，孫萬(wàn)功，等．塑形混凝土防滲墻［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2008：18－27．

[3]宋建慶．澤城西安混凝土面板壩三維非線性應(yīng)力變形研究［J］．水利水電技術(shù)，2011（3）：31－34．

[4]賈金生，郝巨濤，等，高混凝土面板堆石壩周邊縫新型止水［J］．水利學(xué)報(bào)，2001（2）：35－38．

[5]閆海琳，韓 峰．混凝土面板堆石壩接縫止水技術(shù)的新進(jìn)展［J］．河南水利與南水北調(diào)，2008（1）：38－39.

[6]范志強(qiáng)．山西省澤城西安水電站（二期）工程面板壩的分縫止水設(shè)計(jì)［J］．山西水利，2014（7）：28－29.