王棟良，郎玲芳

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 工程概況

珊溪水庫位于浙江省東南部溫州市境內飛云江干流中游河段，工程建成于2000年。攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高132.50 m，壩頂高程156.80 m。水庫工程正常蓄水位為142 m，相應庫容12.91億m3。工程為I等工程，大壩為1級建筑物，按照7度設防。

珊溪水庫在壩基內埋設了滲壓計，在左右岸山體內布置了地下水位觀測孔，可分析、判斷壩基及兩岸巖體的滲漏情況。隨著水庫的運行，多數(shù)滲壓計已損壞、失效，當前已沒有有效的方法或者途徑對大壩的滲流穩(wěn)定和安全進行評價。兩側山體內部的地下水位觀測孔僅能定性研究兩岸巖體的滲漏情況，無法對大壩滲漏情況作出評價。但大壩的滲流對大壩安全運行影響重大，混凝土面板堆石壩的滲流量大小也是趾板、面板、周邊縫、接縫和基礎防滲等施工質量和運行狀況的綜合反映。

由于壩體內損壞的滲壓計難以恢復，重新埋設新的滲壓計也不現(xiàn)實，在壩體內設置水位觀測孔，采用水力坡降法計算滲漏量，方法復雜、觀測精度差，因此在珊溪水庫大壩壩后設置量水堰是珊溪水庫的必然選擇。

根據(jù)現(xiàn)場地形地質條件以及水庫的運行條件，珊溪水庫工程僅大壩壩后壓坡平臺部位具備布置量水堰的條件。壓坡平臺面積約14 500 m2，地面高程約60 m，現(xiàn)為景觀綠化區(qū)。壓坡體為7～15.5 m厚的人工拋填塊石層，該層壓縮性低、均質性差、局部架空，連續(xù)分布于整個場區(qū)，下部為15～22 m厚的砂卵礫石層，旋噴樁及帷幕灌漿對此類地層適用性差，因此選用防滲墻截斷壩體的滲漏量。

珊溪水庫增設大壩量水堰工程的重點及難點主要為量水堰防滲墻，因此筆者重點對量水堰防滲墻的設計及防滲墻對大壩的影響進行分述。

2 量水堰防滲墻設計

2.1 防滲墻設計原則

圖1 壓坡平臺地質剖面Fig.1 Geological profile of slope platform

珊溪水庫量水堰工程主要包括截斷砂礫石層滲漏的防滲墻、堰渠及相應的觀測設備。防滲墻底部及兩岸需伸入基巖，以阻斷滲漏水流，同時考慮到大壩防滲設計時，已將防滲帷幕延至兩岸山體內與地下水位線相接，且山體相對雄厚，巖體相對較好，為弱～微透水性，一般q≤3 Lu，繞壩滲漏相對較弱，因此防滲墻截斷的主要是來自于壩體和壩基滲漏水。

此外，為了降低施工過程中對壩體的擾動、降低施工難度、減少施工對水庫正常運行的影響并保證量水堰建成后的正常運行，節(jié)省投資，量水堰的布置還需遵循以下原則：（1）防滲墻軸線需盡可能遠離大壩；（2）防滲墻軸線需盡可能避開大塊石集中部位；（3）減少施工期對水庫正常運行的影響，防滲墻施工平臺需高于4臺機組滿發(fā)水位48.38 m；（4）需盡可能縮短防滲墻軸線長度，以減少投資。

2.2 平面布置及剖面設計

量水堰防滲墻布置在大壩下游挖除部分超徑塊石后所形成的施工平臺上，該平臺高程50.00 m。量水堰防滲墻軸線呈直線布置，為了不影響大壩下游壩坡穩(wěn)定和廠房正常發(fā)電，防滲墻軸線盡量向下游移。

量水堰防滲墻墻頂高程48.00 m，墻頂上設2.0 m高的立?，F(xiàn)澆常態(tài)混凝土墻頭，墻頭頂高程50.00 m，墻頭與防滲墻之間采用鍵槽連接，并設銅片止水。防滲墻底伸入基巖1.0 m，兩岸分別插入混凝土岸墻1.0 m，左岸混凝土岸墻長7.03 m，右岸混凝土岸墻長6.54 m，岸墻基礎均置于基巖上。為防止基巖表面因防滲墻造孔造成破碎滲漏，右岸及河床部位防滲墻底部進行孔距2 m、深5 m帷幕灌漿處理；為減少基礎滲漏，左岸防滲墻底部進行孔距2 m、深20 m帷幕灌漿處理。

量水堰防滲墻墻體、墻頭、岸墻混凝土強度等級均為C25。

2.3 混凝土防滲墻設計

混凝土防滲墻設計主要包括防滲墻厚度、墻體材料、墻頭及與兩岸的連接形式等方面的設計，各方面的內容敘述如下。

2.3.1 墻厚

圖2 防滲墻下游面立視圖Fig.2 Vertical view of downstream of cut-off wall

本工程混凝土防滲墻位于大壩下游，防滲墻上、下游水頭差較小，從允許水力梯度考慮，防滲墻厚度較薄，厚度取0.6 m即可。但珊溪量水堰工程在超徑塊石層及砂卵礫石層中造孔，造孔代價較大，墻厚取0.6 m時減少的混凝土量不能抵償鉆孔量增大的代價，經(jīng)濟上并不合理。同時考慮到防滲墻耐久性、簡化施工等方面的因素，防滲墻體厚度取0.8 m。

2.3.2 墻體、墻頭及岸墻材料

防滲墻墻體施工為水下槽段混凝土澆筑，其強度一般只有空氣中澆筑的50%～90%，因此防滲墻混凝土采用混凝土強度等級C25，防滲等級W8，防滲墻配筋以40 kg/m3控制。

墻頭及岸墻對防滲墻體起保護作用，其混凝土強度等級和防滲等級與防滲墻體相同。

2.3.3 防滲墻嵌入基巖深度

防滲墻嵌入基巖的深度主要從防滲和結構兩個方面的要求來考慮，一般為0.3～1.2 m，本工程防滲墻要求嵌入基巖1.0 m深。

2.3.4 防滲墻與左、右岸坡的連接

防滲墻體在左、右岸坡均采用在岸墻混凝土中預留槽孔、防滲墻體插入預留槽孔方式與其連接。左、右岸墻基礎均置于岸坡基巖線下1 m。

2.3.5 防滲墻體與頂部墻頭接縫和墻頭內施工縫處理

防滲墻體與頂部墻頭接縫和墻頭內施工縫均采用預留“凹”型鍵槽連接，并在接縫部位設置并縫鋼筋和止水。

3 計算復核

大壩下游增設量水堰后，由于量水堰防滲墻截斷了壩基與壩體滲漏來水，會造成壩體內浸潤線的抬高，因此需要對大壩運行期壩坡穩(wěn)定、應力應變及滲流進行計算復核。此外，需對量水堰防滲墻的應力應變進行復核，以確保量水堰安全、有效運行。

3.1 大壩運行期滲流估算

滲流估算采用專業(yè)滲流分析軟件GeoStudio程序，分別對正常蓄水位、設計洪水位及校核洪水位等3個工況時的大壩滲流進行計算。特征水位參見表1，其中正常蓄水位時的下游水位取4臺機滿發(fā)水位，即48.38 m。壩體上游采用鋼筋混凝土面板防滲，考慮工程已運行多年，計算時取面板滲透系數(shù)為K=1.0×10-6cm/s，壩基q≤3 Lu的巖層作為相對不透水層。

計算時采用四邊形單元、局部采用三角形單元對選取大壩及基礎剖面進行有限元網(wǎng)格劃分，劃分后的有限元模型節(jié)點總數(shù)為1 178，單元總數(shù)為1187。計算網(wǎng)格見圖3。計算材料滲透系數(shù)見表2。

表1 特征水位表Table 1 Characteristic water level

圖3 計算網(wǎng)格圖Fig.3 Computational mesh

經(jīng)估算，正常蓄水位時單寬滲漏量為1.91×10-4m3/(s·m)，總滲漏量為60.73 L/s，為多年平均流量的0.097%；設計洪水位時單寬滲漏量為2.19×10-4m3/(s·m)，總滲漏量為68.05 L/s，為多年平均流量的0.111%；校核洪水位時單寬滲漏量為2.34×10-4m3/(s·m)，總滲漏量為72.94 L/s，為多年平均流量的0.119%。各工況時的大壩滲流量均較小，壩基及壩體的滲透坡降、下游逸出坡降均在允許范圍內。正常蓄水位時滲流場總水頭等勢線云圖見圖4。

表2 材料滲透系數(shù)Table 2 Permeability coefficients of each material

3.2 壩坡穩(wěn)定復核

大壩壩坡穩(wěn)定計算復核采用陳祖煜院士的《土質邊坡穩(wěn)定分析程序STAB2008》，考慮堆石料的非線性抗剪強度，分別按瑞典圓弧法和簡化畢肖普法，對大壩運行期上、下游壩坡進行穩(wěn)定復核。

3.2.1 運行期計算工況

（1）正常運用情況：水庫死水位時，大壩上游壩坡穩(wěn)定；水庫設計洪水位時，大壩下游壩坡穩(wěn)定。

（2）非常運用情況：水庫校核洪水位時，下游壩坡穩(wěn)定；水庫設計洪水位遇7度地震時，下游壩坡穩(wěn)定；水庫死水位遇7度地震時，上游壩坡穩(wěn)定。

3.2.2 計算參數(shù)

壩坡穩(wěn)定材料計算參數(shù)見表3。

運行期各工況下，上、下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)見表4。

由表4計算結果可知：運行期大壩上、下游壩坡穩(wěn)定計算安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求。

3.3 大壩及防滲墻運行期應力、應變復核

選取河床典型大壩剖面，利用河海大學開發(fā)的實打實土石壩應力應變計算程序（SDAS），對大壩及量水堰防滲墻運行期應力、應變進行計算復核。

表3 壩坡穩(wěn)定材料計算參數(shù)Table 3 Stability parameters of each slope material

表4 運行期各工況下大壩上、下游壩坡穩(wěn)定計算成果Table 4 Calculation results of dam slope stability

3.3.1有限元計算模型

采用四邊形單元（局部采用三角形單元過渡）對選取的大壩剖面進行有限元網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時，考慮了不同材料分區(qū)并模擬了施工蓄水過程。劃分后的有限元模型節(jié)點總數(shù)為1 262，單元總數(shù)為1 321，整體有限元模型網(wǎng)格見圖5。

圖5 計算網(wǎng)格圖Fig.5 Finite element model grid

3.3.2 堆石料本構關系

壩體堆石料采用鄧肯-張雙曲線非線性彈性E-B模型。

3.3.3 壩料計算參數(shù)

各區(qū)壩料計算參數(shù)見表5。

3.3.4 壩體填筑及蓄水加荷次序

第1級：基礎覆蓋層；第2至第30級：壩體填筑、面板澆筑；第31級：水庫蓄水至設計洪水位；第32級：壩后量水堰施工。

3.3.5 計算結果與分析

運行期平面應力應變的主要計算成果見表6。

表5 壩體材料計算參數(shù)（鄧肯E-B模型）Table 5 Calculation parameters of dam body materials(E-B model)

表6 運行期大壩應力變形計算成果Table 6 Calculation results of dam's stress-strain during operation

從計算成果看，運行期壩體的位移、應力分布合理。壩體最大沉降94 cm，僅為壩高的0.73%，面板最大撓度為56.7 cm，最大相對撓度僅2.58‰。整個壩體和壩基的應力水平均小于1.0，壩體和壩基無局部失穩(wěn)或剪切破壞現(xiàn)象。量水堰建成后對大壩應力、應變無不利影響。

量水堰施工在大壩建成運行以后，此時大壩沉降位移等均已基本完成，對防滲墻影響較小。因防滲墻兩側水頭相當，防滲墻上、下游側土壓力也基本一致，因此防滲墻應變較小，可忽略不計，防滲墻應力主要由自重產生，最大壓應力發(fā)生在墻底部，為0.516 MPa，且隨著高程的抬高，應力逐漸減少。計算結果的等值線見圖6～11。

圖6 壩體運行期水平位移等值線圖Fig.6 Contour map of horizontal displacement of dam during operation

圖7 壩體運行期垂直位移等值線圖(包含基礎沉降)Fig.7 Contour map of vertical displacement of dam during operation

圖8 壩體運行期大主應力等值線圖Fig.8 Contour map of major principal stress of dam during operation

圖9 壩體運行期小主應力等值線圖Fig.9 Contour map of minor stress of dam during operation

圖10 運行期大壩應力水平圖Fig.10 Contour map of stress level of dam during operation

4 結語

（1）量水堰防滲墻布置在挖除大部分超徑塊石的50.00 m平臺上，施工難度小，施工技術成熟。

（2）防滲墻施工完成后對原有水庫工程的影響較小，大壩壩坡穩(wěn)定、應力應變、滲流等均能滿足要求，大壩安全可以得到保障。

（3）設置防滲墻后可截斷大壩及壩基的滲漏水流，并通過量水堰測算滲漏量，可以持續(xù)獲得大壩的滲流數(shù)據(jù)，通過分析滲流監(jiān)測資料對大壩的運行性狀進行評價，對大壩的安全運行、保障城市供水以及實現(xiàn)水庫發(fā)電及防洪效益具有重要意義。

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