姜媛媛，索慧敏，伍小玉

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

近年來，隨著水電工程建設的飛速發(fā)展，越來越多的水電工程修建在深厚覆蓋層上，而土石壩憑借其對復雜地基條件，尤其是深厚覆蓋層地基的良好適應性、結(jié)構(gòu)簡單、施工簡便等優(yōu)點，已成為壩工建設中應用最為廣泛的一種壩型。深厚覆蓋層上建土石壩，尤其是高土石壩，一個重要的技術(shù)問題就是其滲流控制方案的選取，這直接關(guān)系到工程的運行安全和經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)外多采用混凝土防滲墻作為地基覆蓋層的防滲體，并已演變出了多種組合形式，根據(jù)已建或在建工程研究成果，防滲墻布置方式，對整個大壩滲透穩(wěn)定性至關(guān)重要。

通過對長河壩心墻堆石壩的不同防滲體布置形式進行二維滲流有限元分析，重點研究多種設計防滲方案對壩體及壩基滲流場的影響，為選擇合適的主副防滲墻布置及墻下帷幕深度設計提供參考。

1 工程地質(zhì)條件

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)大渡河上游金湯河口以下約4～7km河段，大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240m，電站總裝機容量2 600MW。

表1 壩基各層滲透系數(shù)

2 防滲方案

礫石土心墻堆石壩防滲心墻頂高程為1 696.40m，頂寬為6m，上、下游坡度均為1∶0.25；心墻上游設一層水平厚度8 m 的反濾層，下游設兩層水平厚度6m 的反濾層， 上、下游反濾層坡比均為1∶0.25；上、下游反濾層與壩體堆石間設置過渡層，過渡層最大厚度20m。壩體各料區(qū)、壩基各層滲透參數(shù)見表2。

壩基覆蓋層采用兩道全封閉混凝土防滲墻防滲，主防滲墻厚度為1.4m，副防滲墻厚度為1.2m，兩道墻凈距離14m。其中主防滲墻頂部設置廊道與防滲心墻連接，墻底部嵌入基巖1.5m，下游副防滲墻頂部直接插入防滲心墻內(nèi)，插入高度10m，底部嵌入基巖1.5m，兩道防滲墻頂部都設置了高塑性粘土，墻下接防滲帷幕灌漿。覆蓋層縱剖面和防滲措施見圖1。

表2 壩體各料區(qū)滲透系數(shù)

3 滲流計算分析

主、副壩基防滲墻聯(lián)合墻底帷幕共同防滲，是目前同類工程中較多采用的形式，主、副防滲墻布置位置和墻下帷幕深度直接影響大壩及壩基滲流場分布，為了了解防滲墻在運行期水頭分布情況，在基本方案的基礎(chǔ)上，變換出其他5種典型組合方案，分別進行二維滲流有限元計算分析，對比得出滲流場的主要影響因素。

基本方案C1是副防滲墻位于主防滲墻上游側(cè)，主墻下接帷幕深入基巖3Lu線以下5m，副防滲墻插入心墻10m，底部下接10m深的防滲帷幕，帷幕底深入弱卸荷下限。其他方案在此基礎(chǔ)上變化主副防滲墻下接帷幕深度、副防滲墻相對位置，具體方案見表3。壩體剖面等勢線見圖2。

圖1 覆蓋層縱剖面(單位:m)

方案C1副防滲墻位于主防滲墻上游側(cè)，主防滲墻下接帷幕深入基巖3Lu線以下5m，副防滲墻下接10m深防滲帷幕，壩體和壩基單寬滲流量分別為0.217 m3/d、37.39 m3/d，壩基覆蓋層為主要滲漏通道；大壩總水頭為212m，主防滲墻消減水頭137.83m，占總水頭的65%，副防滲墻消減水頭69.0m，占總水頭的32.5%，上、下游覆蓋層消減占總水頭2.5%。副防滲墻與高塑性粘土最大接觸坡降在防滲墻頂部為7.51；廊道與高塑性粘土最大接觸坡降為11.26。防滲心墻坡降均小于允許坡降。

表3 不同方案及各方案下滲透流量及壩體關(guān)鍵部位的最大滲透坡降

圖2 方案C1等位勢分布(單位:m)

方案C2～C3是對主防滲墻下不接帷幕，副防滲墻下接不同深度防滲帷幕的情況進行了計算。與主防滲墻下接帷幕深入基巖3 Lu線以下5m相比，副防滲墻起到主要隔水作用，副防滲墻下接10m深帷幕時消減水頭占總水頭的63%；帷幕加深到3 Lu線以下5m時消減水頭占總水頭的75.5%，由于承擔水頭大幅增加，防滲墻與高塑性粘土最大接觸坡降增加到了12.16，廊道與高塑性粘土最大接觸坡降減小20%為9.07。

方案C5～C6是對主、副防滲墻下接同一深度帷幕情況進行的計算。當主、副防滲墻同時下接10m深帷幕時，主防滲墻消減水頭106.4m，占總水頭的50%，副防滲墻消減水頭95.8m,占總水頭的45%，上、下游覆蓋層消減占總水頭5%；當主、副防滲墻下接帷幕均深入基巖3Lu線以下5m時，主防滲墻消減水頭105.6m，占總水頭的49.8%，副防滲墻消減水頭101.6 m，占總水頭的47.9%。由此可知，當兩墻帷幕深度相同時，不論帷幕深淺兩道防滲墻將平均分擔總水頭。

方案C4是將副防滲墻布置在主防滲墻下游側(cè)，與放置在上游側(cè)相比，滲流量相當，主、副防滲墻承擔水頭比例也近似，但對廊道外測水頭分布影響較大，副防滲墻在上游側(cè)時可有效降低廊道圍水壓力近50m水頭，利于廊道的應力變形。

4 結(jié) 語

通過對長河壩心墻堆石壩滲流有限元計算分析可知： 隨著副防滲墻底端帷幕深度的加大，副墻承擔總水頭的比例逐漸增大，當主、副防滲墻下接帷幕深度相同時，兩墻承擔水頭相當；副防滲墻位于主防滲墻上、下游，對于兩墻分擔水頭比例沒有明顯變化，對整個壩體滲流場分布影響較小，但是副防滲墻在上游側(cè)可有效降低主防滲墻上接廊道的圍水壓力

參考文獻：

[1] 王柏樂.中國當代土石壩工程[M].北京:中國水利水電出版社,2004:1-5.

[2] 陳海軍,任光明,聶德新.河谷深厚覆蓋層工程地質(zhì)特性及其評價方法[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護,1996,7(4):53-54.

[3] 毛昶熙.滲流計算分析與控制[M].北京:中國水利水電出版社,2003:5-17,89-99.

[4] 速寶玉,沈振中,趙堅.求解有自由面滲流問題的截止負壓法[J].水利學報,1996 (3) :22-29.

[5] 姜媛媛,沈振中,郭娜,等.巖溶、裂隙介質(zhì)滲流的三重介質(zhì)模型[J].中國科學技術(shù)大學學報,2004 ,34(增1) :361-366.