戴志敏 中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

防滲墻作為大壩的重要組成部分，對(duì)大壩的防滲性能具有重要的作用，防滲墻結(jié)構(gòu)的破壞將改變地基的滲流特性造成變形，嚴(yán)重威脅大壩與庫(kù)區(qū)的安全。雖然目前研究涉及了大量關(guān)于防滲墻對(duì)大壩滲流特性的影響，但針對(duì)實(shí)際工程中防滲墻結(jié)構(gòu)整體性破壞對(duì)其防滲特性的影響卻少有討論。

1.工程概況

污水管網(wǎng)的聯(lián)通聯(lián)網(wǎng)是目前國(guó)家發(fā)展的必要趨勢(shì)，市政污水管網(wǎng)項(xiàng)目逐漸向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移。某縣污水管頂管項(xiàng)目原設(shè)計(jì)管線(xiàn)經(jīng)過(guò)2次折線(xiàn)分為3段施工，3個(gè)工作井，管線(xiàn)總長(zhǎng)度約280m。但受地形地質(zhì)以及周邊建筑物等條件的影響，設(shè)計(jì)方案需穿越某水電站大壩的左側(cè)防滲墻。考慮到大壩防滲墻作為水利工程的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)完整性對(duì)工程的防滲效果具有重大的影響，而污水管線(xiàn)的施工勢(shì)必導(dǎo)致防滲墻結(jié)構(gòu)整體性的破壞，從而對(duì)其防滲效果產(chǎn)生較大的影響。故在施工前有必要討論該方案對(duì)大壩滲流特性的影響。

本文根據(jù)工程資料建立三維模型，采用有限元法分析了施工前后防滲墻及其一定范圍內(nèi)的地下水位變化，探明了污水管線(xiàn)施工對(duì)防滲墻防滲特性的影響，提出了一定的工程建議。

2.計(jì)算模型與參數(shù)

根據(jù)壩頂高程（206m）與壩底高程（178m），計(jì)算范圍選取約為壩高的4倍?？紤]到污水管僅穿越大壩一側(cè)的防滲墻，且大壩左右岸對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)特征，以防滲墻連接的壩肩為原點(diǎn)，模型向四周各取100m，最大高程215m，底部高程100m。盾構(gòu)截面為1.5m的圓形，在影響范圍6m內(nèi)沿于壩軸線(xiàn)方向選取4個(gè)截面分析（圖1a），幾何模型與地質(zhì)材料分區(qū)如圖1b所示。分析采用商務(wù)軟件ABAQUS建立有限元模型。模型考慮了地貌與地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，采用6面體單元與4面體單元（圖1c）。模型的上下游面分別加上下游水位，模型底面與橫河向的兩個(gè)側(cè)面為不透水邊界；計(jì)算分析采用生死單元模擬施工過(guò)程，分析采用穩(wěn)態(tài)分析步。

圖1 計(jì)算范圍示意圖與模型

計(jì)算范圍內(nèi)的地層滲透系數(shù)分別為：1.5×10-1cm/s（Qal+dl）、3.9×10-3cm/s（Qal+pl）、5.7×10-4cm/s（O2+3）。同時(shí)考慮到防滲墻周?chē)貙又饕獮楦采w層，施工前先沿管線(xiàn)和防滲墻兩側(cè)進(jìn)行了灌漿處理，以提高該區(qū)域地層的整體性，灌漿后的滲透系數(shù)為1.2×10-4cm/s。壩體與防滲墻滲透系數(shù)分別為1.1×10-9cm/s和1.2×10-8cm/s。計(jì)算分析時(shí)采用校核洪水位對(duì)應(yīng)的上游水位（204.81m）與下游水位（193.07m）分析模型范圍內(nèi)的穩(wěn)定滲流場(chǎng)。

3.施工前后大壩滲流特性分析

由于計(jì)算中無(wú)法直接計(jì)算地下水位，故分析中首先將孔隙壓力轉(zhuǎn)換為水頭，以水頭為0的部位作為地下水位的分界線(xiàn)，并結(jié)合實(shí)際高程得到地下水位，計(jì)算結(jié)果如圖2、表1所示。

表1 施工前后各剖面滲流特性對(duì)比

3.1 施工前后防滲墻地下水位變化

圖2 表明校核水位工況下未施工前，防滲墻靠近上下游面的部位地下水位線(xiàn)高程分別為202.19m與201.36m；施工后防滲墻上下游面的地下水位線(xiàn)高程分別為203.42m與200.46m。由以上結(jié)果可知，施工前防滲墻能夠有效的降低庫(kù)水的滲漏，防滲墻上下游地下水位平均降低了1～2m；由于在施工前對(duì)污水管線(xiàn)穿越防滲墻部位的周邊進(jìn)行了灌漿處理，施工后防滲墻仍能夠有效的降低庫(kù)水的滲漏，防滲墻上下游地下水位平均降低了2～3m。

圖2 施工前后防滲墻地下水位變化（單位：m）

3.2 施工影響范圍內(nèi)地下水位變化

對(duì)比分析施工前后防滲墻與各截面的上下游地下水位可知，施工后管線(xiàn)穿越的局部范圍內(nèi)上游水位有一定的升高，同時(shí)下游水位有一定的降低。其中，剖面4的上游地下水位提升最大，約為1.79m；剖面1的下游地下水位下降最大，約為0.83m。同時(shí)，施工后防滲墻與各截面上下游地下水位差有明顯的提高。這主要是由于在施工前，對(duì)施工局部進(jìn)行了灌漿處理，提高了土體的強(qiáng)度降低了土體滲透系數(shù)，提升了局部的抗?jié)B能力。雖然施工在一定程度上破壞了防滲墻結(jié)構(gòu)的完整性，但局部灌漿的處理能夠有效的防止?jié)B漏的發(fā)生。此外，雖然施工后局部區(qū)域最大滲透坡降增大至4.81，但規(guī)范規(guī)定的100，故該施工方案滿(mǎn)足防滲要求。

4.結(jié)論

針對(duì)某污水管線(xiàn)工程穿越大壩防滲墻可能帶來(lái)的防滲墻防滲特性降低的具體工程問(wèn)題，采用三維有限元分析了施工前后防滲墻周?chē)叵滤坏淖兓闆r，主要得到了以下結(jié)論：

（1）污水管線(xiàn)施工后，由于局部灌漿作用提高了防滲墻周?chē)耐馏w的整體性，減小了其滲透系數(shù)，使得施工后防滲墻上游地下水位有所提升，下游地下水位有所降低，改善了防滲墻的防滲特性。

（2）雖然污水管線(xiàn)在施工過(guò)程中不可避免的破壞了防滲墻的結(jié)構(gòu)完整性，但局部灌漿在一定程度上改善了防滲墻以及周?chē)苡绊憛^(qū)域的滲流特性，局部灌漿的處理方法合理有效。

（3）三維有限元法能夠有效的分析污水管線(xiàn)穿越大壩防滲墻前后