水利工程论文
1 工程概况
某大坝为沥青混凝土心墙坝，其右岸坝肩为第四纪堆积层，堆积层最大深度达到 420 m,从下往上共分为五层，第一层（ Q22Ⅰ） 为弱胶结卵砾石层，具有一定的透水性，渗透系数一般（ 1. 0 ~5. 0） ×10- 3cm / s,最小厚度仅 15 ~ 35 m,最大厚度超过 100 m; 第二层（ Q13Ⅱ） 是快碎石土层，透水性较小，渗透系数小于 2. 2 ×10- 5cm / s,岩组厚度一般 31 ~ 46 m; 第三层（ Q2 - 13Ⅲ） 为弱胶结卵砾石层与粉质壤土互层，属弱透水层，卵砾石层渗透系数一般（ 1. 27 ~ 5. 19） × 10- 3cm / s,粉质壤土渗透系数小于 2. 2 ×10- 5cm / s,总厚度 45 ~ 154 m; 第四层（ Q2 - 23Ⅳ） 为弱胶结卵砾石层，透水性明显大于其它四层，渗透系数一般（ 1. 0 ~5. 0） ×10- 3cm / s,局部达到 9. 86 × 10- 3cm / s; 第五层（ Q2 - 33Ⅴ） 为表层，为粉质壤土夹含炭化植物碎屑层，渗透系数小于 2. 2 ×10- 5cm / s,厚约 90 ~ 107 m.堆积层以下是晋宁期石英闪长岩。为保证右岸稳定和减小库水渗漏，在右岸设置了复杂的防渗排水措施。在 0 +343. 500 m~ 0 + 610. 000 m 段，采用“防渗墙 + 帷幕灌浆”处理，因防渗墙最大深度在 140 m 左右，故防渗墙分为上、下两段，中间设置施工廊道，帷幕深入第二层 5 m; 在 0 + 610. 000 m ~ 0 +710. 000 m 段，采用“悬挂式防渗墙”处理，墙体深入第三层；其中防渗墙厚度均为1 m.岩层情况和防渗措施具体布置见图 1.工程前期有限元分析得知右岸仅设置防渗系统，其下游山坡的地下水位依旧很高，其边坡稳定受到一定的影响，故在右岸防渗系统下游设置一条排水廊道，为方便施工，又设置两条施工廊道，在排水廊道和施工廊道均布置孔距为 3 m的排水孔，在排水廊道孔深为 30 m,在交通廊道孔深为 10. 0~ 20. 0 m.各廊道布置见图 2[1].
2 大坝右岸渗流性状分析
为了解右岸地下水位，掌握渗漏情况，右岸共布置水位孔、量水堰、渗压计等监测仪器。根据各仪器监测结果绘制分布见图 2,2013 年 4 月30 日和11 月26 日对应的库水位分别为 2 601. 4、2 647. 34 m.由图可知： 量水堰渗漏量整体较大。水位孔的测值基本上表现为上游大于下游，右岸大于坝体方向的规律，排水孔渗漏量也是越靠近右岸，单孔渗漏量越大，从现场情况看，排水廊道的右端最潮湿，且少量排水孔的渗水还夹带有泥沙，局部渗透坡降较大，渗水未完全稳定。
排水廊道下游侧的水位孔测值大于排水廊道上游侧的水位孔，排水廊道对降低右岸地下水位效果显着。渗水点 S06 是右岸下游边坡的主要出水点，其邻近水位孔 GC03,该孔水头较高，对边坡稳定不利。从位于右岸 7 号沟和 8 号沟内的GC07 ~ GC09 看，其测值整体大于相同坝轴距的水位孔。依据以上推断，库水通过防渗墙右侧的 7、8 号沟进入下游的可能性极大。防渗墙下游渗压计的测值情况也整体呈现右岸大于左岸，进一步证明有一定量的库水从防渗墙右侧渗透进入下游。从现场检查情况看，右岸边坡破坏较为严重，部分区域混凝土预制块下回填的砂卵石、反滤层及原本的堆积体已被渗水严重掏空，且局部浆砌石挡墙被护坡严重挤压变形。
3 新增防渗排水措施分析
从第 2 节分析已知，库水主要通过防渗墙右侧进入下游； 且右岸地下水位整体较高，排水孔渗水含沙，渗流未稳定； 右岸边坡局部混凝土预制块下回填的砂卵石、反滤层及原本的堆积体都已被严重掏空。针对以上问题，提出两点建议： 一是延长右岸防渗墙，减小渗漏量； 二是在右岸新增排水廊道，减小岸坡地下水位，防止边坡发生渗透破坏。本节就延长防渗墙两种方式以及新增排水廊道的建议进行有限元分析，评价新增防渗排水措施的效果[2 -4].
3. 1 计算模型与参数
网格区域包括坝轴线以上 740 m 到坝轴线以下 650 m,总长 1 390 m; 坝轴向从坝 0 +411 到坝 0 +880,总长 469 m;在高程方向，网格从山顶高程 2 720 m 到基岩 2 200 m 高程，包含已勘测查明的所有覆盖层。防渗结构包括坝体的沥青混凝土心墙，上下分段式防渗墙、帷幕灌浆接头，深入基础相对隔水第二岩组内 5. 0 m 以上的帷幕。帷幕灌浆接头网格形态按设计图纸形态建立，底部帷幕厚度为 3 m.有限元网格见图 3.依据该工程前期试验和参照其他工程资料[5],计算参数如表 1 所示。
3. 2 计算方案
为评价不同延长防渗墙的方式以及新增排水廊道对渗流的影响，初拟的计算方案见表 2.计算中取上游水位为2 650 m,下游水位为 2 540 m.3. 3 计算结果分析图 5a-f 分别是方案 1-6 高程 2 570 m 水头等值线图，由图可知如下结论。
a） 现有深入基础相对隔水第二岩组内 5. 0 m 以上的防渗系统的防渗效果很好，库水主要从防渗系统的右侧进入下游。在现有防渗系统而不设置施工排水廊道的情况下，地下水位等势线在下游均匀分布，下游地下水位很高，对岸坡极其不利。增加排水廊道排水孔的作用，排水廊道上方水头值较相邻部位明显较低，现有的施工排水廊道能够有效降低紧挨坝体下游边坡的地下水位，有效地提高了边坡稳定性。
b） 方案 3 与方案 2 在高程 2 570 m 的水头等势线差别极小，说明在现有防渗墙右侧延长 100 m,深为 78. 5 m 的防渗墙对水头等势线影响很小。方案 4 的水头等势线与方案 2对比发现，方案 4 新增防渗系统附近的水头等势线有一定的降低，在 0 +610 ~0 +710 底部新增防渗墙与帷幕灌浆，帷幕灌浆深入基础相对隔水第二岩组内 5. 0 m 以上，能够局部减小新增防渗系统附近的水头等势线，但对下游坝坡的水头等势线影响较小。纯粹延长防渗系统而不进入相对隔水层对右岸渗流场影响甚微。
c） 在现阶段排水廊道下游处，漏水区域底部新增排水廊道能够有效减小该部位的水头，对坝坡渗透稳定有利。
d） 方案 6 的水头等势线分布图既包含因 0 + 610 ~ 0 +710 底部新增防渗墙与帷幕灌浆从而使防渗系统附近的水头等势线减小的特点，也包含下游新增排水廊道，下游坝坡水头减小的特点，表明对渗透水流采取截堵与导渗相结合方法是较为有效的措施。表 3 是方案 2-6 排水孔渗漏量统计表，由表可知： 延长100 m 长，78. 5 m 深防渗墙对排水孔总渗漏量影响甚微，但采用在 0 +610 ~ 0 + 710 底部新增防渗墙与帷幕灌浆，帷幕灌浆深入基础相对隔水第二岩组内 5. 0 m 以上的措施，排水孔渗漏量有明显的减小。新增排水廊道排水孔后，因排水孔数量的增多，将明显增大总渗漏量。
4 结语
通过结合工程现场实际情况和监测数据分析，以及运用有限元对新增防渗排水措施模拟分析，得出以下结论。
a） 库水主要通过防渗墙右侧的 7 号、8 号沟进入下游。GC11 测孔附近防渗墙明显存在渗漏现象。
b） 右岸边坡地下水位较高，部分区域混凝土预制块下回填的砂卵石、反滤层及原本的堆积体已被严重掏空，部分排水孔含沙，对右岸边坡稳定不利。
c） 从坝顶延长 100 m 高度为 78. 5 m 的防渗墙对右岸水头等势线分布和渗漏量影响不大； 但采用在 0 +610 ~0 +710底部新增防渗墙与帷幕灌浆，帷幕灌浆深入基础相对隔水第二岩组内 5. 0 m 以上的措施，能有效减小渗漏量并能局部减小防渗系统右端沿线的水头，但对下游坝坡水头影响较小；在原排水廊道下游新增排水廊道排水孔能有效减小排水廊道附近的水头等势线，对右岸边坡渗透稳定有利，故推荐采取截堵与导渗相结合的渗控措施来处理右岸渗透问题，效果较好。
参考文献：
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