试论深覆盖层上砂砾石坝渗流特性及防渗措施

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摘要：近年来，国民经济的飞速发展促使了各种水利工程施工项目的不断涌现，其施工规模、施工数量都明显的增加。但是在施工的过程中由于施工质量和施工效率方面存在着一定的缺陷与问题，使得这些水利工程在施工中不得不选择一些特殊的地基来进行施工，这就给工程施工带来了新的难题与考研。本文就深覆盖蹭上的砂砾石坝常见的渗流现象进行分析，就其产生原因以及施工质量要点提出了新的看法与认识。

关键词：砂砾石坝 深覆盖层 混凝土 渗漏随着国民经济飞速发展，水利工程在社会发展中发挥的作用越来越突出，其不仅为社会发展提供了可靠、充足、稳定的电力能源，同时也为人们生活和社会生产用水提供了必然的保障依据。因此，在目前的社会发展中，提高水利工程施工技术和施工效率至关重要，对于促进社会发展也有着极为关键的意义与作用。但是在施工的过程中由于受到施工规模、施工效率和施工质量的影响，使得一些工程项目在施工中不得不选取各种复杂的地基来进行施工，以深厚覆盖层为主的复杂地基条件也逐步受到人们的关注与重视。在这种地基工程施工中，由于深覆盖层本身具备着抗渗系数低、结构整体性和稳定性差以及各种结构输送的特性，使得在这些工程项目中经常会出现工程抗渗系数低的现象，从而造成水利工程出现渗漏现象。因此在目前以混凝土坝施工为主的工程模式越来越受到人们的关注与重视，其施工质量、施工效率也得到了人们的高度关注。

一、工程施工概况

砂砾石坝也被人们广泛称之为胶凝砂砾石坝，这种坝体结构主要是通过在施工的过程中采用面板坝和碾压混凝土坝综合形成一种新型的坝体结构和施工模式，是基于两者共同优势发展形成的一种综合性新型坝体结构，这种坝体结构在应用中最早出现于德国，而且是采用胶凝砂砾石作为主要的建筑材料，且利用高效率的土方时运输机械和压实机械来进行施工。由于这种施工方式中水泥的胶凝作用较大，且远远的高于结构整体性剪力强度，因此来说，这种结构在施工中需要对水泥的配合比进行系统全面的控制，同时在施工的过程中对于面板坝与碾压混凝土坝之间的关系进行系统全面的施工，从而使得工程施工质量、施工效率以及相关施工优势都得到有效的保障。近年来的社会发展中，随着国民经济和科学技术的飞速发展，重力坝结构也得到了广泛的应用，以砂砾石坝为主的坝体结构在应用的过程中为了提高其稳定性和盈利标准，在设计与施工中是按照胶凝坝施工要求来进行全面系统完善的工作流程，且先是在工作的过程中采用各种技术手段和工程施工模式对施工中存在的相关胶凝材料来进行完善和统计，使得其中各种工程质量缺陷都能够提前得到预防和处理，并且使得其能够与周围环境的影响降低到最小。

二、实例工程概述

1、工程概况

某水电站位于干流上，枢纽布置从右至左依次为土工膜防渗砂砾石坝、泄洪闸、发电厂房、左岸副坝等建筑物。土工膜防渗砂砾石坝与上游围堰结合，整个坝顶长度为294.4m，坝顶高程3080.0m，坝基高程3052.0m，最大坝高28.0m，上游围堰堰顶高程3070.1m。坝址区由于处于高原地基体系和各大山脉的支脉上面，因此其河床多为深厚的砂砾石层。左岸上游出露有二叠系上统。河床区深厚覆盖层厚52.6～190.0m，整体呈左岸厚右岸薄特点。左岸台地覆盖层厚度变化范围为251.2～359.3m，平均厚度为300.5m。基岩顶板高程变化范围为2730.9～2830.2m，由左岸向右岸略有变高趋势，基岩面凸凹不平，左岸台地中部位置出现两个较深凹沟。

2、三维有限元模型

在现阶段的水利工程施工中，利用非饱和土渗流原理来对深覆盖层上砂砾石坝的渗流问题进行分析和控制，对混凝土面板进行瞬态渗流值的模拟计算已成为混凝土施工技术的主要手段和方法，也是提高混凝土质量的主要依据。在模型分析和控制中主要是通过控制模型范围和边界条件等因素分析，进行合理控制。

2.1模型范围

基于渗流分析的原则与计算要求确定计算模型的范围和边界。建立如下坐标系：以大地坐标（610161.3483，3292555.1476）为模型坐标原点，向为坝轴线方向，由原点往右岸截取600m。左岸截取800m。x向为顺河流方向，自上游指向下游截取300m；g向以高程为坐标，左岸山体高程截至3082.00m，河床段高程截至3081.20m。由于右岸地下水位较高，山体地形按实际高程考虑，底高程截至2838.08m；左岸和河床段底高程截至弱风化线。上下游边界为上游从坝轴线往上游截取150m。下游从坝轴线往下游截取150m。左右岸边界为左岸从原点沿坝轴线往左截取800m；右岸从原点沿坝轴线往右截取600m。

在综合分析计算区域内的地形、岩层、断层等基础上形成三维超单元网格。根据建筑物布置、岩体分层、断层构造及计算要求等信息，采用控制断面超单元自动剖分技术”取控制断面27个。首先形成三维超单元网格，节点总数209个，超单元总数2007个。

2.2边界条件计算

模型中边界类型主要有：①水头边界。包括坝区上下游水位淹投线以下给定水头边界及给定地下水位的右侧截取边界②出渗边界。为坝区上下游水位淹没线以上，左、右岸山坡的迎水面，即所有与大气接触的边界；③不透水边界。包括模型底面、模型上下游截取边界及左侧截取边界。

3、计算参数和方案

3.1坝体和坝基计算参数

3.2计算方案经分析对比，该工程渗流控制工况为正常蓄水情况。考虑水库正常蓄水（上游水位3076.00m，下游水位3054.53m）时大坝形成稳定渗流场情况，分析论证了坝基覆盖层及坝肩岩体的渗透稳定性，并评价了设计方案的防渗效果，拟定四种计算方案见表4。

4、坝基三维渗流场特性分析

由于砂砾石层存在渗透系数变化大、渗透通道不均匀等特点，灌浆过程中常出现成孔困难、灌浆效果差异大、浆液扩散方式及扩散半径差异大等问题。针对这些问题，本论文通过常见砂砾石地层的室内灌浆试验，结合一定的现场灌浆试验，获得一些砂砾石层灌浆的特点和分析砂砾石层灌浆的效果；编写渗流计算程序，结合具体工程进行渗流计算分析，分析不同情况灌后各地层的渗透安全稳定性；最后分析总结各种结果，得出砂砾石层灌浆的一些结论和建议。首先，根据试验目的及要求设计试验模型，根据颗粒组成情况、地层密度资料形成各种地层，并装入模型。然后进行一定压力下的灌浆，经过7天养护后进行压水试验。根据灌浆情况、压水试验结果及灌后地层情况，分析常见砂砾石地层中浆液的扩散方式、扩散距离及灌浆效果，确定室内试验中灌后地层可以承担的水力比降及渗透稳定性。

库水由水库通过坝体、坝基及两岸防渗帷幕和山体渗向下游。土工膜后坝体内浸润面较为平缓，呈现河床中央较低、两坝肩较高的态势，其最低位置出现在河床中央部位。

三、结语

以某深覆盖层处砂砾石坝枢纽区工程为例，建立了枢纽区三维有限元模型，分析了四种不同方案下坝体和坝基的渗流特性，研究了在工程施工中，坝基混凝土防渗墙和防渗帷幕的布置措施和要求，给出了合理的防渗方案和防渗范围布置建议。