哈拉通克供水工程调节池防渗设计

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哈拉通克供水工程调节池防渗设计杨华娟摘要：通过对哈拉通克供水工程调节池的防渗形式进行比较分析后，设计采用垂直防渗方案。由于坝体为均质坝，采用泥岩风化料填筑，防渗性能安全可靠，但是地基条件复杂，地基处理中针对坝基不同特性进行了相应的帷幕灌浆防渗设计，防渗效果达到了预期要求。关键词：调节池；土坝；防渗；帷幕灌浆中图分类号：TV223.4文献标志码：B文章编号：2095-0144（2013）11-0037-021工程概况富蕴县工业园区哈拉通克供水工程为向富蕴县工业园区工业、生活、公共设施、绿化的水源工程。工程主要由取水口、隧洞、倒虹吸、压力管道及调节池等主要建筑物组成。调节池位于该工程输水管道末端，为低山丘陵区，地形南东高北西低，相对高差20～50m不等，构成天然的长条形池盆。根据地形条件，对沟道两侧及下游围坝，形成该供水工程的调节水池，水池总容积640.6万m3。调节池主要由沟道两侧的副坝和下游侧主坝段组成，其中：主坝段总长约800m，最大坝高31.5m；副坝段全长约1300m，最大坝高15.7m。由于调节池坝线较长，坝址区地质条件复杂，且调节池运行方式为注入式，因此，防渗问题尤为突出。2调节池主要渗漏原因2.1坝址区工程地质概况库区位于低山丘陵区，地形南东高北西低，地面高程945.0～981m，库盆两侧基岩大面积裸露，受区域北西向构造影响北西向洪沟发育，地形起伏20～50m不等，构成现状拟选的长条形库盆。库区主要有两条沟谷构成，沟谷走向为NW310°，库盆底部平缓，第三系泥岩不完全覆盖。库区处在伊德克断裂、杰尔台区域断裂之间，应力场相对复杂，次一级小的断裂构造较为发育。勘察发现库区有3条较大规模的断裂发育，从库盆穿越，其中2条穿过主坝段。断层通过处岩体相对破碎，为中等透水岩体，岩体透水率在10～30Lu。2.2调节池渗漏分析库盆为围坝建库，库盆的防渗实际为坝址区的防渗。根据其地质条件，主要渗漏通道有：主副坝段的断层及其破碎带；主坝沟谷段泥岩下部底砾岩；全坝段5Lu线以上基岩。3防渗方案选择根据调节池的地形、地质、筑坝材料等条件，设计拟定全池盆土工膜防渗和坝基垂直防渗的两种方案。3.1全池盆土工膜防渗 水池的防渗方式为全池盆两布一膜防渗土工膜防渗，池底与坝坡防渗土工膜形成完整的防渗系统。土工膜下部铺30cm厚细砂垫层，土工膜的上垫层根据其位置不同设计为：坝坡部位上垫层采用5cm厚M10砂浆保护层，表层采用厚0.2m现浇C20砼护坡；池底土工膜上部依次为5cm厚细粒砼保护层及30cm厚中细砂压重层。调节池坝体填筑料为水池开挖的弃料，坝型为土工膜斜墙坝，坝体迎水面坝坡1∶2.5，背水面坝坡为1∶2.0。3.2坝基垂直防渗坝基垂直防渗，坝体拟定为黏土均质坝。第三系泥岩在坝基不连续分布，部分段凝灰质砂岩已出露。处理方式为清除表面覆盖层至第三系泥岩或凝灰质砂岩上，并在凝灰质砂岩段开挖截水槽。断层带用C20砼封口并进行帷幕灌浆，地基处理完成后开始筑坝。3.3方案比较3.3.1地形地质条件对坝型的适应性比较根据前述地质条件，如采用全池盆土工膜防渗，土工膜的铺设困难，必须将池底挖填为相对比较平缓的设计坡后再铺设土工膜，因此，池底的整修的工作量大，并且部分段的岩石需爆破，池底爆破开挖将和坝体的填筑工作相冲突，对工期也有一定的影响。如采用坝基垂直防渗，池底不需做防渗工作，带来的问题相对较小。鉴于水池的地形地质条件，垂直防渗方案更适合。3.3.2坝体填筑材料比较填筑材料基本为池盆内开挖料，运距较短，并且坝体坡度较陡，填筑用量较少，但土工膜的保护料（中细砂料）用量较大，投资较大。坝基垂直防渗坝型为均质坝，坝体填筑料为风化的第三系泥岩，运距为2.5～3.0km，坝体迎水面坝坡1∶3，背水面坝坡为1∶2.75～1∶3。坝基垂直防渗料填筑材料离库区2.5～3.0km，坝体坡度较缓，填筑用量较大。两方案坝体填筑料运距不远，且储量充足，方案实施可行。3.3.3后期运行比较从池底地形上来看，池底自西向东为1∶3的纵坡，全池盆防渗土工膜的压重层容易在浪推力的作用下冲走而破坏，进而对土工膜造成破坏。垂直防渗方案不存在这些问题，后期运行条件较好。3.3.4投资比较两方案经计算调节池总投资：全池盆防渗方案15930.14万元，垂直防渗方案14260.24万元。可看出全池盆防渗方案投资高于垂直防渗方案。两方案通过地形地质条件、坝体填筑材料、后期运行、投资等比较，垂直防渗方案优势明显，设计采用垂直防渗方案，坝型采用黏土均质坝。4防渗设计 4.1坝体填料要求设计坝型为均质土坝，坝体填料的防渗性能直接影响到坝体的防渗效果。该坝体填筑料以第三系泥岩风化料为主，实验数据表明，当击实最大干密度ρdmax=1.67～1.73g/cm3，最优含水率18.2%～21.3%时，土料渗透系数可达到K=1.0×10-5cm/s，且具有较高的抗剪指标。其完全满足均质坝坝体对土料的要求。填筑料的物理力学指标要求见表1。4.2地基处理坝基处理结合基岩情况分段处理。坝基为泥岩段时去除表层碎石土、松散体、及泥岩强风化层后直接筑坝；坝基为凝灰质砂岩段时去除表层碎石土、松散体，坝体坐落于凝灰质砂岩强风化层上。两种处理坝基方式均为单排帷幕灌浆，帷幕深入坝体5Lu线以下（图1）。具体做法是在坝体轴线处开挖0.8m深、4m长做现浇C20砼压浆板，为了解决靠近帷幕灌浆压浆板处水力坡降过大问题，压浆板顶预埋土工膜（两布一膜）向上插入均质坝体。压浆板底部设单排帷幕灌浆，目的为截断凝灰质砂岩弱透水层，孔距为1.5m。当遇到断层破碎带时，去除断层处表层碎石土、松散体。在坝体轴线处开挖0.8m深、6m长梯形槽，作为现浇C20砼压浆板，压浆板顶预埋土工膜（两布一膜）向上插入均质坝体。压浆板底部设3排帷幕灌浆，深入坝基5Lu线以下，3排帷幕顺坝体纵向超出断层范围5～10m，目的为截断断层处渗水通道，孔距、排距为1.5m（图2）。 4.3检验结果施工过程选取了基岩破碎段、断层带、泥岩段几个具有代表性断面，进行了帷幕灌浆压水试验。试验结果表明，在断层破碎带处设置3排帷幕灌浆达到了设计要求的小于5Lu的透水率指标，说明防渗设计合理。5结语该调节池所处地区地质条件复杂，采用地基垂直防渗方案是合理的。坝体采用第三系泥岩作为填筑料可满足坝体防渗要求，坝基采取全坝段帷幕灌浆，并且对断层通过段采用3排帷幕灌浆加强防渗，取得了良好的效果。参考文献：［1］林昭.碾压式土石坝设计［M］.郑州：黄河水利出版社，2003：14-17，41-51.［2］SL274-2001，碾压土石坝设计规范［S］.［3］刘勇.沉抗水库大坝泥岩心墙防渗料的研究［J］.水利水电技术报道.2000，33（2）：31-38.作者简介：杨华娟（1985-），女，陕西华阴人，助理工程师，学士，主要从事水利水电工程设计。