磨盤山水庫(kù)壩基防滲工程設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

劉茂祥

(黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150090)

1 工程概況

磨盤山水庫(kù)位于拉林河干流上游五常市沙河子鄉(xiāng)沈家營(yíng)村上游1.8 km附近，壩址距哈爾濱市區(qū)約180 km，水庫(kù)壩址以上流域面積1 151 km2。是一座以哈爾濱市居民生活供水為主，兼向沿線山河、五常等城鎮(zhèn)供水，并結(jié)合下游防洪、農(nóng)田灌溉、環(huán)境用水等綜合利用的大型水利樞紐工程。

磨盤山水庫(kù)供水工程于2002年得到國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)，2003年4月20日項(xiàng)目破土動(dòng)工，2004年9月28日實(shí)現(xiàn)大壩截流，2005年9月25日完成大壩下閘蓄水，2006年9月30日開始供水調(diào)試，2006年底開始向哈爾濱市正式供水。實(shí)現(xiàn)了一期日供水45萬t的目標(biāo)。2009年11月隨著二期管線工程的全線竣工，磨盤山水庫(kù)實(shí)現(xiàn)日供水90萬t的設(shè)計(jì)能力，滿足全市區(qū)的用水需求。

磨盤山水庫(kù)已投入運(yùn)行使用將近6 a，在城市供水、防洪除澇、農(nóng)田灌溉及環(huán)境用水等方面發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 壩基防滲系統(tǒng)

主河槽段壩基基礎(chǔ)處理對(duì)卵石混合土層采用塑性混凝土墻進(jìn)行防滲處理，塑性混凝土防滲墻厚度為80 cm，防滲墻混凝土 28 d抗壓強(qiáng)度為 3.5～5 MPa，彈模為 500～1000 MPa，抗?jié)B允許比降須≥60，滲透系數(shù)≥1×10-6cm/s，防滲墻頂高程河床處為288.0 m，防滲墻底高程進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層基巖面以下1.0 m?；炷练罎B墻下接帷幕灌漿，帷幕灌漿單排布置，孔距為 1.5 m，深度至基巖吸水率 5 Lu以下5.0 m。

左壩肩碎石混合土及其下部的卵石混合土層，采用塑性混凝土截滲墻處理，墻底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層基巖面以下1.0 m。防滲墻底部至弱透水基巖(巖石吸水率5 Lu)以下5 m范圍內(nèi)采用帷幕灌漿處理，左壩肩防滲墻及帷幕灌漿處理范圍至左岸弱透水區(qū)。樁號(hào)為0+006.7。

右壩肩按1∶1坡度進(jìn)行開挖并填筑黏土心墻，黏土心墻與溢洪道閘室邊墻間設(shè)鋼筋混凝土連接段，黏土心墻與鋼筋混凝土連接段采取側(cè)墻式連接，連接段左側(cè)與土壩黏土心墻以1∶1坡度相接，右側(cè)與閘室左邊墩相接。與連接段相接處黏土心墻采取加大斷面處理，心墻頂寬為6.0 m，上下游邊坡均為1∶0.25，長(zhǎng)度為10 m，設(shè)20 m漸變段與原心墻斷面相接。右壩肩心墻與基巖接觸面間設(shè)混凝土蓋板，混凝土蓋板厚度為0.5 m，基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿深度至弱透水區(qū)(基巖吸水率5 Lu)以下5 m。右岸灌漿至溢洪道右側(cè)邊墻以右10 m。

本工程壩基處理的特點(diǎn)是，壩基地質(zhì)條件變化較大，地基不均勻，壩基防滲系統(tǒng)復(fù)雜。

3 混凝土防滲墻的應(yīng)用

自20世紀(jì)60年代以來，塑性混凝土防滲墻在世界各地得到了非常廣泛的應(yīng)用，與剛性混凝土相比，塑性混凝土具有強(qiáng)度低，初始彈模低，極限應(yīng)變大，能適應(yīng)較大變形，有利于改善防滲墻體的應(yīng)力狀態(tài)等特點(diǎn)，同時(shí)它能節(jié)省水泥，降低工程造價(jià)另外，它還能就地取材，便于施工因此它在我國(guó)水利工程中也有很廣泛的應(yīng)用，

我國(guó)的塑性混凝土防滲墻技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究始于20世紀(jì)80年代中期，80年代末期應(yīng)用于工程實(shí)踐。

國(guó)內(nèi)的塑性混凝土防滲墻試驗(yàn)首先由清華大學(xué)、水利部山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局等單位率先開展，取得豐碩的成果，極大地推動(dòng)了我國(guó)塑性混凝土防滲墻技術(shù)的發(fā)展。試驗(yàn)研究工作的主要內(nèi)容是:①塑性混凝土材料靜、動(dòng)力學(xué)特性研究;②塑性混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法研究;③塑性混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)靜力分析與動(dòng)力分析;④塑性混凝土防滲墻的耐久性研究;⑤塑性混凝土配合比試驗(yàn)研究;⑥塑性混凝土防滲墻施工工藝和施工方法研究;⑦防滲墻接頭試驗(yàn)研究;⑧現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定、分析塑性墻的墻體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和防滲性能。

根據(jù)上述研究成果并結(jié)合磨盤山水庫(kù)樞紐工程的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)單位經(jīng)充分分析和論證后采用作為磨盤山水庫(kù)土石壩工程的主要防滲系統(tǒng)，這是我省在大型水利樞紐工程中首次采用塑性混凝土防滲墻做為基礎(chǔ)防滲處理方案(省內(nèi)首次獨(dú)立設(shè)計(jì)并實(shí)施)。該方案在保證水庫(kù)的安全運(yùn)行條件下，節(jié)省水泥用量，同時(shí)在節(jié)能、節(jié)水等方面發(fā)揮重要的工程效益。

表1 三維滲流數(shù)值模擬分析計(jì)算成果表

4 三維滲流分析

在土石壩設(shè)計(jì)中結(jié)合基礎(chǔ)防滲處理對(duì)全壩段進(jìn)行了有限元三維滲流數(shù)值模擬分析計(jì)算，根據(jù)混凝土防滲墻的不同防滲范圍、墻下對(duì)巖石不同的灌漿標(biāo)準(zhǔn)、不同的工況進(jìn)行了多種組合計(jì)算方案，使灌漿范圍更加精確合理。主要計(jì)算成果見表1。

從上表所列結(jié)果看，左岸基礎(chǔ)防滲墻長(zhǎng)度150 m(半封閉方案)、墻底灌漿標(biāo)準(zhǔn)3 Lu和左岸基礎(chǔ)防滲墻長(zhǎng)度200 m(全封閉方案)、墻底不灌漿時(shí)，卵石混合土層最大滲透比降大于該層允許滲透比降[J]=0.1，不能滿足滲透穩(wěn)定的要求。左岸基礎(chǔ)防滲墻長(zhǎng)度200 m(全封閉方案)、墻底灌漿標(biāo)準(zhǔn)3 Lu和5 Lu時(shí)均滿足滲透穩(wěn)定要求，灌漿標(biāo)準(zhǔn)從3 Lu降到5 Lu，滲漏量只增加1.3%，年損失量增加額占多年平均來水量的0.001%。綜上選用200 m、5 Lu方案合理、經(jīng)濟(jì)、可行。

[1] 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.哈爾濱市磨盤山水庫(kù)供水工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2002.