印度尼西亞POSOII水電站基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)

嵇紅剛，劉 洋，王 劍

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

POSOⅡ水電站為印度尼西亞共和國中蘇拉維西省POSO河流域水電規(guī)劃 (三級開發(fā))的第二個梯級電站，電站上、下游分別與POSOⅠ、POSOⅢ銜接，采用低閘引水式開發(fā)，主要任務(wù)是發(fā)電。電站一期裝機(jī)3×65MW，二期擬裝機(jī)2×90MW。水庫正常蓄水位452.00m。

樞紐主要建筑物有:閘壩、右岸取水口、前池、壓力鋼管、發(fā)電廠房、尾水建筑物、開關(guān)站。施工期導(dǎo)流采用左岸明渠導(dǎo)流。

首部樞紐建筑物主要布置情況如下:

三孔有閘門控制平底寬頂堰，開敞式泄水閘每孔凈寬度8m，閘室底板頂面高程446.50m，閘室順?biāo)飨蜷L度為24.3m，采用整體結(jié)構(gòu)，閘頂高程456.00m。

兩孔無閘門控制的曲線型溢流堰分別位于有閘門控制泄水閘的左右側(cè)，每孔寬度12.25m，堰頂高程452.00m，與正常蓄水位一致。

左岸溢洪道由導(dǎo)流明渠改建，后期在明渠底板上修建曲線型溢流堰，堰頂高程452.00m，與正常蓄水位一致，溢流寬度20m。

閘壩下游采用底流消能，河床部位的三孔有閘門泄水閘與兩孔無閘門溢流堰末端接消力池，消力池底板頂高程 443.00m，尾坎頂高程 445.65m，寬度41.75～59.00m，長度49.2m。左岸泄流明渠消力池底板頂高程446.50m，寬度20m，長度16.3m。

右岸進(jìn)水渠前沿設(shè)置寬×高為1.5m×1.0m的沖沙槽，將泥沙排向下游。

2 閘址區(qū)工程地質(zhì)條件

通過對閘區(qū)覆蓋層調(diào)查，閘區(qū)岸坡及河床覆蓋層主要有以下3層:

灰色礫質(zhì)粉土:礫石粒徑一般為1～3cm，少量3～5cm，成分為灰綠色片巖、紫紅色硅質(zhì)巖，含量約占50%～60%，土為灰色粉土，約占40%～50%。

碎石土:碎石粒徑6～9cm，成分為紫紅色硅質(zhì)巖、綠片巖，約占15% ～25%，礫石粒徑3～5cm及1～2cm，成分同上，約占10%～20%，土為灰色粉土。

塊碎石土層:灰色塊碎石土層，為全、強(qiáng)風(fēng)化砂巖，綠片巖及粉砂巖風(fēng)化后形成，厚度大于10m，干燥時堅(jiān)硬，遇水后軟化、泥化。

閘址覆蓋層的物理力學(xué)性能建議指標(biāo)見表1。

表1 閘址區(qū)覆蓋層物理力學(xué)參數(shù)建議值

3 閘基滲漏及滲透穩(wěn)定初步分析

閘址覆蓋層由灰色礫質(zhì)粉土、碎石土、塊碎石土層等組成，覆蓋層深約30m厚，壩基局部滲透系數(shù)K＞10－3cm/s。閘基②層礫質(zhì)粉土透水性較弱，該層滲透系數(shù)約為10－5cm/s，滲漏量很小。閘基滲漏主要沿①層碎石土、③層塊碎石土滲漏;閘基③層抗?jié)B強(qiáng)度較低，其允許坡降0.15～0.18，②層礫質(zhì)粉土與①、③層粗粒土的滲透系數(shù)相差了100倍以上，閘壩基礎(chǔ)開挖時揭露出其接觸面上可能存在接觸沖刷或管涌問題。閘基處理措施應(yīng)結(jié)合各層土體的透水性及允許坡降，確保閘基土體的抗?jié)B穩(wěn)定性。

閘基防滲主要解決兩個關(guān)鍵問題:一是滲透流量控制，防止水量的過多損失;二是閘基滲透穩(wěn)定控制，主要是防止閘基土層發(fā)生滲透破壞，保證建筑物的安全。根據(jù)碎石土地基特點(diǎn)及控制水頭 (上游正常蓄水位452.00m，下游無水443.0m)約9m，采用滲徑系數(shù)法進(jìn)行初步計(jì)算如下:

式中 L——閘基防滲長度;

H——水頭;

［J］——允許滲流坡降，碎石土可取0.2～0.3。

閘壩在正常運(yùn)用時，上下游最大水頭差為9.0m，閘壩基礎(chǔ)主要置于碎石土層上，碎石土允許滲流坡降取0.20～0.30時，計(jì)算可得所需閘基防滲長度為30～45m。

4 防滲設(shè)計(jì)

4.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》 (SL 265—2001)6.0.4“驗(yàn)算閘基抗?jié)B穩(wěn)定性時，要求水平和出口段的滲流坡降分別小于表6.0.4規(guī)定的水平段和出口段允許滲流坡降值”，同時滿足地質(zhì)建議的各層土體允許滲透值。

POSOⅡ水電站閘址覆蓋層由灰色礫質(zhì)粉土、碎石土、塊碎石土層等組成，水平段礫質(zhì)粉土允許滲流坡降為0.45～0.55，出口段礫質(zhì)粉土允許坡降為0.45～0.55、碎石土允許坡降0.20～0.30、塊碎石土允許坡降0.15～0.18。

閘基、兩岸滲透穩(wěn)定滲流量小于枯水期多年平均來水量的1%。

4.2 計(jì)算參數(shù)選取

閘基二維有限元滲流計(jì)算選取的斷面為較深厚的覆蓋層基礎(chǔ)，滲流計(jì)算參數(shù)見表2。

表2 覆蓋層滲流計(jì)算取值

4.3 滲流計(jì)算

4.3.1 天然工況

根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的地質(zhì)資料，共選取3個剖面，分析泄洪閘及左、右岸溢流壩段天然工況下穩(wěn)定滲流期條件下閘室底板及出口段滲流情況。天然工況下典型計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 A-A剖面滲流計(jì)算模型 (天然工況)(單位:m)

天然工況閘室滲流計(jì)算結(jié)果見表3，閘基水頭等值線典型圖如圖2所示。

表3 天然工況閘室滲流計(jì)算結(jié)果

圖2 總水頭等值線分布典型圖 (天然工況)(單位:m)

無防滲設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果表明，閘室下游出逸處的計(jì)算滲流坡降小于基礎(chǔ)覆蓋層允許滲透坡降，計(jì)算的總滲漏量也小于多年平均枯水期流量的1%，但是各剖面位置基礎(chǔ)覆蓋層內(nèi)的滲透坡降最大值為0.58～0.63，主要分布于閘室基礎(chǔ)前段，超過覆蓋層允許滲透坡降，滲透穩(wěn)定不滿足要求。

4.3.2 有防滲措施

為避免鋪蓋前部滲流的淘刷和延長滲徑，同時為有效阻斷鋪蓋下相對較差地層受滲流的影響，在閘前鋪蓋前端設(shè)置深齒墻。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬定水平鋪蓋長度20m，齒墻深度分別為3m、4m、5m計(jì)算分析不同剖面基礎(chǔ)的滲透穩(wěn)定情況。

采取水平防滲措施后閘室滲流計(jì)算結(jié)果見表4～表6。設(shè)齒墻后閘基水頭等值線典型圖如圖3所示。

表4 滲流計(jì)算成果 (3m齒槽+20m鋪蓋方案)

表5 滲流計(jì)算成果 (4m齒槽+20m鋪蓋方案)

表6 滲流計(jì)算成果 (5m齒槽+20m鋪蓋方案)

圖3 總水頭等值線分布典型圖 (5m齒槽+20m鋪蓋方案)(單位:m)

計(jì)算結(jié)果表明，20m鋪蓋+5m齒墻防滲方案的閘室基礎(chǔ)覆蓋層內(nèi)和下游滲流出逸處的計(jì)算滲流坡降均小于基礎(chǔ)覆蓋層允許滲透坡降。

5 結(jié)語

為避免鋪蓋前部滲流的淘刷和延長滲徑，降低閘室底部滲透坡降，有效阻斷鋪蓋下相對較差地層受滲流的影響，同時結(jié)合本工程樞紐布置方案，建議鋪蓋長度設(shè)為20m，并在其前端設(shè)5m深齒墻。

另外，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，建議在閘壩出逸處采取反濾保護(hù)，即消力池底板下設(shè)置反濾排水措施。建議在閘壩基礎(chǔ)局部滲透系數(shù)K＞10－3cm/s的部位進(jìn)行帷幕灌漿。防滲措施施工是隱蔽工程，需在施工過程中加強(qiáng)質(zhì)量控制。