磨盘山水库坝基防渗工程设计技术特点.pdf

2 0 1 2年第 3期 ( 第4 O卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j ia n g S ci e n ce a n d T e ch n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n cy No 3 2 01 2 ( T o d a l N o 4 0 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 1 5 9 0 2 磨盘 山水库坝基防渗工程设计技术特点 刘茂祥 ( 黑龙江农垦勘测设计研究院 ， 哈尔滨 1 5 0 0 9 0 ) 摘要 ： 磨盘山水库供水工程为2 0 0 6年新建成的大( 2 ) 型水库， 当时在设计中采用了一些比较先进的设计理论和技术， 现对其进行 总结 。该坝基工程地质条件变化较大 ， 地基不均匀 ， 坝基 防渗系统 复杂 ， 设计 中主河槽段坝基基 础采用塑性混凝 土墙 进行防 渗处理 ， 右坝肩碎石混凝 土及下部卵石混凝土层 ， 采用塑性 混凝 土防渗墙处理 。 关键词 ： 磨盘山水库； 防渗系统； 混凝土防渗墙； 三维渗流数值模拟 中图分类号： T V 6 9 7 文献标识码： B 1 工 程概 况 磨盘山水库位于拉林河干流上游五常市沙河子乡沈家 营村上游 1 8 k m附近， 坝址距哈尔滨市区约 1 8 0 k m， 水库坝 址以上流域面积 1 1 5 1 k m 。是一座以哈尔滨市居民生活供 水为主， 兼向沿线山河、 五常等城镇供水， 并结合下游防洪、 农田灌溉、 环境用水等综合利用的大型水利枢纽工程。 磨盘山水库供水工程于 2 0 0 2年得到国家计委批准 ， 2 0 0 3 年 4月 2 0日项 目破土动工 ， 2 0 0 4年 9月 2 8日实现大坝截流 ， 2 0 0 5年 9月 2 5日完成大坝下 闸蓄水 ， 2 0 0 6年 9月 3 0日开始 供水调试， 2 0 0 6年底开始向哈尔滨市正式供水。实现了一期 日供水 4 5万 t 的目标。2 0 0 9年 I 1 月随着二期管线工程的全 线竣工， 磨盘山水库实现 日供水 9 0万 t 的设计能力， 满足全 市区的用水需求。 磨盘山水库已投入运行使用将近 6 a ， 在城市供水 、 防洪 除涝、 农 田灌溉及环境用水等方面发挥了巨大的社会效益和 经济效益 。 2 坝基防渗 系统 主河槽段坝基基础处理对卵石混合土层采用塑性混凝 土墙进行防渗处理， 塑性混凝土防渗墙厚度为 8 0 e m， 防渗墙 混 凝 土 2 8 d 抗 压 强 度 为 3 55 M P a ，弹模 为 5 0 0 1 0 0 0 MP a ， 抗渗允许比降须t6 0 ， 渗透系数 11 0e m s ， 防渗墙顶高程河床处为 2 8 8 0 m， 防渗墙底高程进入强风化 层基岩面以下 1 0 m。混凝土防渗墙下接帷幕灌浆， 帷幕灌 浆单排 布置 ， 孔距 为 1 5 m， 深 度 至基 岩吸 水率 5 L u以 下 5 0 m。 左坝肩碎石混合土及其下部的卵石混合土层， 采用塑性 混凝土截渗墙处理， 墙底进入强风化层基岩面 以下1 0 m。 防渗墙底部至弱透水基岩( 岩石吸水率5 L u ) 以下5 m范围内 采用帷幕灌浆处理 ， 左坝肩防渗墙及帷幕灌浆处理范围至左 岸弱透水 区。桩号 为 0+ 0 0 6 7 。 右坝肩按 1 ： 1 坡度进行开挖并填筑黏土心墙， 黏土心墙 与溢洪道闸室边墙间设钢筋混凝土连接段， 黏土心墙与钢筋 混凝土连接段采取侧墙式连接， 连接段左侧与土坝黏土心墙 以 1 ： 1 坡度相接， 右侧与闸室左边墩相接。与连接段相接处 黏土心墙 采取 加大断面处理 ， 心墙顶 宽为6 0 m， 上下游边 坡 均为 1 ： O 2 5 ， 长度为1 0 m， 设 2 0 I T I 渐变段与原心墙断面相接。 右坝肩心墙与基岩接触面间设混凝土盖板， 混凝土盖板厚度 为0 5 m， 基岩进行帷幕灌浆处理， 帷幕灌浆深度至弱透水区 ( 基岩吸水率5 L u ) 以下5 m。右岸灌浆至溢洪道右侧边墙以 右l 0 m。 本工程坝基处 理 的特点是 ， 坝 基地 质条 件变 化较 大 ， 地 基不均匀， 坝基防渗系统复杂。 3 混凝土防渗墙的应用 自2 0世纪 6 0年代以来 ， 塑性混凝土防渗墙在世界各地 收稿日期 2 0 1 2一 o 5一l 5 作者简介 刘茂祥( 1 9 6 9一) ， 男， 山东莱芜人， 高级工程师， 主要从事水利水电工程规划设计、 研究工作。 - - - 1 5 9 - 2 0 1 2年第 3期 ( 第 4 0卷) 黑龙江水利科技 H e il o n g j i a n g S ci e n ce a n d T e ch n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n cy No 3 201 2 ( T o d a l N o 4 o ) 得到了非常广泛的应用， 与刚性混凝土相比， 塑性混凝土具 有强度低， 初始弹模低 ， 极限应变大， 能适应较大变形， 有利 于改善防渗墙体的应力状态等特点， 同时它能节省水泥， 降 低工程造价另外， 它还能就地取材， 便于施工因此它在我国 水利工程中也有很广泛的应用， 我国的塑性混凝土防渗墙技术的实验研究始于 2 0世纪 8 0年代中期， 8 0年代末期应用于工程实践。 国内的塑性混凝土防渗墙试验首先由清华大学 、 水利部 山西水利水电勘测设计研究院、 中国水利水电基础工程局等 单位率先开展， 取得丰硕的成果 ， 极大地推动了我国塑性混 凝土防渗墙技术的发展。试验研究工作的主要内容是： 塑 性混凝土材料静 、 动力学特性研究； 塑性混凝土防渗墙结 构设计理论与设计方法研究； 塑性混凝土防渗墙结构静力 分析与动力分析 ； 塑性混凝土防渗墙的耐久性研究 ； 塑 性混凝土配合比试验研究 ； 塑性混凝土防渗墙施工工艺和 施工方法研究 ； 防渗墙接头试验研究； 现场测定、 分析塑 性墙的墙体应力应变状态和防渗性能。 根据上述研究成果并结合磨盘山水库枢纽工程的地质 条件 ， 设计单位经充分分析和论证后采用作为磨盘山水库土 石坝工程的主要防渗系统 ， 这是我省在大型水利枢纽工程中 首次采用塑性混凝土防渗墙做为基础防渗处理方案( 省内首 次独立设计并实施) 。该方案在保证水库的安全运行条件 下， 节省水泥用量， 同时在节能、 节水等方面发挥重要的工程 效益 。 4 三维渗流分析 在土石坝设计 中结合基础防渗处理对全坝段进行了有 限元三维渗流数值模拟分析计算 ， 根据混凝土防渗墙的不同 防渗范围、 墙下对岩石不同的灌浆标准、 不同的工况进行 了 多种组合计算方案 ， 使灌浆范围更加精确合理。主要计算成 果见表 1 。 从上表所列结果看 ， 左岸基础防渗墙长度 1 5 0 i n ( 半封闭 方案) 、 墙底灌浆标准 3 L u 和左岸基础防渗墙长度 2 0 0 In ( 全 封闭方案) 、 墙底不灌浆时， 卵石混合土层最大渗透比降大于 该层允许渗透比降 J = 0 1 ， 不能满足渗透稳定的要求。左 岸基础防渗墙长度2 0 0 m( 全封闭方案) 、 墙底灌浆标准 3 L u 和 5 L u 时均满足渗透稳定要求 ， 灌浆标准从 3 L u 降到 5 L u ， 渗漏量只增加 1 3 ， 年损失量增加额