（水利工程专业论文）大渡河沙湾水电站工程厂房深基坑渗流计算及防渗处理措施研究.pdfVIP

大渡河沙湾水电站工程 厂房深基坑渗流计算及防渗处理措施研究 硕士研究生：李万军指导教师：廖华胜教授高明军高级工程师 摘要 目前，越来越多的水利水电工程不可避免地位于河床覆盖层上，有的 工程覆盖层深达数百米。覆盖层为分布于地表的未经胶结成岩的形成于第 四纪的各种松散状态的堆( 沉) 积物，它的物质组成及其物理力学指标在 空间分布上变化较大，常常给工程带来渗透稳定、基础沉降不均或沉降变 形过大等工程问题。因勘察试验手段和理论分析方法上的局限性，我们对 覆盖层的工程特性的了解还是片面的，工程经验在解决工程问题中起着重 要作用。 ， 本文紧紧围绕厂房深基坑开挖及其稳定的关键技术问题，在分析掌握 工程前期有关资料基础上，结合围堰防渗墙施工情况，对围堰堰体进行渗 流稳定计算分析和综合研究，提出了基坑在开挖至各高程、当防渗墙施工 正常及因施工缺陷等因素情况下防渗墙渗透特性不同时的渗流场各相关 要素的变化规律，以及工程上应采取的措施建议。 本文主要研究问题和成果如下： ( f ) 大渡河沙湾水电站厂房位于河床右侧深河槽范围内，河床覆盖层 深度达近7 0 f l l ，除具有典型的深厚覆盖层的工程特征外，工程地质和水文 地质条件十分复杂；因厂房建基面高程很低，在河床覆盖层内开挖并形成 了深达6 6 m 、截水面积约7 2 0 0 0 m 2 ，平面面积在围堰塑性混凝土防渗墙范围 内达近2 0 万m 2 的又深又大的基坑( 厂房深基坑) ，且需经过2 个汛期洪 水的考验，工作条件复杂。目前，类似问题在国内实属罕见。厂房深基坑 开挖及施工过程中，围堰防渗措施的可靠性和边坡稳定特别是渗透稳定问 题十分突出，是沙湾电站工程的关键技术问题之一，它关系到工程能否安 全有序按计划建成。 ( 2 ) 本工程河床覆盖层深厚，地质条件复杂，防渗墙最深达7 8 m ，为 保证质量，对施工工艺要求较高。本文结合工程的具体情况，建立了防渗 墙因施工缺陷等原因而丌叉时的渗流计算模式，该计算模式考虑了防渗墙 开叉时墙厚沿深度方向变薄、渗透性能沿深度方向增大的实际情况。计算 表明：防渗体开叉时，堰体渗透特性将发生变化，防渗墙阻水防渗作用减 弱明显，出逸坡降约为0 5 o 8 ，大于允许坡降允许值；渗流量均比防 渗体未开叉时大约为2 至5 倍( k = l o 。c m s ) 。采用开裂模式计算了防渗体 不同部位开裂时的渗流情况，得出了防渗体下部开裂时其渗透稳定性比上 部开裂时要好的结论。 ( 3 ) 对厂房不同建基面高程即基坑开挖至3 5 2 m 、3 6 0 m 和3 6 8 m 高程等 三种方案的渗流特性进行了计算分析和比较，得出了3 6 8 m 高程方案比 3 6 0 m 或3 5 2 m 方案为好，3 6 0 m 高程方案需要保护处理的范围较3 5 2 m 高程 方案简单或方便，3 6 8 m 高程方案最佳，3 6 0 m 方案可行，3 5 2 m 高程方案 处理难度较大的结论，对厂房建基面高程方案通过综合比较选择具有重要 指导意义。 ( 4 ) 模拟施工开挖程序并考虑防渗墙施工质量等因素的影响，防渗墙 渗透系数k 取1 0 6 c m s ，1 0 c m s 和1 0 。c m s 等不同值时，进行渗流敏感 性计算分析，包括其对浸润线、渗透量及渗透坡降等的影响，当k = i o c m s 和k = 1 0 1c m s 时，浸润线分布、渗透流量及渗透坡降等渗流参数基本相 近，而k = 1 0 1c m s 时，其分布和前两者的差别较为明显。k = t 0 1c m s 时， 基坑开挖至高程3 6 8 m 以上时，坡面没有出逸点，出逸边界( 淹没) 坡降 值最大约0 2 6 9 ( k = 1 0 1 c m s ) ，比允许值的0 2 5 稍大，基本满足要求， 而3 6 0 m 和3 5 2 m 方案在k = 1 0 1 c m s 时在背水坡面上仍有出逸，其坡降值为 o 6 0 左右，需采取工程措施，但3 6 0 m 高程方案出逸边界范围相对较小。 通过渗流敏感性计算分析表明：厂房建基面高程拟定为3 6 8 m 左右是切实 可行的，考虑到厂房建基面高程为3 6 0 m 左右时，出逸边界范围较小，若 保护措施得当，厂房建基面高程拟定为3 6 0 m 左右也是可行的。 ( 5 ) 根据渗流计算分析及深基坑稳定性有限元计算成果，结合沙湾电 站的具体情况，对深基坑边坡初步提出了保证渗透和边坡稳定的主要措 施。 关键词：覆盖层深基坑防渗墙渗流稳定计算分析措施 l l ： 雩 n u m e r i c a ls i m u l a t i o no ns e e p a g ef l o wa n di n v e s t i g a t i o no n m e a s u r e m e n to f s e e p a g ep r e v e n t i o ni nd e e pf o u n d a t i o np i to f s h a w a n h y d r o p o w e rs t a t i o n ，d a d u h e ，s i c h u a n p o s t g r a d u a t e ：l iw a n j u n s u p e r v i s o r ：p r o f f e s o r ，l i a oh u a s h e n g s e n i o re n g i n n e r , g a om i n g j u n a b s t r a c t n o w a d a y s ，m o r ea n dm o r eh y d r op r o j e c t s h a v et ob eb u i l to nt h e o v e r b u r d e nl a y e rf o u n d a t i o ni nr i v e r s ，w h i c hd e p t h si se v e nh u n d r e d so f m i t e r s i ns o m ep r o j e c t s a si sk n o w n , o v e r b u r d e nl a y e ri ss u b s t a n t i a l l yc o m p o s e do f d e b r i sa n ds e d i m e n t a r yd e p o s “w h i c hw e r em a d ei nt h eq u a t e r n a r yp e r i o da n d a r ed i s t r i b u t e di nt h es u r f a c eo ft h ee a r t h i nm a n yc a s e s b e c a u s eo fi t s s p a c i o u sv a r i a t i o no fc o m p o s i t i o n sa n dp h y s i c a lm e c h a n i c s c h a r a c t e r i s t i c s ， o v e r b u r d e nl a y e ro f t e nb r i n g sm a n yp r o b l e m ss u c ha ss e e p a g ei n s t a b i l i t y , d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n ta n de x c e s s i v ed e f o r m a t i o n b e c a u s eo ft h el i m i t a t i o n s o fe x p e r i m e n t a lm e a n sa n dt h e o r e t i c a lm e t h o d s ，t h ep e r f o r m a n c e so f o v e r b u r d e nl a y e ra r es t i l lo n e - s i d e da n d e n g i n e e r i n ge x p e r i e n c e s a n d n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei np r a c t i c a lp r o j e c t s f i r s t l y , n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n di n v e s t i g a t i o nw e r ec a r r i e do u to nt h e k e yt e c h n i q u ep r o b l e m s ，s u c ha sd e e pp i te x c a v a t i o np r o c e s sa n ds t a b i l i t yo n t h eb a s i so fr e l e v a n te n g i n e e r i n g舳a n dt h ec o n s t r u c t i o no fs e e p a g e p r e v e n t i o nw a l l t h e nt h ei n t e r r e l a t i o n s h i p b e t w e e ne a c hk e ye l e m e n ti n s e e p a g ef i e l d sw a sf o u n d ，w h i c hw e r ec h a n g e dw i t hd i f f e r e n tc o n d u c t i v i t yo f c u t o f fw a l l i n f l u e n c e db ye x c a v a t i o ne l e v a t i o n ，c o n s t r u c t i o nq u a l i t y ，e t e f i n a l l y , m e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n sw e r es u p p o s e dt os o l v et h e s ee n g i n e e r i n g p r o b l e m s 1 1 圮m a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sw e r el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) mp l a n t so fs h a w a nh y d r o p o w e rs t a t i o n a r el o c a t e di nt h ed e e p c h a n n e li nt h er i g h tf i v e rb e dw h e r et h eo v e r b u r d e nl a y e rw a s7 0 md e e po rs o i i l a n d h a dc o m p l i c a t e dg e o l o g ya n dh y d r o l o g yc o n d i t i o n s s p e c i a lm i x e d d e v e l o p m e n ts c h e m ew i t l lal o we l e v a t i o no f b a s i cp l a n ew a se m p l o y e di nt h i s p r o j e e t t os a t i s f yt h ec o n s t r u c t i o nd e m a n d so fp l a n tf o u n d a t i o n ，as o - c a l l e d d e e pf o u n d a t i o np i tw e r ef o r m e dw h i c hd e p t hw a s6 6 ma n da r e ao f2 0 0 ，0 0 0 m 2 i nt h er a n g eo fs e e p a g ep r e v e n t i o nw a l l a c c o r d i n gt oo r i g i n a ld e s i g no p t i o n , t h ed e e pf o u n d a t i o np i ts h o u l db ee x p e r i e n c e df o r2f l o o ds e a s o n s t h e c o m p l e xw o r kc o n d i t i o n sa n dt h es c a l eo ft h ep i ts u c ha st h i sp r o j e c ta r e w i t h o mp r e c e d e n ti nd o m e s t i c d u r i n gt h e p r o c e s so fe x c a v a t i o n a n d c o n s t r u c t i o n , t h es t a b i l i t yo fs e e p a g ec o n t r o la n ds l o p eo ft h ec o f f e r d a m e s p e c i a l l yt h ef o r m e rw a si s s u e do u t s t a n d i n g l yw h i c hw a so n eo ft h ek e y t e c h n o l o g yp r o b l e m s ，w h i c hi n v o l v e dt h e i s s u ew h e t h e rt h es h a w a np r o j e c t c o u l db eb u i l tu ps a f e l ya n do r d e r l i l yo ns c h e d u l e ( 2 ) t m sp r o j e c td e m a n d e dah i g hq u a l i t yo fc o n s t r u c t i o nb e c a u s eo ft h e t h i c ko v e r b l l r d e nl a y e r , c o m p l i c a t e dg e o l o g yc o n d i t i o n sa n dd e e pc t r m f fw a l l ( m a x i m u mw a s7 8 m ) i nt h i sp a p e r , c o n s i d e r i n gt h es p e c i f i cc o n d i t i o n s , a s e e p a g ec o m p u t a t i o ns c h e m ew a ss e tu pt os i m u l a t et h eb r a n c h i n ga n dg a p o c c u r r e di nt h ec u t o f fw a l lc a u s e db yc o n s t r u c t i o nd e f o a t s ，e r e f r o mt h e c a l c u l a t e dr e s u l t s ，i nc a s eo fb r a n c h i n go rg a p p i n gi nt h ec m - o f fw a l l ，t h e s e e p a g ep r e v e n t i o no fc u t o f fw a l lw a sw e a k e n e d ，w h i c hd i r e c t l yc a u s e dt h e f o l l o w i n gr e s u l t s ：i ne a c hc a s e ，s e e p a g ed i s c h a r g et h r o u g ht h ec o f f e r d a mw a s i n c r e a s e d2t o5t i m e st ot h en o r m a lc a s e sa n dt h ee x i tg r a d i e n tw a so 5 o 8 w h i c hw a so v e rt h ea l l o w e dv a l u eo f c r i t i c a lg r a d i e n t c o m p a r a t i v e l ys p e a k i n g ， i tw a sb e t t e rt h a tt h eg a p st o o kp l a c ea tt h el o w e rp a r to ft h ew a l lt h a nt h e u p p e rp a r t ( 3 ) t h es i m u l a t i o no n3e x c a v a t i o ne l e v a t i o n s ，i e 3 5 2 m ，3 6 0 ma n d3 6 8 m ， w e i 它c o n d u c t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tj nt h e3c a s e sa b o v ew i t ht h es a m e p e r m e a b i l i t y , t h e f e a s i b l e o p t i o n s o fe x c a v a t i o ne l e v a t i o nf o r p l a n t c o n s t r u c t i o na r e 3 6 8 m ，3 6 0 m a n d3 5 2 m t h e s ec o n c l u s i o n sa n d c o r r e s p o n d i n gs u g g e s t i o n sw e r ei m p o r t a n tt os e l e c tt h ep r o p e rs e l e c t i o no f p l a nc o n s t r u c t i o ne l e v a t i o n ( 4 ) t h es i m u l a t i o no ns e e p a g es e n s i t i v i t yi n c l u d i n gt h ep h r e a t i cs u r f a c e ， s e e p a g ed i s c h a r g et h r o u g ht h ec o f f e r d a ma n ds e e p a g eg r a d i e n tw a sp r o c e e d e d w i t ht h ed i f f e r e n tp e r m e a b i l i t yo f1 0 m s ，1 0 c m sa n d1 0 4 c m s ，c o n s i d e r i n g t h ee x c a v a t i o np r o c e s sa n dc o n s t r u c t i o nq u a l i t yo fc u t o f fw a l l t h ec a l c u l a t e d r e s u l t so f e a c he x e a v a t i o ne l e v a t i o nw e r er a t h e rd i f f e r e n t w h e nt h e p e r m e a b i l i t yw e r ea d o p t e da s1 0 5 c m sa n d 10 + c m s t h ep h r e a t i cs u r f a c e s h o w e das i m i l a rd i s t r i b u t i o np a t t e ma n di tr o s e5 1 0 ma f t e rt h ec u t o f fw a l l w i t ht h e1 0 。4c m so f p e r m e a b i l i t y w i t ht h e1 0 - m so f p e r m e a b i l i t yo f c u t o i f , t h ee x i tg r a d i e n t sc o u l ds a t i s 母t h ed e m a n d sa te l e v a t i o no f3 6 8 m ；w h e nt h e e x c a v a t i o ne l e v a t i o nr e a c h e d3 6 8 m ，t h em a x i m u me x i tg r a d i e n tw a so 2 6 9 ，a s l i g h t l yl a r g e rt h a n t h a nt h ep e r m i t t e dv a l u e ，w h i c hw a ss a t e i fp r o p e r m e a s u r e sw e r et a k e n ；w h i l ei fw a s3 6 0 mo r3 5 2 m ，t h em a x i m u me x i tg r a d i e n t w a sa b o u t0 6 0 p r o t e c t i o nm e a s u r e sm u s tb et a k e no t h e r w i s et h ee x i tp o s i t i o n w o u l dh ed a m a g e d a c c o r d i n gt o t h ee a l e u l a t e dr e s u l t sa n da n a l y s i st o s t a b i l i t yo fd e e p f o u n d a t i o np i t , c o n s i d e r i n gt h es p e c i f i cc o n d i t i o n so fs h a w a nh y d r o p o w e r s t a t i o n , t e n t a t i v em e a s u r e st og u a r a n t e et h es l o p es t a b i l i t yo ft h ec o f f e r d a m w e r ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：o v e r b u r d e nl a y e r , d e e pf o u n d a t i o np i t ，c u t - o f fw a l l ，s e e p a g e s t a b i l i t y , s e e p a g ec o n r o lm e a s u r e m e m s v 1 绪言 1 1 覆盖层的工程特性 覆盖层即松散沉积物，是指广泛分布于地表的未经胶结成岩的形成于 第四纪的各种松散状态的堆积物。它是由岩石经风化、侵蚀、搬运、沉积 等地质作用而形成的。 松散沉积物一般具有分布范围广，地层变化复杂，组成物质的强度、 压缩性、透水性等在空间分布上变化较大的特点。因此，覆盖层地基常常 给工程带来渗透稳定、边坡或基础稳定、基础沉降过大或不均匀沉降等问 题。 当工程上不可避免地遇到覆盖层地基或边坡时，首先应通过地质勘察 查明覆盖层的厚度、成层和分布状况，同时采用现场取样室内试验或现场 原位测试并结合工程类比等方法了解组成物质物理力学特性在空间分布 上的状况；其次，根据工程的具体情况和要求，进行渗流计算分析，确定 渗流区内浸润线位置，绘制流网图，计算渗透流量和渗流逸出处及不同土 层交界处的渗透坡降等；结合覆盖层各土层的级配、允许渗透坡降等物理 力学指标进行渗流稳定分析和有关边坡的稳定分析。根据各种计算分析成 果，工程上采取相应的应对措施。 目前，因勘察试验手段和理论分析上的局限性”1 ，我们对覆盖层的工 程特性未完全了解和掌握。实际工程中，较多情况下采用理论分析结合工 程类比方法。随着岩土力学的发展和试验手段的日趋合理、完善，以及工 程经验的积累。获取的资料和信息将更加准确全面，这为覆盖层地基或边 坡的稳定分析、变形分析、与建筑物相互作用分析等提供了便利条件。 1 2 课题背景 在我国西南地区，由于特殊的地域条件，许多在建或待建的水利水电 工程不可避免地位于覆盖层上。随着我国水利水电事业的快速发展，地质 条件相对较好的坝( 厂) 址越束越少，工程上面临的覆盖层地基越来越多， 而且覆盖层厚度越来越深，需解决的工程问题将更加复杂。 大渡河干流上的沙湾水电站工程，其枢纽工程主要建筑物布置于河床 深厚覆盖层上。大渡河在该河段河谷开阔，河流由n 5 5 。w 转$ 2 0 。w 流经 本区，河床高程4 1 0 4 2 0 m 。厂房坝段内河床覆盖层深厚，河床砂卵石层 最大厚度达6 6 m ，其物质成份中、上部为第四系全新统现代河流冲积堆积 层( q | “) ，厚6 6 4 0 6 m ，按其组成物质差异分为两层，】i 一2 层为漂卵 砾石夹砂，厚6 6 3 3 2 m ，层中夹一2 一、i i - 2 - 堰) 、i 卜2 层砂层透 镜体；i i 一1 层为砾卵石夹砂，厚0 2 6 o m ，层中夹一卜粉细砂层透镜 体；下部为第四系上更新统冲、洪积堆积( q “) 之i 一3 i 一2 层，厚o 4 4 5 m ，物质组成上部为砾卵石夹粉土；下部为砾卵石夹砂，层中局部夹 i 一2 一砂层及i 一2 一粘土夹砾石透镜体，砂层透镜体最大厚度达 1 8 0 8 m 。下伏基岩岩性为三叠系中统雷口坡组( t ：。2 t 2 ，5 ) 层之泥质白云 岩、岩溶角砾岩、泥质白云岩和灰岩，其厚度分别为3 0 7 4 0 m 、7 2 3 7 5 m 、1 7 5 3 8 m 和5 3 8 5 m 。岩石强风化带厚o 6 3 m ，弱风化带厚2 6 5 8 m 。岩体内t 2 ，3 层岩溶角砾岩具中等岩溶发育，完整性差，据钻孔压水 试验，段内基岩除泥质白云岩外其它各类岩体渗透性均较强，属中等透水 层，泥质白云岩透水性较弱，透水率大多小于5 l u 。根据沙下z k l 0 1 、z k l 0 2 、 z k l 0 6 、z k l 2 1 等地质钻孔揭示，该层岩石中有岩溶承压水发育，隔水顶 板高程3 3 9 7 4 3 4 8 8 7 m ，实测承压水头7 8 4 2 8 6 4 2 m ，涌水量2 7 3 8 7 o l m i n 。因此，该深厚覆盖层工程地质和水文地质条件十分复杂。 该工程采用了较为特殊的混合开发方式( 河床式厂房+ 长尾水渠) ，即 建坝壅水高1 5 5 m ，与铜街子尾水相衔接，河床式厂房，厂后接长9 0 1 5 m 的尾水渠，尾水渠利用落差1 4 5 m 。这种开发方式和工程布置型式使水轮 机的安装高程较低( 高程3 9 5 m ) ，厂房段设计建基面平均开挖高程在3 6 0 m 左右。为满足厂房建基条件，在深厚覆盖层河床内开挖形成了平面面积近 2 0 万m 2 、截水面积约8 0 0 0 0 m 2 、开挖最大深度近7 0 ( 防渗墙最大深度7 8 m ) 的又大又深的基坑( 深基坑) 。 目前国内与沙湾水电站防渗墙规模类似的围堰工程有三峡( 下堰深槽 段防渗墙最大深度7 3 5 m ) 、小浪底( 防渗墙最大深度7 3 4 m ) 等工程( 我国 部分深度超过4 0 m 的混凝土防渗墙工程见表卜1 ) 阱1 。但是沙湾水电站一 期围堰防渗墙与其相比，由于以下原因，施工中不确定的因素更多，困难 和风险性更大： ( 1 ) 三峡堰身最高达8 2 5 m ，防渗墙主要位于堰体中，围堰按挡水 2 标准2 0 年一遇以上设计，在防渗墙的挡水期出现承受设计挡水头的概率 较低，而且即使出现是短时间的。而沙湾水电站围堰堰身仅高约9 m ，防 渗墙主要位于堰基中，需经过2 个汛期洪水的考验，其挡水期几乎是一直 承受较高的水头压力。 ( 2 ) 三峡和小浪底围堰的防渗墙在设计阶段做了大量的工作，并邀 请国内外著名的许多专家及公司进行了反复咨询研究和计算工作。而沙湾 水电站不可能有如此高的投入。 ( 3 ) 三峡和小浪底围堰在防渗墙施工期埋入了大量的观测仪器，而 沙湾水电站在轴线总长约1 2 0 0 m 的防渗墙内未设任何的观测仪器， 沙湾水电站工程虽然电站装机规模比三峡、小浪底等工程小，但其围 堰的防渗墙规模与它们不相上下，技术难度和面l 临的问题甚至更加复杂。 相比较而言，三峡和小浪底等围堰的塑性防渗墙的施工质量应更有保障 沙湾水电站工程面临的许多问题都是国内水利水电工程界实属罕见 的。厂房基坑施工开挖后存在深基坑边坡稳定尤其是砂层透镜体边坡稳定 及基坑内岩溶承压水对施工的影响等工程问题，在厂房深基坑开挖前必须 予以足够的重视，基坑开挖形成的覆盖层边坡的稳定对于保证施工安全有 序进行非常重要，这是本工程能否成功建成的一个关键。因此，对施工过 程中的厂房深基坑进行渗流分析，并对深基坑边坡采取有针对性的工程处 理措施保证边坡稳定，进而保证施工安全是厂房深基坑施工需迫切解决好 的首要问题。 1 3 技术路线 ( 1 ) 以目前已有的沙湾水电站地质勘探试验资料、可研设计报告、一 期围堰基坑施工组织设计和施工过程中的相关资料等为基础，结合现行的 水电站厂房设计规范( s l 2 6 6 2 0 0 1 ) 、水闸设计规范( s l 2 6 5 2 0 0 1 ) 、 碾压式土石坝设计规范( s l 2 7 4 2 0 0 1 ) 等要求和规定，对一期围堰堰 体典型断面进行二维渗流分析计算： ( 2 ) 一期围堰设计采用的塑性混凝土防渗墙由于深度较大，施工过程 中不确定性因素较多，塑性混凝土防渗墙的施工质量多方存有疑虑，对此， 渗流分析时，对围堰防渗墙渗透系数需进行敏感性分析； ( 3 ) 根据围堰堰体典型断面二维渗流分析计算成果，结合围堰堰体稳 定计算成果，提出保证基坑边坡稳定的工程处理措施建议；对施工过程中 多方关心的有关问题提出建议； ( 4 ) 模拟围堰塑性混凝土防渗墙由于深度较大，防渗墙可能开叉或开 裂的情况进行分析，了解塑性混凝土防渗墙可能开叉或开裂时的影响范围 和程度。 1 4 主要研究内容 ( 1 ) 收集目前已有的沙湾水电站地质勘探、试验、设计、施工资料及 国内类似工程资料； ( 2 ) 为了反映防渗墙施工质量等因素的影响，拟进行防渗墙渗透系数 k 取1 0 c m s ，1 0 5 c m s 和1 0 1 c m s 进行敏感性分析计算，包括其对浸润 线、渗透量及渗透坡降等的影响； ( 3 ) 按施工开挖程序，进行各开挖高程( 暂按a m 层) 时的渗流计算， 得到各处最大渗透坡降随开挖深度变化的规律，找出发生渗透破坏最危险 的开挖高程，并建议采取的工程措施； ( 4 ) 对塑性混凝土防渗墙可能开叉或开裂的工况进行模拟，了解其对 各渗流要素的影响范围和程度； ( 5 ) 给出各开挖高程时的渗透压力分布规律； ( 6 ) 结合边坡稳定分析成果，对围堰堰体薄弱部位进行重点分析，提 出深基坑边坡施工过程中的工程处理措施建议。 4 娶 8 翼童 = 疆 ， o o 譬3 ：h 心 蕾一 d 。 礁 囊3 掣 o 霎3 甓 2 壤凄 噬 悼 峪 刊 甓 隧甓 器器 掣 悼 重簧 臣訾 据啦 ， 咏念叁 赵 m 佴 埠刊悼h 悼刊悼 器蒸 啦器 隧 器熙鹾赠屠赠最 m ， 套毽甘 r w 泊 0 三。硝，t ( 啊。一r m ) h ( r 排水系统l b m 蜮| 战il 斌s 醚s d h d 其中 “，抽注水井的流量( l 3 t ) ： q 入渗强度( 1 t ) ； 厶。河道渗漏率( 1 t ) 厶。排水设施渗漏率( i t ) 尻。河水位( l ) ； 甩，河底高程( l ) ； 口。排水设施底高程( l ) 3 2 4 方程求解 由方程( 3 - 7 ) 、( 3 - 8 ) 和( 3 - 1 0 ) ，可得方程( 3 3 ) 的离散方程： 0 p + 4 ；+ 雌p = n e h e + n 旷h 甲+ n m h n + n s h s + n n e h m e - - a n w h m r + d 旺h 强+ 口日h 蜀f + s + s ? 一 ? b 方程( 3 1 1 ) 为一线性方程组，其中的离散系数矩阵为9 对角元素矩 阵，可由s o r 迭代方法进行求解。i g w 中所采用的s o r 迭代公式为式 ( 3 1 2 ) ： 2 l 绋k + l = + 而o ，+ ) 、 a c h 占+ k + l + a n + 略k + + n n e h n ：+ 口q w h m ? + 口s e h i ? + 4 蚤v h 日一 + s q + s ；哂p + 口；+ 辞) h 、 o 一1 2 ) 式中k 为迭代步数，口为松弛因子 3 3 各开挖高程防渗体渗透系数敏感性分析 3 3 1 浸润线计算结果及分析 为计算方便，计算中对背水面边坡按一坡到底处理，没有模拟坡面上 设计的马道。近似处理的边坡系数为1 ：1 7 ，比实际设计的稍大。基坑 开挖高程为4 0 8 m 一3 5 2 m ( 8 m 层) 时，对“下坝2 剖面”进行了防渗墙渗 透系数i ( = 1 0 1 c m s 、k = 1 0 - c m s 和k = i o 。c m s 时堰体浸润线分布及出逸位 置进行了计算。 各开挖高程防渗墙不同防渗特性下，在防渗墙前、后及出逸点处浸润 线位置特征见图3 3 1 一l 一图3 3 1 3 及表3 - 3 一卜l 。 计算表明：各开挖高程和防渗墙取各种k 值情况下，由于防渗墙离入 渗边界较近，防渗墙前浸润线高程基本一致，且与上游水位相近，约为 4 2 3 9 m ；墙后浸润线高程在k = 1 0 1 c m s 时比k = i o 。5 c m s 和k = 1 0 1 c m s 时 相差较明显，特别是在基坑开挖至高程3 8 4 m 以下时，其差别约为5 m - l o i n ： 出逸点位置在基坑开挖至高程3 6 8 m 以上时的浸润线均与下游水位连接良 好，没有在坡面出逸；在基坑开挖至高程3 6 0 m 时，浸润线在坡面出逸位 置离开挖面约为5 8 3 m ( k = 1 0 1 c m s ) 、2 5 7 m ( k = i o c m s ) 和2 0 5 m ( k = i o 6 c m s ) ，在基坑开挖至高程3 5 2 m 时，则为1 1 5 3 ( k = i o 。e m s ) 、 9 8 m ( k = i o c m s ) 和8 0 7 m ( k _ l o - c m s ) ，即在基坑开挖至高程3 6 0 m 以 下时需要考虑对出逸边界进行适当处理。 由图3 3 - 卜1 和图3 - 3 - 1 2 可见，在基坑开挖至高程3 6 0 m 和3 5 2 m 时，浸润线出逸位置差别不大，主要是因为在高程3 6 0 m 以下为防渗性较 好的基岩，基岩阻水性比覆盖层的高。 图3 - 3 一卜4 和图3 - 3 一卜5 为防渗墙k 值不同，防渗墙阻水作用及墙后 剩余水头随开挖高程变化规律。防渗墙渗透系数由1 0 1 c m s 增大至 1 0 1 c m s 时，防渗墙墙后浸润线在开挖高程3 8 4 m 以上时抬高不太明显， 但高程3 8 4 m 以下则抬高约5 l o m ；随着开挖深度加深，防渗墙消减水头 比例将减小，由基坑开挖至高程4 0 8 m 时的9 9 ( k = i o c m s ，k = 1 0 1 c m s ) 和9 5 ( k = 1 0 1 c m s ) 降至基坑开挖至高程3 5 2 m 时的7 5 ( k = 1 0 。5 c m s ， k = 1 0 1 c m s ) 和6 1 ；同时，墙后剩余水头随开挖深度加深而增加，当k = 1 0 1 c m s 时，在基坑开挖至高程3 6 8 m 、3 6 0 m 和3 5 2 m 时分别为1 2 7 2 m 、1 9 9 m 和2 7 1 8 m ，在k = i o c m s 时为4 1 9 m 、9 9 9 m 、1 7 7 1 m ，在k = i o 。6 c m s 时为3 0 3 m 、8 2 7 m 、1 6 2 5 m 。 因此，当墙体渗透系数取值不同时，对浸润线分布、墙后剩余水头、 出逸点位置等均有明显影响。k = i o c m s 和k = i o 噜c m s 时，浸润线分布 特性基本相近，而k = 1 0 1c m s 时，其分布和前两者的差别较为明显，墙 后浸润线抬高5 l o m ；随着开挖深度增加，防渗墙削减水头作用减弱， 在基坑开挖至3 5 2 m 时降至6 0 - 7 5 左右，墙后剩余水头随着开挖深度增加 而增高，在基坑开挖至高程3 6 8 m 、3 6 0 m 和3 5 2 m 时分别约为3 m 一1 3 m ( 1 0 c m s 。1 0 。c m s ) 、9 m , , - 2 0 m ( 1 0 。5 c m s 1 0 - c m s ) 和1 6 m 2 8 m ( 1 旷c m s l f f 4 c m s ) ；同时，基坑开挖至高程3 6 8 m 以上时，坡面没有出 逸点，至高程3 6 0 m 和3 5 2 m 时其出逸位置接近，约为3 6 2 m 3 6 6 m 和 3 6 0 m 3 6 4 m ，说明基坑开挖至高程3 6 0 m 以下时需要考虑对出逸边界进行保 护或处理。 墨 蜜 一 ! 土 账婚琳+t据求璐罂燃蝗磐叵挣籁烘暇霉!磐艇笸山o。驰姬州辙朱s粥甲l_南匦 眯好琳袁格尔搽溪燃蝗粤匠降妊15f煅毒5磐艇盘山8驰幢州辍朱螺糊竹土_-匝 表3 _ 3 _ 1 - 1 典型位置处浸润线计算结果 开挖 防渗墙 防渗墙处 出逸点位置 高程 渗墙前墙后剩余消减水 高程 与下游 透系数高程高程 水头头比例水位差 ( m ) ( m ) ( c m s ) ( m )( m )( m ) ( ) ( m ) k = i o 一4 2 3 8 54 0 8 7 80 7 89 4 1 94 0 8 0 0o o o 4 0 8 k = 1 0 44 2 3 9 94 0 8 0 40 0 49 9 6 94 0 8 0 00 0 0 k = l o 。4 2 3 8 34 0 1 6 61 6 69 2 3 74 0 0 0 00 0 0 4 0 0 k = i 矿4 2 3 9 94 0 0 10 19 9 5 44 0 0 0 00 0 0 k = i 矿4 2 3 8 23 9 5 2 83 2 88 9 1 93 9 2 0 00 o o 3 9 2 k = i 矿4 2 3 9 93 9 2 2 6o 2 69 9 1 63 9 2 0 00 0 0 k = i o 一4 4 2 3 8 33 9 0 0 16 0 l8 4 5 53 8 4 0 0o 0 0 3 8 4k = i o 一54 2 3 9 73 8 5 1 41 1 49 7 0 83 8 4o 0 0 、 k = 1 0 44 2 3 9 83 8 4 5 7o 5 79 8 5 33 8 4 0 0o 0 0 k = i 旷4 2 3 8 43 8 4 2 78 2 78 2 4 43 7 6 ，0 0o 0 0 3 7 6k = i o 一54 2 3 9 7 3 7 7 9 91 9 9 9 5 7 93 7 6 0 0 0 0 0 k = l o 4 2 3 9 83 7 7 1 81 1 89 7 5 03 7 6 0 0o o o k = l o - 4 2 3 8 53 8 0 7 21 2 7 27 7 0 23 6 8 0 00 0 0 3 6 8k = l o 一54 2 3 9 73 7 2 1 94 1 99 2 4 63 6 8 0 0o o o k = 1 0 啼4 2 3 9 8 3 7 1 0 33 0 3 9 4 5 5 3 6 8 0 0o ，o o k = 1 0 14 2 3 8 43 7 9 91 9 96 8 6 63 6 5 8 35 8 3 3 6 0k = i o 54 2 3 9 73 6 9 9 99 9 98 4 3 43 6 2 5 72 5 7 k = l o 。 4 2 3 9 83 6 8 7 78 7 78 6 2 72 0 5 3 6 2 0 5 k = i o 。4 2 3 8 63 7 9 6 82 7 6 86 1 3 63 6 3 5 31 1 5 3 3 5 2k = l