关键词：特大型渣场、渗流、稳定、挡水坝
中图分类号：TV 55 文献标识码：B 文章编号：
1 工程概况及地质情况
1.1 工程概况
在我国西南高山峡谷地区修建水电站、铁路、高速公路等大型工程时，有大量的弃渣需要堆存，常利用坝址附近的沟谷或支流河道作为弃渣场。
叶巴滩水电站位于四川与西藏界河金沙江上游，最大坝高224m，水库正常蓄水位2889.00m，相应库容10.80亿m3，死水位2855.00m，调节库容5.37亿m3，电站装机容量2285MW，为一等大（1）型工程。
叶巴滩水电站主要渣场位于上游支流降曲河内，为拦沟特大型渣场。弃渣区最终渣顶高程2855m，降曲河渣场堆渣总量约1486万m3。堆渣前，需要在降曲河上修建挡水坝及排水洞，对河道进行沟水处理，把降曲河河水通过改建泄水建筑物下泄至金沙江，保障堆渣及电站主体建筑物施工安全。渣场在挡水坝挡水保护下进行堆渣填筑施工。挡水坝的稳定影响到叶巴滩水电站主体工程、渣场填筑及运行的施工安全[1]。
降曲河是金沙江上游左岸一级支流，发源于四川省甘孜藏族自治州白玉县沙马乡，河源分水岭高程在5000m左右，河口高程在2850m左右。
1.2 地质情况
挡水坝坝址处为横向谷，两岸地形不对称，右岸的坡度稍缓于左岸。右岸为老泥石流堆积的块（碎）石土，左岸2880m高程以上基岩裸露，以下为崩塌堆积的松散的块碎砾石，推测厚度5～10m。河床由含（漂）砂卵砾石层构成，推测河床覆盖层最大深度约10～15m。两岸地层岩性为元古界前震旦系（Ptxna）的雄松群片麻岩组，含石榴子石黑云斜长片麻岩、角闪片麻岩及变质砂岩，层面产状N10°～40°W/SW∠25°～50°。
坝址右岸泥石流堆积体顺河长约200m，宽约50m，推测厚度5~20m，主要由块碎石土组成。上部树木发育，较密实，为堆积物，地形显示以坡面泥石流堆积为主。虽有大量松散堆积物源，但能够启动的物源有限，且负地形汇水面积小，在暴雨条件下，再次发生中等或大规模泥石流的可能性不大。。
2 挡水坝设计
2.1 坝顶高程
建筑物级别为4级，设计洪水标准采用20年一遇，相应洪水流量为206.00m3/s，设计洪水位2880.00m，考虑风浪、坝体超高，以及适当提高坝顶高程以增大拦蓄推移质库容，确定坝顶高程为2885m。
2.2 坝型及防渗
为充分利用工程开挖渣料，降低工程造价，并便于与渣场堆体结合，采用土石坝。坝体防渗拟采用较为成熟的复合土工膜心墙，最大挡水水头17m；基础覆盖层最大深度35m左右，采用两排帷幕灌浆进行处理，入岩深度5~10m。
2.2 结构设计
坝顶高程为2885m，坝顶宽10.0m，坝顶长度89.74m，最大坝高22.0m。坝体迎水面坡比为1:2.0，坝体背水面坡比为1:2.0。坝迎水面采用30cm厚的干砌块石护坡。
在坝体高程2868m以上，采用复合土工膜心墙防渗，在复合土工膜上下游设3m的粗砂垫层和2m的过渡料层。挡水坝下游坡脚设排水棱体。清除坝轴线心墙两岸坝肩覆盖层，基础采用帷幕灌浆处理，入岩深度2m；两岸坝肩采用固结灌浆处理，入岩深度5m，以保证坝体及坝基的渗流稳定安全。左、右岸边坡采用喷锚支护。坝趾处与渣场衔接，用弃渣压脚，保证坝体稳定性。挡水坝典型断面见图1。
图1 挡水坝典型断面图
3 渗流及稳定分析研究
3.1 计算方法与参数
本工程挡水坝边坡的渗流和稳定采用Autobank分析软件计算，计算方法采用“计及条块间作用力”的Bishop法[2]。先对挡水坝进行渗流计算，后将计算所得浸润线及渗流场导入稳定计算模块进行稳定分析。挡水坝的渗流及稳定性计算中材料介质的基本物理力学参数见表1所示。
3.2 计算工况
根据挡水坝的实际运行情况，影响挡水坝安全的主要工况如下：
（1）正常工况：挡水坝上游水位2800m（按20年一遇设计洪水计算），下游无水考虑。
（2）非常工况：施工完建期工况，上游水位为施工水位2874.01m，下游无水；水位骤降工况。挡水坝上游水位2880.00m，降至枯期水位2874.01m，下游无水。
3.3 渗流计算
根据图1挡水坝典型断面及表1材料物理力学指标表，即可在Autobank分析软件中建立相应计算模型，计算模型示意图如图2所示。
图2 挡水坝计算模型示意图
对挡水坝正常运行情况进行渗流计算。渗流计算成果见图3~图5。
通过渗流计算，挡水坝单宽渗流量为8.45×10-5m3/m·s，即7.29m3/ m·d。坝基为漂砂卵砾石覆盖层，允许水力坡降为0.10~0.12；计算最大渗透坡降发生在挡水坝下游侧覆盖层基础，最大值为0.002。坝基覆盖层最大渗透比降均小于其允许坡降，不会发生渗透破坏。挡水坝坝体防渗及基础防渗设计是合适的。
3.4 稳定计算
对各工况进行稳定计算。各工况挡水坝边坡的整体稳定计算结果见图6，计算成果见表2。
计算表明，挡水坝边坡在各设计工况下计算安全系数均大于规范允许安全系数[3]，且坝基不会出现深层滑动。挡水坝结构设计及上下游坝坡坡比设计是合适的。
4 结 论
本文利用Autobank计算软件对降曲河特大型渣场挡水坝渗流及稳定进行计算分析，挡水坝的渗流及稳定性均满足设计规范要求，坝体能保证自身稳定，具体结论如下：
（1）经渗流计算分析，挡水坝单宽渗流量为8.45×10-5m3/m·s，即7.29m3/ m·d；坝基覆盖层最大渗透比降均小于其允许坡降，不会发生渗透破坏。挡水坝坝体采用复合土工膜、基础采用帷幕灌浆的防渗设计方式是合适的。
（2）通过对挡水坝正常、非正常工况进行稳定分析，挡水坝上、下游坡的安全系数均满足规范要求，挡水坝结构设计及上下游坝坡坡比设计是合适的。
随着国家加大对西部地区的开发建设，特大型渣场在基础建设中将会越来越多。本文对于特大型渣场挡水坝的渗流及稳定分析结果可为类似峡谷地区特大拦沟型渣场挡水坝工程设计提供借鉴。
参考文献
[1]中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司.金沙江上游叶巴滩水电站降曲沟水处理工程招标设计报告[R].2013.
[2]NB/T 35006-2013, 水电工程围堰设计导则,S.
[3]DL/T 5395-2007, 碾压式土石坝设计规范,S.
作者简介：周顺文(1986–)，男，广西百色人，工程师，主要研究方向：水利水电工程等。E-mail：314478500 @qq.com。
论文作者:周顺文,相昆山,王小波,张有山
论文发表刊物:《建筑实践》2019年16期
论文发表时间:2019/11/20
标签：水坝论文; 稳定论文; 工况论文; 高程论文; 下游论文; 坝基论文; 水位论文; 《建筑实践》2019年16期论文;