基础混凝土板防渗坝设计

 基础混凝土板防渗坝设计

　 ［摘要］随着水资源的日益减少，水源蓄集工程更显得重要，经济实用的拦蓄坝型，在今后的实际工程中，有着切实可行的现实意义。　　

　　[关键词]拦蓄，防渗，设计

　　前言

　　建昌县地处六股河和大凌河的发源地，山多地少，属典型的大陆季风气候，素有“十年九旱”之称，为了更好的利用有限的水资源，确保农业和人畜用水，建昌县各乡镇修建了许多截潜工程，总结了许多经验。截潜工程坝型主要有以下几种：粘土心墙坝，浆砌石重力坝，薄壁堰孔板消能坝。浆砌石重力坝和孔板消能坝铺设防渗布。粘土心墙坝，由于工程量较大，且主坝不能溢流，需修建溢洪道进行排洪，投资较高，主要用于蓄水量较大的塘坝。浆砌石重力坝坝面可以溢流，且坝后消能较好，但浆砌石工程量较大，投资较高，后来被薄壁堰孔板消能坝代替。

　　基础混凝土板防渗坝与其他坝型相比，工程量小工程等造价低，便于施工，适用于坝体较低河床稳定的河道。基础混凝土板防渗坝的成功设计，为建昌县截潜工程设计提供了新的思路，有着切实可行的现实意义。

　　一、工程实例

　　㈠、工程概况

　　建昌县药王庙截潜工程，位于建昌县药王庙镇红旗村，兴玲公路（S318）左侧。设计拦河坝长80m。为五级水工建筑物。属地方投资建设的小型水利工程。由于资金有限，我们通过多个方案的比较，最后确定采用基础混凝土板防渗方案。现就多个方案中最经济的两种方案进行比较说明。

　　方案一：拟采用薄壁堰孔板消能坝型。这种截潜方案由于防渗布直接铺到不透水的基岩，可完全拦截地下潜流，确保基础不发生渗流现象。

　　方案二：采用“L”型钢筋混凝土坝，结构见（图一），这种坝型结构简单，便于施工，避免了大量的土方开挖及施工排水。但是拦河坝基础及拦河坝两侧可能发生滲流现象。

　　结论：通过实地勘察，“L”型钢筋混凝土坝能够满足拦蓄要求，工程投资为孔板消能坝的37%，故采用第二方案。

　　㈡、基础混凝土板防渗设计

　　本文以建昌县药王庙截潜工程中第二道拦河坝为例进行论述。

　　1、水文特性

　　设计洪峰流量420m3/S，最枯月份平均径流量为0.1m3/S。

　　2、基础破坏的判别

　　在工程设计中，首先需要对拦河坝地基发生变形的形式进行判别，以便选择相应的防渗措施。经实地勘察，拦河坝地基土质为砂卵石填充粉沙，饱合容重，不均匀系数Cu>10，土样中缺乏1～0.4mm之间的砂粒，区分粒径约为0.2mm，土样中细料含量约为22%，细料未能填满粗料孔隙，因此渗透破坏形式为管涌。

　　3、管涌的临界坡度

　　经实地勘察虽有发生管涌的可能，但能否发生，尚须视水力坡度而定。首先要确定在渗透力作用下的临界水力坡度。。在工程设计中，应将icr除以2～3的安全系数，作为允许的水力坡度［i］。本工程安全系数取3，即［i］=0.33。

　　设计上下游水位差h=1.4m，≤［i］=0.33，求得防渗板基础宽≥4.2m。

　　4、基础渗透力计算

　　为防止坝体地基的渗流，在上下游水位差达到一定数值时，把地基下游渗流出口处的土冲走，随着被冲蚀的区域逐渐扩大，导致截潜失败，在设计中须充分考虑渗透稳定。由于本工程拦河坝上下游水位差及拦河坝基础较小，故只计算平均渗透力。

　　粉沙的浮容重r`=9.7KN/m3。

　　KN/m3<r`=9.7KN/m3，满足工程需要。

　　5、渗流损失计算

　　⑴、拦河坝基础渗流量计算

　　拦河坝基础的渗流量，采用有限深度透水地基的渗透计算公式：。

　　设计拦河坝长L=80m，河道中地下潜流渗透断面宽35m，拦河坝基础设计宽度=4.2m,透水层厚度4~7m，取厚度T=7m，取K=1×10-5m/s，n由于坝基渗流线弯曲对流径进行修正的系数，取n=1.87，

　　⑵、绕坝渗流量计算

　　拦河坝两侧绕渗流量，采用有限深度透水地基的渗透计算公式进行估算，设T=7m，河谷两侧台地宽为30m。Q2=0.37×10-3m3/s。

　　⑶、拦河坝总渗流量：Q=Q1+Q2=1.37×10-3m3/s。

　　通过对坝基渗流和坝两侧绕流的计算均满足拦河截潜的工程要求。　 

　　四、工程注意事项

　　1、必需对工程地质和水文地质进行详细的勘察，尤其地下潜流主流的宽度、埋深、厚度，尽可能精确地计算出地下潜水主流的渗流量。基础混凝土板防渗适宜地下水埋藏较浅，渗流主流水层厚度较小的河谷。通过对有关资料的分析和工程实践，基础混凝土板只所以能够防渗，其关键在城地基土的粒组与级配，防渗板对地基土的要求如下：⑴、不均匀系数Cu<10的匀粒土；⑵、Cu>10的级配连续砂砾石，细料含量大于30%；⑶、对于级配不连续的砂砾石，细料含量大于20%。如果地基土指标超出以上标准宜采用其他防渗方式。

　　2、在施工中必须保证地基表面土层不被破坏。具体方法如下：如果是机械开挖基础，要留20~30厘米保护层，确保地基土不被扰动；人工清除保护土层；用扫帚将地基面被扰动的浮土扫净，用流速较小的清水冲走地基面残余的细土，待地基面没有积水时撒上一层干水泥灰，开始混凝土浇筑。在施工中一定要注意保护地基面不受破坏。

　　五、结束语

　　我县地处大凌河、六股河的发源地，水资源完全依靠天然降水，随着我县工、农业的发展，水次源日益短缺，小流域拦蓄工程将成为我县水利工程建设的重点，开发经济、实用拦蓄坝型，能够更好地促进建昌县小流域的建设。基础混凝土板防渗坝的成功设计，为建昌县截潜工程设计提供了新的思路，有着切实可行的现实意义。　

　　参考文献

　　［1］《堤防工程设计规范》GB50286-98

　　［2］《水利学》

　　［3］《土力学》