CN110904915A - 一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法 - Google Patents

一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110904915A
CN110904915A CN201910652674.2A CN201910652674A CN110904915A CN 110904915 A CN110904915 A CN 110904915A CN 201910652674 A CN201910652674 A CN 201910652674A CN 110904915 A CN110904915 A CN 110904915A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dam
water
seepage
layer
foundation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910652674.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王增平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201910652674.2A priority Critical patent/CN110904915A/zh
Publication of CN110904915A publication Critical patent/CN110904915A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B1/00—Equipment or apparatus for, or methods of, general hydraulic engineering, e.g. protection of constructions against ice-strains
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
    • E02B3/16—Sealings or joints
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
    • E02B7/02—Fixed barrages
    • E02B7/04—Dams across valleys
    • E02B7/06—Earth-fill dams; Rock-fill dams

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Revetment (AREA)

Abstract

本发明提供了一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，包括：(1)根据抽、注水实验分析砾石层的透水性，划分强透水层、中等透水层及弱透水层；(2)根据坝肩岩体压水试验获得岩体透水性，划分微透水层、弱透水层、中等透水层及强透水层；(3)根据区域资料，坝址是否属于压性断裂、工程类比获得断层的透水性表征，表征通常为断层的渗透系数，从而判断是否会形成影响蓄水的渗漏通道；(4)根据步骤(1)‑(3)的测量和计算结果，设计用于水库工程岩土体透水及防渗的防渗帷幕。设计根据防渗土料的级配求得反滤料的级配包络线，对现有料场砂石料进行级配分析，保证了滤土效果坝基防渗采用全封闭方式防渗，保证了工程正常安全运行。

Description

一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法
技术领域
本发明涉及水库设计技术领域，特别是一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法。
背景技术
目前的水库多为综合利用水库，其工程任务以灌溉和供水为主，兼顾改善河道内生态环境。通过实施水库工程，首先使流域现状缺水的农田可以得到灌溉保证，改善现状农田灌溉面积，新增水浇地，新增设施农业面积，新增经济林灌溉面积，有力的保障地区农业经济的正常发展；其次、通过实施水库，在解决农业缺水后，可以向城镇生产一定体积的供水，基本满足流域未来城镇工业、建筑业和第三产业的用水需求，为循环经济试验区的发展提供一定的水源保障；再次，解决流域内工、农业缺水问题后，可保证水库断面和察汗乌苏水文站断面，解决了目前流域农业灌溉期河道经常缺水断流的状态，使河道内生态需水量得到保证，这对维持河道生态和保护下游湖泊湿地生态是非常重要的
然而，目前水库坝基砾石层厚度大，砾石层大部分为强透水层，不做防渗处理时渗漏量大，渗漏量占来水量的很大比例，需采取防渗措施。土工膜作为防渗材料不再适用于本工程，且土工膜存在老化失效的现象，对工程安全不利。土工膜为满足自身稳定要求，需要较大的稳定断面，坝体填筑量增加，引起工程总投资增加。
因此，需要提供新的水库工程岩土体透水及防渗设计方法。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供水库工程岩土体透水及防渗设计方法，包括步骤：
(1)根据抽、注水实验分析砾石层的透水性，从而划分强透水层、中等透水层以及弱透水层；
(2)根据坝肩岩体压水试验获得岩体透水性，从而划分微透水层、弱透水层、中等透水层以及强透水层；
(3)根据区域资料，坝址是否属于压性断裂、工程类比获得断层的透水性表征，所述表征通常为断层的渗透系数，从而判断是否会形成影响蓄水的渗漏通道；
(4)根据步骤(1)-(3)的测量和计算结果，设计用于水库工程岩土体透水及防渗的防渗帷幕。
优选地，所述步骤(1)包括：计算坝基渗流量，将所述坝基的卵、砾石层最大厚度左右从左到右分为多层，总体渗透系数在水平向计算时对多层取值，此后通过对各层面积加权平均后获得所述坝基渗透系数，从而获得坝基渗流量，对于强透水层的坝基，所述渗流量的计算包括：
Q＝q.B＝K×H×T÷(2b+T)×B
式中:q—坝基单宽剖面渗漏量,m3/(d.m)；
K—透水层的渗透系数，m/d；
H—坝上下游水位差，m；
2b—坝底宽，m,160m；
T—透水层总体平均厚度，m；
B—渗漏带宽度，m。
优选地，根据所述强透水层坝基的渗流量确定是否加入防渗帷幕，所述防渗帷幕的防渗深度和防渗长度根据正常蓄水位高度以及透水率确定。
优选地，如果步骤(1)-(3)判断均为强透水层且渗透系数确定会形成影响蓄水的渗漏通道，所述步骤(4)的所述防渗帷幕为全断面防渗墙，断裂带处的防渗深度高于一侧坝肩防渗帷幕的深度，河谷防渗帷幕进入基岩面0.5-1m，一侧坝肩防渗深度大于另一侧坝肩防渗帷幕深度，且一侧坝肩所述防渗帷幕沿水库所在地的山脊或水路适当延伸。
优选地，所述步骤(4)还包括在河床布置了2个钻孔，根据钻孔试验，坝基设40m深砼半悬挂防渗墙。
优选地，所述防渗帷幕采用防渗土料制成，所述防渗土料采用第四系冲洪积、冲积成因的粉质粘土层，加入所述防渗帷幕的水库外侧形成粉质粘土心墙砂壳坝，从上游到下游共分为7个分区、包括：坝体围堰结合区、上游砂砾石坝壳、心墙上下游反滤层、粉质粘土心墙、下游砂砾石坝壳以及排水棱体。
优选地，所述粉质粘土心墙为坝体的防渗核心区，粉质粘土心墙按施工最小要求顶宽取3m，底宽最大为25m，心墙顶部高程3400.4m，底部高程3374m，心墙上下游坡度为1:0.3，设计压实度不小于0.97，粉质粘土心墙中含有砂石含量小于15％，并控制其制粒径不大于10cm，无粗粒集中架空现象，粉质粘土心墙铺筑厚度小于40cm，并具有经现场试验确定的最优含水量，采用凸块振动碾压，使得渗透系数小于1×10-5cm/s。
优选地，所述粉质粘土心墙外侧设置心墙反滤层，所述心墙反滤层上游厚度为0.5m，下游1.0m，底部1.0～1.5m，采用下游砂砾石料场筛分后砂砾石料填筑。
优选地，还包括步骤(5)渗流监测，包括：
坝体渗流压力监测：共布置4个主要监测断面，分别位于大坝0+100m、 0+200m、0+300m、0+400m处，各断面的渗流监测均采用测压管形式，分别位于心墙下游侧和排水棱体前缘；
坝体渗流量监测：由于坝基透水层较厚，在坝后坡脚外布置水位观测孔进行渗流量观测，共选取4个横断面，每个横断面顺水流方向布置两个水位观测孔，两孔间距15m，计算渗流坡降和渗流量，渗流量监测施工期每月4～10次，初蓄期每月10～30次，运行期每月3～6次；
绕坝渗流监测：在大坝左右岸各布置三处水位观测孔，前期采用平尺水位计观测，后期放入渗压计进行自动化观测；
封堵体与衬砌之间渗流压力监测：在封堵体与衬砌之间布置渗压计，监测接缝处渗流压力变化，渗压计位于顶拱位置。
优选地，还包括步骤(6)基坑排水，包括初期排水和经常性排水两部分，所述初期排水总量包括围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基础渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量以及可能的降水量，所述经常性排水包括围堰及基础在设计水头的渗流量、覆盖层中的含水量、排水时降水量和施工弃水量，所述基坑排水采用的抽水设备的数量选择以抽干坑内积水并有一定的备用考虑，基坑内设置完善的排水系统。
本发明的有益效果：
设计根据防渗土料的级配求得反滤料的级配包络线，并对现有料场砂石料进行级配分析，从而保证了滤土效果，根据对坝基渗流情况进行的有限元模拟分析，由于坝基为深厚的砂砾石强透水层，在不采取防渗或半悬挂防渗墙时，坝基渗流量较大，且坝基允许坡降大于地质允许坡降0.13，当坝基采取全封闭混凝土防渗墙防渗时，正常蓄水位时坝基单宽渗流量为 0.3m3/d左右，坝基渗透比降为0.03。且坝基防渗采用全封闭方式防渗，即混凝土防渗墙沿坝基覆盖深度全面防渗至基岩层，保证了工程正常安全运行。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
附图1为根据本发明实施例的方法流程图；
附图2为根据本发明实施例的心墙反滤层的上下包线图。
具体实施方式
本实施例的采用哇沿水库建设中的透水性和防渗漏设计作为实例，根据地质勘察资料，哇沿水库坝基砂卵砾石层深达84.4m，水库建成后有一定的渗漏量。根据选用的全封闭防渗墙方案，按照有限元法计算出坝基渗漏量为680.8m3/d，年平均渗漏量约为25×104m3。哇沿水库建成后，库区渗漏增加了地下水的补给量，但在出山口前又逐渐补给地表水，成为下游可以利用的水量。经分析，水库渗漏量不影响水库蓄水。因此，在水库调节计算中，不考虑渗漏的影响。
从坝址地形、地质条件来说，本阶段所选定坝线是合适的。水库坝址不适宜修建混凝土重力坝或混凝土拱坝等刚性坝，而适宜修柔性土石坝。建议选择心墙防渗堆石坝。坝址区基岩为三迭系安山岩，局部夹花岗岩岩脉，坝肩边坡基本稳定。河谷砂砾石层一般厚度为28.5～62.5m，最大厚度 84.4m，沉积较均一，无软弱土夹层，局部具有中粗砂夹层及透镜体，属强透水层。坝址主要工程地质问题为渗漏问题。
坝址岩体安山岩强风化层节理较发育，岩体破碎，次块状结构，岩体工程地质分类属AⅢ2类；弱风化安山岩内节理较发育，较破碎～较完整，总体属次块状结构，岩体工程地质分类属AⅡ类；微新鲜安山岩属节理不甚发育，岩体较完整，为块状结构，岩体工程地质分类属AⅡ类。
在清除坝基范围内坡积碎石土、左岸阶地中冲积粉土及左右岸坡松动岩体后以基岩强风化层及冲洪积砾石作为坝基，河谷冲积砾石层表层密实度不够，进行碾压处理。
环境水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
坝基砾石层厚度大，不做防渗处理时渗漏量大，渗漏量占来水量的 27.75％，需采取防渗措施。
砾石层大部分为强透水层，建议全断面垂直防渗，左坝肩防渗帷幕深度32m，河谷防渗帷幕进入基岩面10m左右，断裂带处应适当加深，右坝肩防渗帷幕深度40m左右。以正常蓄水位3397m控制，坝基防渗帷幕宽度约600m，右坝肩处防渗帷幕应沿山脊适当延伸。
根据初步设计阶段地质勘察，坝址区有足够的符合质量的防渗土料，总储量27.1万m3，满足筑坝要求。根据坝体为中坝、工程区土料情况、投资及安全等因素，坝型推荐粉质粘土心墙砂壳坝，和可行性研究阶段推荐坝型。
岩土体的透水性及防渗建议
1、砾石层的透水性
坝基砾石层钻孔揭露最大厚度84.4m，根据抽、注水试验(见表1坝基砾石层钻孔抽注水试验成果表)，卵、砾石层各层之间由于密实度及含泥量的不同，在透水性上存在一定差异。上部0～30m渗透系数11.73～ 82.62m/d，为强透水层；30～60m渗透系数12.53～23.07m/d，为强透水层；60m以下渗透系数4.16～19.71m/d，为中等透水—强透水层。在坝基渗漏量计算时，由相应公式计算坝基总体渗透系数在水平向计算时取值为：0～ 30m取46.2m/d，30～60m取17.8m/d，60～84.4m取10.8m/d。
表1坝基砾石层钻孔抽、注水试验成果表
Figure RE-GDA0002227382310000071
2、岩体透水性
根据坝肩岩体压水试验成果可知(见表2坝基岩体钻孔压水试验成果表)，坝肩岩体透水率相对河谷岩体大，与钻孔揭露岩体风化程度基本一致。ZK14-1中21.10m以上为中等透水层，21.10～41.30m为弱透水层，其中31.30m以下透水率小于5Lu；河谷中强风化岩体为中等透水，弱风化层中基本为弱透水及微透水，透水率q＝5Lu线位于基岩面下约5～8m。钻孔 ZK14-2中13.6m以上为中等透水层，13.6～42.50m为弱透水层，其中28.7m 以下透水率小于5Lu。钻孔ZK14-3中14.8m以上为中等透水层，14.8～ 50.9m为弱透水层，其中39.3m以下透水率小于5Lu。
33、断层的透水性
根据区域资料，坝址沿河谷方向分布察汗乌苏隐伏断裂，该断裂为压性断裂，根据工程类比，压性断裂一般充填密实，渗透系数10-3～10-4cm/s，不会形成影响蓄水的渗漏通道。
表2坝基岩体钻孔压水试验成果表
Figure RE-GDA0002227382310000081
3、防渗帷幕深度及长度建议
根据坝线岩土体的渗透性质，河谷砾石层大部分为强透水层，建议全断面防渗墙防渗；左坝肩防渗帷幕深度32m，河谷防渗帷幕进入基岩面 0.5～1m，断裂带处应适当加深防渗深度，右坝肩防渗深度40m左右。
以正常蓄水位3397m控制，以q＝5Lu控制，坝基防渗长度约600m，若以q＝10Lu控制，防渗长度约550m，右坝肩处防渗帷幕应沿山脊适当延伸。
4、主要工程地质问题及处理建议
(1)坝基渗漏及渗透稳定问题
①坝基渗透稳定问题
坝基地层以冲积砾石层为主，该层分布稳定，厚度大，水库蓄水后，由于砾石层渗透压力增大，在坝下游有可能产生渗透变形破坏，故对坝基砾石层渗透变形式及抗渗坡降进行评价。
a、渗透变形破坏形式
根据对河床钻孔内不同深度砾石层的密度及取样颗分试验成果(表4 河床钻孔内砾石颗分样渗透类型判别一览表)，根据GB50487《水利水电工程地质勘察规范》附录G对土的渗透变形的判别，钻孔内取得的砾石样大多数为级配不连续土，粗细颗粒的区分粒径d取颗分曲线上平缓段最大粒径和最小粒径的平均值。少数砾石样为级配连续土，粗、细颗粒的区分粒径
Figure RE-GDA0002227382310000091
根据区分粒径对应的细颗粒含量Pc判定砾石层渗透变形类型大多数属管涌型，少量属过渡型。
根据野外对表层砾石层的密度试验，其天然干密度平均值为2.1g/cm3，相应的孔隙度n为0.214(见表5表层砾石层天然密度试验成果表)。从图可以看出，表层砾石平均颗分曲线总体斜率较为均匀，无明显的平缓段，说明卵、砾石级配连续。砂砾卵石层的细粒粒径的界限粒径平均为
Figure RE-GDA0002227382310000092
相应的细粒含量为36％，由判别条件判定表层砾石渗透变形破坏形式大部分为流土型，少量属管涌型土。
通过以上分析可知，河床表层10m深度内砾石层渗透变形破坏类型以流土为主。而深部砾石层渗透变形破坏类型以管涌型为主。
b、允许水力坡降
根据本次工作所取砾石层样6组进行的室内渗透试验(见表6坝基砾石室内颗分及渗透试验成果表)，从表可知，砾石层临界水力坡降为0.33～ 0.51，大坝在本工程中为重要建筑物，取安全系数2.5，则允许水力坡降(J0) 为0.13至0.20，平均0.18，考虑到坝基砾砂层的非均一性，建议坝基砾石允许水力坡降取0.13。
表4坝基砾石渗透类型判别一览表
Figure RE-GDA0002227382310000101
表4坝基砾石渗透类型判别一览表
Figure RE-GDA0002227382310000111
表5表层砾石层天然密度试验成果表
Figure RE-GDA0002227382310000112
表6坝基砾石室内颗分及渗透试验成果表
Figure RE-GDA0002227382310000113
②坝基渗漏问题
a、坝基卵、砾石渗透系数的选择
根据钻孔揭露，坝基卵、砾石层最大厚度84.4m左右，从上到下分为三大层。根据抽、注水试验：第一层渗透系数为11.73～82.62m/d，平均为 46.2m/d；第二层渗透系数为12.53～23.07m/d，平均为17.8m/d；第三层渗透系数为19.7m/d；上述各砾石层均属强透水层，但各层之间由于密实度及成因的不同，在透水性上存在一定差异，同一层不同深度渗透系数也存在差异。在坝基渗流量计算时，总体渗透系数在水平向计算时取值为：第一层取46.2m/d，第二层取17.8m/d，第三层取19.7m/d，通过对各层面积加权平均后的渗透系数为31.3m/d。
b、坝基岩体的透水性
根据钻孔揭露，坝基勘探深度内基岩岩体强风化层中节理发育，大多呈张性，节理贯通，透水率较大。弱风化层内节理较发育，但节理多闭合，透水率均小于10Lu，当试验段进入弱风化层5m以下时，透水率均小于5Lu，属弱透水性。由于岩体弱风化层的透水性与上覆岩层透水性相差较大，因此坝基渗漏量计算时按相对隔水层考虑。
c、坝基渗漏计算
由于坝基砂砾石层与基岩弱风化层渗透系数级数相差较大，强风化层厚度较薄，而上覆砾石层透水性为强透水层，因此坝基渗漏计算可简化为单层透水层的坝基进行渗漏计算。根据物探揭露，察汗乌苏隐伏断裂自坝线中部通过，断层宽度为15m左右。由于察汗乌苏隐伏断裂为正断层，因此影响带内透水性按强透水计，取值同上部覆盖层，计算时取断层上盘影响带宽度为30m，下盘影响带宽度取15m，总体深度按20m考虑。
坝基强透水层的渗漏量如下：
Q＝q.B＝K×H×T÷(2b+T)×B
式中:q—坝基单宽剖面渗漏量,m3/(d.m)
K—透水层的渗透系数，m/d,取31.3m/d
H—坝上下游水位差，m,24m
2b—坝底宽，m,160m
T—透水层厚度，总体平均厚度65.8m
B—渗漏带宽度，m,取440m
计算得Q＝31.3×24×65.8÷(160+65.8)×440
＝9.63×104m3/d＝1.11m3/s＝95904m3/d
坝址区多年平均来水量为4m3/s，坝基渗漏量占来水总量的27.75％，渗透量较大，因此必须进行防渗处理。
当不设置防渗墙时，模拟渗漏量为73908m3/d。当防渗墙设置深度为 20m时，模拟渗漏量为42467m3/d。当防渗墙设置深度为40m时，模拟渗漏量为16799m3/d。当防渗墙设置深度为60m时，模拟渗漏量为10309m3/d。
(2)坝基稳定问题
①坝基沉降
河谷中基岩面形态起伏，坝基砾石层厚度不均一，厚度变化较大，一般28.6～84.4m，因此在坝体填筑时有差异性沉降问题，对于砾石层，一般认为其沉降在施工结束时将完成总沉降的80％以上，工后沉降量较小，对坝体稳定影响较小。
②抗滑稳定
坝基砾石层中分布中粗砂透镜体，厚度一般0.2～04m，无成层状分布的软弱夹层，无顺层滑动问题。
(3)边坡稳定问题
根据本次地质调查，左、右岸边坡岩体表层节理裂隙较为发育，以风化裂隙为主，其余发育节理多为剪切节理，延伸较短，节理面大多闭合，连通性较差，节理的切割使坝址岩体较为破碎，但由于节理本身延伸较短，未形成影响坝基、肩稳定的切割块体。
坝址区发育的断层主要有5条，其中右坝肩发育的f1、f2及f3断层的产状组合有形成切割块体的可能。根据本次地质调查，f2断层在坝肩下部纵向延伸较短，呈尖灭趋势，未与f1断层切割，因此判断右坝肩基岩边坡总体属基本稳定边坡，但f2、f3断层在坝坡上部宽度稍大，因此对右坝肩的开挖边坡稳定影响较大。建议对右坝肩边坡局部倒坡进行修整，并采取支护措施。
(4)坝基地震液化问题
坝线河谷部分钻孔进行全孔植物胶护壁取芯，取芯率高。根据钻孔揭露，在坝基砾石层中，20m以上少量分布中粗砂、中细砂及粉细砂透镜体，厚度较小，一般10～20cm。
根据规范《水利水电工程地质勘察规范》附录P初判第5条进行判定，坝基砾石层中粉细砂夹层处实测剪切波速值均大于相应位置处的上限剪切波速(见表7，河床20m以上砂层透镜体分布位置及其液化判别表)，判定砂层透镜体在Ⅶ度地震烈度下，不会发生地震液化。
表7河床20m以上砂层透镜体分布位置及其液化判别表
Figure RE-GDA0002227382310000141
5、防渗土料场
根据本次勘察，工程区附近没有可集中机械化开采的大规模防渗料场分布，区内可作为防渗土料场的地层主要为第四系冲洪积、冲积成因的粉质粘土层，该层土主要分布于各阶地的表层，分布面积虽广，但厚度较小。本次按就近原则，在坝址上游两岸的阶地上共选定了3个防渗土料场，总计储量达27.1×104m3，为设计需用量的2倍，可满足工程需求。
一、1#防渗土料场
(1)料场概述
1#防渗土料场位于坝址上游的左岸冲洪积Ⅱ级阶地上，距坝址0.2～ 1.0km，料场边有简易道路通向坝址，运输较方便。料场位为察汗乌苏河Ⅱ级阶地上，地形稍起伏，有用层厚度薄，开采条件较差。料场总体呈条带状分布，分布高程为3387～3402m，根据地质测绘及坑探揭露，料场岩性表层为厚度0.15～0.3m的草皮，为剥离层；其下为厚度0.5～2.1m的冲洪积粉质粘土层，为防渗土料料源。粉质粘土层岩相相对稳定，无不良夹层，但厚度较薄，该料场属Ⅲ类料场。
(2)勘探试验成果与质量评价
1#防渗土料场为Ⅲ类料场，勘探方法采用平、剖面地质测绘及坑探，共布置横剖面线7条,纵剖面线7条，探坑27个，坑深2.6～3.2m，累计取样12组，为全坑取样，做室内试验分析12组。
根据室内试验，土料中砂粒(2～0.075mm)含量占10.4％-53.9％，平均为23.8％；粉粒(0.075～0.005mm)含量占42.2％～65.9％，平均为58.4％；粘粒(＜0.005mm)含量占3.9％～26.8％，平均为17.8％。塑性指数为8.4～ 12，平均10.0，可溶盐含量为0.17％～2.1％，平均0.9％,有机质含量0.03％～ 1.06％，平均值0.63％，PH值平均为7.92，最大干密度1.77～1.85g/cm3，平均为1.81g/cm3，最优含水量平均为13.9％。据现场试验：天然密度1.42～ 1.64g/cm3，平均值1.54/cm3，天然含水量13.6％～16.6％，平均值14.8％。击实后渗透系数K＝1.34×10-5～2.38×10-7cm/s，平均值4.26×10-6cm/s。(见表8，1#防渗土料试验成果统计表)。
从以上资料分析，1#防渗土料场除粘粒含量局部偏低，塑性指数局部稍小，其余各项指标均满足规范要求(见表9，1#防渗土料场质量评价表)。料场地形较平坦，岩性相对均一，无不良夹层，但有用层厚度较薄，属Ⅲ类料场，其总体质量评价一般。
根据以上试验成果，提出防渗土料主要物理力学参数建议值：最大干密度1.81g/cm3，渗透系数4.26×10-6cm/s。抗剪强度Ccu＝14kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000161
C’＝12kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000162
Cu＝10kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000163
(3)料场储量计算
1#防渗土料场储量采用平行断面法计算，料场分为A区和B区，A区有用层开采厚度稍厚，一般0.8～2.8m，B区有用层可开采厚度0.4～1.4m。有效层储量计算见表8(1#防渗土料场料场储量计算表)，其中A区有用层储量为8.1×104m3，B区有用层储量为0.53×104m3，合计8.6×104m3；料场表层剥离层厚度较薄，一般0.1～0.20m，剥离层体积用平均厚度法计算，厚度按0.2m计，A区料场面积4.15×104m2，剥离层体积0.83×104m3； B区料场面积0.97×104m2，剥离层体积为0.2×104m3，合计剥离层体积 1.8×104m2。
表8 1#防渗土料场质量评价表
序号 项目 规范要求 试验指标平均值 评价
1 粘粒含量 15％～40％ 17.8％ 局部偏小
2 塑性指数 10-20 10 局部偏小
3 渗透系数 <1×10-5cm/s 4.26×10-6 合格
4 有机质含量 <2％ 0.63％ 合格
5 水溶盐含量 <3％ 0.91％ 合格
6 天然含水率 接近最优含水量13.9％ 14.8％ 稍高
7 pH值 >7 7.9 合格
8 紧密密度 大于天然密度 1.81>1.54 合格
表9 1#防渗土料场料场储量计算表
Figure RE-GDA0002227382310000171
二、2#防渗土料场
(1)料场概述
2#防渗土料场位于坝址上游的右岸冲洪积Ⅱ级阶地上，距坝址0.8～1.7km，料场内有简易道通向坝址，但绕行较远，运输较为不便，上坝时需修建施工道路。料场位为察汗乌苏河Ⅱ级阶地上，地形稍起伏，有用层厚度薄，开采条件较差。料场总体呈条带状分布，分布高程为3385～3393m。根据坑探揭露，表层为厚度0.2～0.3m的草皮，为剥离层；其下为厚度0.5～2.7m的冲积粉质粘土层，为防渗土料料源。粉质粘土层岩相相对稳定，无不良夹层，但厚度较薄，且各处变化较大，该料场属Ⅲ类料场。
(2)勘探试验成果与质量评价
2#防渗土料场为Ⅲ类料场，勘探方法采用平、剖面地质测绘及坑探，共布置横剖面线19条,纵剖面线2条，探坑48个，坑深0.6～3.0m，累计取样12 组，为全坑取样，做室内试验分析12组。
根据室内试验，该料场防渗土料中砂粒(2～0.075mm)含量占4.7％～ 24.6％，平均为11.2％；粉粒(0.075～0.005mm)含量占61.4％～74.6％，平均为67.4％；粘粒(＜0.005mm)含量占13.1％～30.7％，平均为21.4％。塑性指数为7.5～14.9，平均10.2，可溶盐含量为0.28％～1.53％，平均0.73％,有机质含量0.85％，PH值平均为7.95，最大干密度1.65～1.83g/cm3，平均为1.73g/cm3，最优含水量平均为16.1％。据现场试验：天然容重1.33～1.53g/cm3，天然含水量12.4％～14.7％。击实后渗透系数K＝8.1×10-6～2.33×10-7cm/s，平均值 2.4×10-6cm/s。
从以上资料分析，右岸防渗土料场的粉质粘土层作为防渗土料，各项指标均可满足规范要求(见表10，2#防渗土料质量评价表)。料场地形较平坦，岩性相对均一，无不良夹层，但有用层厚度较薄，属Ⅲ类料场，其总体质量评价一般。
根据以上试验成果，提出2#防渗土料场主要物理力学参数建议值：最大干密度1.73g/cm3，击实后渗透系数2.4×10-6cm/s。剪切强度Ccu＝16kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000181
C’＝14kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000182
Cu＝12kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000183
(3)料场储量计算
2#防渗土料场储量采用平行断面法计算(见表11，2#防渗土料储量计算表)，剥离层层厚度0.2～0.3m，剥离层体积1.4×104m3，有效层总储量为6.7×104m3，料场在Ⅱ级阶地上，地下水埋深较大，料场开采不受地下水影响。料场可开采厚度薄，开采难度较大。
表10 2#防渗土料质量评价表
项目 规范要求 试验指标平均值 评价
粘粒含量 15％～40％ 21.4％ 合格
塑性指数 10～20 10.2 偏小
渗透系数 <1×10-5cm/s 2.4×10-6cm/s 合格
有机质含量 <2％ 0.85％ 合格
水溶盐含量 <3％ 0.73％ 合格
天然含水率 接近最优含水量 13.6％<16.1％ 不合格
pH值 >7 7.95 合格
紧密密度 大于天然密度 1.73>1.45 合格
表11 2#防渗土料储量计算表
Figure RE-GDA0002227382310000191
三、3#防渗土料场
(1)料场概述
3#防渗土料场位于坝址上游左岸冲洪积Ⅱ级阶地上，距坝址1.0～1.5km，料场至坝址无道路，上坝时需修建施工道路，运输条件较差。料场位于察汗乌苏河Ⅱ级阶地上，地形起伏较小，有用层厚度薄，开采条件较差。料场总体呈条带状分布，为冬季草场，分布高程为3420～3405m，根据地质测绘及坑探揭露，料场表层为厚度0.2～0.3m的草皮，为剥离层；其下为厚度1.1～2.3m的冲洪积粉质粘土层，为防渗土料料源。料场厚度各处变化不大，可开采厚度较薄，该料场可划分为Ⅲ类料场。
(2)勘探试验成果与质量评价
3#防渗土料场为Ⅲ类料场，勘探方法采用平、剖面地质测绘及坑探，共布置横剖面线7条,纵剖面线6条，探坑29个，坑深1.3～2.8m，扰动样6组，做室内试验分析6组。
根据试验，防渗土料中砂粒(2～0.075mm)含量占13.2％～20.4％，平均为15.8％；粉粒(0.075～0.005mm)含量占57.3％～63.2％，平均为60.8％；粘粒(＜0.005mm)占21.1％～26.6％，平均为23.4％。塑性指数为8.5～12.2，平均10.1，可溶盐含量为1.0％～1.5％，平均1.2％,有机质含量0.96％，PH值平均为7.76，最大干密度1.80～1.87g/cm3，平均为1.83g/cm3，最优含水量平均为13.8％。天然容重1.38～1.52g/cm3，天然含水量13.2％～15.2％。击实后渗透系数K＝1.35×10-5～1.64×10-7cm/s，平均值2.84×10-6cm/s。
根据以上试验，3#防渗土料场的粉质粘土层作为防渗土料，各项指标均可满足规范要求(见表12，3#防渗土料场质量评价表)。料场地形较平坦，岩性相对均一，但有用层厚度较薄，属Ⅲ类料场，其总体质量评价一般。
根据以上试验成果，提出该料场主要物理力学参数为：最大干密度 1.83g/cm3，击实后渗透系数2.84×10-6cm/s。剪切强度Ccu＝17kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000201
C’＝15kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000202
Cu＝13kPa，
Figure RE-GDA0002227382310000203
(3)储量计算
3#防渗土料场采用平行断面法计算(计算成果见表13，3#防渗土料储量计算表)，无用层厚0.2～0.3m，无用层储量1.37×104m3，有效层总储量为 11.8×104m3，料场在Ⅱ级阶地上，地下水埋深较大，料场开采不受地下水影响。料场可开采厚度薄，施工难度较大。
表12 3#防渗土料场质量评价表
项目 规范要求 试验指标平均值 评价
粘粒含量 15％～40％ 23.4％ 合格
塑性指数 10～20 10.1 局部稍低
渗透系数 <1×10-5cm/s 2.84×10-6cm/s 合格
有机质含量 <2％ 0.96％ 合格
水溶盐含量 <3％ 1.2％ 合格
天然含水率 接近最优含水量 14.2％ 接近最优含水量
pH值 >7 8.20 合格
紧密密度 大于天然密度 1.83>1.47 合格
表13 3#防渗土料储量计算表
Figure RE-GDA0002227382310000211
四、块石料场
经本次勘察，块石料初选于坝址上游2.1km处的左岸山体处，块石料岩性为灰白色花岗岩，料场内花岗岩基本裸露，局部表层覆有0.5～1m的坡积粉质粘土层，花岗岩为中粗粒结构，岩体表层强风化层厚度1～3m左右，岩体内节理裂隙发育较少，总体较完整。节理裂隙主要发育2组：①NE4°SE∠60°，2～4条/m，面平直光滑，大部分闭合；②NE22°NW∠18°，面稍起伏，稍粗糙，闭合，1～2条/m。
根据对坝址处钻孔内花岗岩的取样试验(见表14，块石料试验成果统计表)，花岗岩石饱和抗压强度87.6～100.2Mpa，属坚硬岩石，软化系数大于0.80，属不软化岩，岩石干密度为2.69kg/cm3，饱和吸水率为0.12％，孔隙率1.19％。
根据试验成果可知，块石料各质量指标均满足规范要求(见表15，块石料质量指标评价较表)，为较好的块石料料源，料场分布范围较大，储量大于50 万方，满足设计需用量较小，可在岩体裸露较好地段开采。
块石料运距2.1km，有简易施工道路通向坝址，交通较方便；料场山体大部分岩体裸露，剥采比约1:10，开采条件较好。
表14块石料试验成果统计表
Figure RE-GDA0002227382310000221
表15块石料质量指标与试验成果对比表
序号 项目 质量指标 试验平均值 评价
1 饱和抗压强度 ＞40MPa 87.6MPa 合格
2 软化系数 0.8 合格
3 干密度 ＞2.4g/cm3 2.69g/cm3 合格
4 吸水率 ＜1.5％ 0.12％ 合格
五、料场综合评价
从上述可知，哇沿水库坝址附近砂砾料储量较为丰富，其质量满足规范对堆石料的要求，本次勘察查明的砂砾料勘察方量总计为270.3×104m3，为设计需用量的2.7倍，满足规范要求。1#砂砾料场剥离层较厚，地下水位浅，2#砂砾料场剥离层较薄，面积大，地下水较1#砂砾料场深，推荐2#砂砾料场为优先开采料场。
坝址区附近的砂砾料作为砼骨料时，细骨料中含泥量较高，需洗泥后使用，粗细骨料其余指标均满足规范要求，储量较大。
6、坝型设计
大坝坝顶高程3402.6m，心墙底清基高程3372.2m，最大坝高30.4m，上游坝坡为1：2.25，下游坝坡为1:2.0，坝顶设有防浪墙，高出坝顶1.2m。
粉质粘土心墙砂壳坝从上游到下游共分为7个分区、主要有：Ⅰ区(坝体围堰结合区)、Ⅱ区(上游砂砾石坝壳)、Ⅲ区(心墙上下游反滤层)、Ⅳ区 (粉质粘土心墙)、Ⅴ区(下游砂砾石坝壳)、Ⅵ区(排水棱体)。
①砂砾石坝壳区：大坝Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅴ区为砂砾石坝壳，砂砾石坝壳料要求质地稳定，具有良好的力学性质。水库坝址下游砂砾石料场运距0.2～1.0km，根据地质勘察，砂砾石料质量满足规范的筑坝要求，储量达184.3×104m3，满足大坝填筑需要，且地下水位相对上游料场较深，开采条件相对较好，因此坝体砂壳砂砾石采用坝址下游砂石料场砂砾石填筑，经分析其各项物理力学指标满足规范要求(见地质下游砂砾石料场章节)，其最大粒径不超过400mm，设计为有效利用料源及实际施工填筑要求，最终要求控制填筑最大粒径Dmax<400mm，含泥量<8％，控制铺筑厚度为60cm，18t以上振动碾洒水碾压 6遍，碾压相对密度0.8以上。其坝址下游砂砾石料场无需筛分进行粒径剔除，可全部用于筑坝。
根据大坝围堰与坝体结合的方式，死水位以下坝体为施工期围堰，施工期护坡具有防冲度汛的要求，但在水库运行期处于稳定的死水位以下，因此要求死水位以下坝坡采用干砌块石护坡，防止施工导流期水流冲刷，护坡厚度经计算确定为40cm，护坡块石料采用新鲜块石填筑，块石料初选于坝址上游2.1km 处的左岸山体处开采。
上游坝面死水位以上采用C25F300预制块护坡，预制块之间采用钢筋连系，预制块边长采用40cm，厚度根据《碾压式土石坝设计规范》A.2.3进行计算。
Figure RE-GDA0002227382310000231
式中：ρ—系数，装配式护面取1.1；
hp—累计频率为1％的波高，经计算为2.23m；
t—护坡厚度，m；
b—沿坝坡向长，10m；
ρc—板的密度，2.4t/m3；
Lm—平均波长，9.88m；
m—坝坡比，为2.25。
经计算，板的厚度为0.122m。
根据类似水库大坝工程经验，砼预制板厚度一般为0.12m，其运行状况良好。根据计算值，并参照已建工程，上游坝面砼预制块厚度采用0.12m。预制块纵横向10m分缝，缝内填筑聚乙烯泡沫板。
下游坝坡采用混凝土网格护坡，网格间距为3m×3m，内填块石，在坝后设有上坝路，采用混凝土路面。
②防渗心墙区：大坝Ⅳ区为粉质粘土心墙区，是坝体的防渗核心区，地质勘查有1#、2#、3#料场，除1#料场粘粒含量偏低外，其余料场指标均符合规范要求，压实后渗透系数小于1×10-5cm/s，三个料场开采均不受地下水影响，但有用层厚度较薄，开采条件一般，三个料场储量有所不同，设计为保证心墙防渗效果，采用1#防渗土料场A区、2#防渗料场为优先开采料场，合计储量为 14.2×104m3，3#料场为备用料场。块石料就近选取于库区左岸，岩性为花岗岩，质量较好，储量丰富。
大坝防渗心墙按施工最小要求顶宽取3m，底宽最大为25m，心墙顶部高程3400.4m，底部高程3374m，心墙上下游坡度为1:0.3，设计压实度不小于0.97，心墙采用1#、2#料场粉质粘土。若料场中含有砂石，其含量要求小于15％，并控制其制粒径不大于10cm，不允许出现粗粒集中架空现象，控制铺筑厚度小于 40cm，洒水碾压6遍，最优含水量经现场试验确定。采用18t以上凸块振动碾碾压，渗透系数小于1×10-5cm/s。从本阶段的料场勘察资料分析，土料满足设计要求，可以全部用于筑坝。
③心墙反滤层：大坝心墙外侧设计有反滤层区(Ⅲ区)，对于保护粘土心墙坝而言是至关重要的区域，为了便于机械施工及有效滤土排水，设计心墙上游厚度为0.5m，下游1.0m，底部1.0～1.5m，采用下游砂砾石料场筛分后砂砾石料填筑，并根据《碾压土石坝规范》(SL274-2001)保护粘性土的反滤层设计方法对其粒径计算后确定。
设计采用心墙料为1#、2#土料场料，为粉质粘性土，粒径小于0.075mm含量在40％～85％之间，其作为反虑料的被保护土，d15小于0.03mm，按规范要求反滤料最大的D15为0.5mm，同时要求反滤层能够滤土排水，因此要求反滤料最小的D15确定为0.1mm，按《碾压土石坝规范》(SL274-2001)进行计算求得的反滤层包线如图2所示
设计根据防渗土料的级配求得反滤料的级配包络线，并对现有料场砂石料进行级配分析，为保证滤土效果，设计分别对料场砂砾石料剔除60mm、40mm、 20mm以上粒径后的细粒砂砾石作为反滤料。
在分别剔出不同粒径的粗粒后，经对比分析，剔除粒径逐步减小时 (60mm-20mm)，砂石料级配逐渐接近计算包络线，但不能完全处于计算反滤料包络线内，为工程安全，设计最终要求采用人工筛分按计算包络线配置反滤料，为了避免过多配料，设计选择最接近计算包络线的20mm以下粒径砂砾料配置，并为保证排水性能，要求小于0.075mm的粒径含量不大于5％，级配连续。
根据对坝基渗流情况进行的有限元模拟分析看，由于坝基为深厚的砂砾石强透水层，在不采取防渗或半悬挂防渗墙时，坝基渗流量较大，且坝基允许坡降大于地质允许坡降0.13，当坝基采取全封闭混凝土防渗墙防渗时，正常蓄水位时坝基单宽渗流量为0.3m3/d左右，坝基渗透比降为0.03。为保证工程正常安全运行，坝基防渗采用全封闭方式防渗，即混凝土防渗墙沿坝基覆盖深度全面防渗至基岩层。
心墙坝设计防渗墙布置于坝轴线上，顶部高程为3374.7m，墙顶深入粘土心墙内3m，底部深入基岩1m，河床防渗墙最大深度为90m，从施工及同类工程类比，采用80cm厚的C20W8混凝土防渗墙。
7、坝基防渗处理
(1)坝基地质地层情况
坝址区河谷呈“U”型，河床宽440m左右，河床纵比降为7.5‰，河床地形平坦，河床两岸发育有不对称的Ⅰ级阶地，阶面高出河床5m，呈条带状分布于河床两岸。河谷两岸为中山，山体陡峻，地形坡度40°～70°，局部陡立，局部坡角处形成小型崩—坡积锥。
根据初步设计阶段地质勘察，坝基分布的覆盖层主要为河谷冲积砾石层，河谷砾石层广泛分布于Ⅰ、Ⅱ级阶地下部及河漫滩、现代河床，根据钻孔揭露，砾石层自上而下可分为三层：0～30m左右为冲积砾石层，夹中粗砂夹层及透镜体，中粗砂夹层厚度20～40cm。卵、砾石磨圆一般，多呈次棱角-次圆状，分选一般，一般粒径3～6cm，最大粒径20cm，其成分以安山岩、花岗岩为主。根据在河床探坑中砾石的颗分试验(表层)，含卵石3.6％，砾石60.4％，砂32.2％左右，含泥量3.8％。结构稍密-中密；30～60m为全新统密实的砾石层，夹中粗砂夹层及透镜体，跟上层主要区别为颗粒较上层细，中粗砂层一般厚度20cm。 60～84.4m为上更新统的冲积砾石层，颗粒较上层粗，卵石含量可达20％左右，根据钻孔取芯鉴别含泥量较上层高。根据试验，河床冲积砾石层表层天然干密度为2.09～2.16g/cm3，其相对密度为0.37～0.65，结构中密；中下部物探纵波速为400～900m/s，判断结构密实，根据钻孔抽、注水试验，其渗透系数为4.2～ 82.6m/d，属中～强透水性。
坝基岩体主要为安山岩，局部夹花岗岩岩脉。根据钻孔揭露，基岩岩体强风化层中节理发育，大多呈张性，节理贯通，透水率较大。弱风化层内节理较发育，但节理多闭合，透水率均小于10Lu，弱风化层5m以下时，透水率均小于5Lu，属弱透水性。
(2)坝基防渗处理设计
工程的主要任务是蓄水进行农田灌溉，能不能充分发挥工程效益，水库蓄水及安全很重要，根据地质资料，坝址位于强透水层上，厚度较大，因此库区的防渗处理很重要。
在河床布置了2个钻孔，根据钻孔试验，经计算，坝基设40m深砼半悬挂防渗墙。可研阶段地质勘察在坝址增加了4个钻孔，探明坝基砂砾石为强透水层，渗透系数达到4.6×10-2cm/s左右。根据对坝体、坝基有限元渗流计算，当坝基不采取防渗措施或采取不同深度的砼半悬挂防渗方案时，坝基渗流量较大，坝脚渗透坡降均不能满足稳定坡降0.13的要求。当水库坝基砂砾石层设有全封闭的混凝土防渗墙时，水库渗流量减少明显，正常蓄水位时坝体及坝基单宽渗漏量为0.94m3/d，坝基渗透比降为0.03，满足稳定坡降0.13的要求。因此可研阶段采用较为安全的全封闭砼防渗方式(混凝土防渗墙沿坝基覆盖深度全面防渗至基岩层)。
初步设计阶段地质勘察成果和可研阶段成果基本一致，根据本阶段勘探资料，设计对坝体、坝基内的渗流状况进行了渗流复核计算。根据对坝体、坝基有限元渗流计算的分析，其结果基本符合渗流的实际情况。根据计算，水库位于正常蓄水位，坝基不采取防渗措施时，坝脚出口坡降为0.87，坝体及坝基单宽渗漏量为26.9m3/d；当采用20m防渗墙方案时，坝脚出口坡降为0.80，坝体及坝基单宽渗漏量为24.7m3/d；当采用40m防渗墙方案时，坝脚出口坡降为 0.69，坝体及坝基单宽渗漏量为20.3m3/d；当采用60m防渗墙方案时，坝脚出口坡降为0.53，坝体及坝基单宽渗漏量为15.3m3/d；当采用80m防渗墙方案时，坝脚出口坡降为0.45，坝体及坝基单宽渗漏量为11.3m3/d。从计算结果看，在坝基采取不同深度的半悬挂防渗方案时，坝基渗流量较大，坝脚渗透坡降也偏大，说明强透水的砂砾石层阻碍水流通过的能力较小，其在深度方向水头损失减小的程度不明显，导致在后坝脚处渗透坡降均不能满足稳定坡降0.13的要求。
当水库坝基砂砾石层设有全封闭的混凝土防渗墙时，水库渗流量减少明显，正常蓄水位时坝体及坝基单宽渗漏量为0.94m3/d，坝基渗透比降为0.03，满足稳定坡降0.13的要求。因此本阶段采用可研阶段推荐的防渗方案，即对坝基防渗方式采用全封闭砼防渗墙方案，要求防渗墙沿坝基防渗至基岩层，最大深度 107m。
防渗墙布置于坝轴线上，墙顶设置混凝土刺墙深入粘土心墙内3m，底部深入基岩1m，在坝肩处与基岩面相交，河床防渗墙最大深度为107m，根据施工及同类工程类比，一般采用80cm厚的C20W8混凝土防渗墙，渗透系数不大于 10-7。
9、渗流监测
(1)坝体渗流压力监测：共布置4个主要监测断面，分别位于大坝0+100m、 0+200m、0+300m、0+400m处，各断面的渗流监测均采用测压管形式，分别位于心墙下游侧和排水棱体前缘。
(2)坝体渗流量监测：由于坝基透水层较厚，因此本工程在坝后坡脚外布置水位观测孔进行渗流量观测，共选取4个横断面，每个横断面顺水流方向布置两个水位观测孔，两孔间距15m，计算渗流坡降和渗流量。渗流量监测施工期每月4～10次，初蓄期每月10～30次，运行期每月3～6次。
(3)绕坝渗流监测：在大坝左右岸各布置三处水位观测孔，前期采用平尺水位计观测，后期放入渗压计进行自动化观测
(4)渗流压力监测：在封堵体与衬砌之间布置渗压计，监测接缝处渗流压力变化，渗压计位于顶拱位置。
10、基坑排水
基坑排水包括初期排水和经常性排水两部分。本项目由于截流后基坑存水量不大，故采用初期排水和经常性排水相结合的方式。
初期排水总量包括围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基础渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量以及可能的降水量。经常性排水包括围堰及基础在设计水头的渗流量、覆盖层中的含水量、排水时降水量和施工弃水量。抽水设备的数量选择以抽干坑内积水并有一定的备用考虑。基坑内设置完善的排水系统。基坑抽水时，注意基坑内的水位不能下降太快，以免围堰发生坍塌。
经常性排水水量计算：
(1)基坑渗水量为：
大坝基坑面积：380×470＝178600㎡
开挖时最低点高程：3372.2m
下游导流洞出口高程3375.48m，
坝址部位基础砾石层的渗透系数平均为1.0×10-2cm/s，由于外侧水头较低，则总计的日渗水量为，178600㎡×1.0×10-1×10-6×3600＝6.43m3/h。
(2)降雨汇水量为：
经查，坝址区区最大日降水量为40.8mm，集水面积约180000㎡，则日最大降雨汇水量为7344m3。
(3)施工废水量：
由于坝基开挖基本为机械开挖，施工废水主要在混凝土施工过程中产生，按每m3混凝土产生1m3废水计算，日最大浇筑强度按200m3计算，施工废水产生强度为8.3m3/h。
综上，大坝基坑最大排水量为6.43+7344/24+8.3＝320.7m3。
通过对坝体初期基坑积水、围堰堰身、堰基渗水以及降雨的估算，截流后基坑积水量约为15000m3，根据最大初期基坑排水强度，在上、下游围堰各选用一台8SH-9型离心泵(流量351m3/h)将水排入上、下游围堰外的河道内。截流后基坑初期排水时两台水泵全部不间断工作。施工期根据基坑渗水情况选择水泵进行抽排。
虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (10)

1.一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于包括步骤：
(1)根据抽、注水实验分析砾石层的透水性，从而划分强透水层、中等透水层以及弱透水层；
(2)根据坝肩岩体压水试验获得岩体透水性，从而划分微透水层、弱透水层、中等透水层以及强透水层；
(3)根据区域资料，坝址是否属于压性断裂、工程类比获得断层的透水性表征，所述表征通常为断层的渗透系数，从而判断是否会形成影响蓄水的渗漏通道；
(4)根据步骤(1)-(3)的测量和计算结果，设计用于水库工程岩土体透水及防渗的防渗帷幕。
2.根据权利要求1所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于所述步骤(1)包括：计算坝基渗流量，将所述坝基的卵、砾石层最大厚度左右从左到右分为多层，总体渗透系数在水平向计算时对多层取值，此后通过对各层面积加权平均后获得所述坝基渗透系数，从而获得坝基渗流量，对于强透水层的坝基，所述渗流量的计算包括：
Q＝q.B＝K×H×T÷(2b+T)×B
式中:q—坝基单宽剖面渗漏量,m3/(d.m)；
K—透水层的渗透系数，m/d；
H—坝上下游水位差，m；
2b—坝底宽，m,160m；
T—透水层总体平均厚度，m；
B—渗漏带宽度，m。
3.根据权利要求2所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：根据所述强透水层坝基的渗流量确定是否加入防渗帷幕，所述防渗帷幕的防渗深度和防渗长度根据正常蓄水位高度以及透水率确定。
4.根据权利要求1所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：如果步骤(1)-(3)判断均为强透水层且渗透系数确定会形成影响蓄水的渗漏通道，所述步骤(4)的所述防渗帷幕为全断面防渗墙，断裂带处的防渗深度高于一侧坝肩防渗帷幕的深度，河谷防渗帷幕进入基岩面0.5-1m，一侧坝肩防渗深度大于另一侧坝肩防渗帷幕深度，且一侧坝肩所述防渗帷幕沿水库所在地的山脊或水路适当延伸。
5.根据权利要求1所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于所述步骤(4)还包括：在河床布置了2个钻孔，根据钻孔试验，坝基设40m深砼半悬挂防渗墙。
6.根据权利要求1所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：所述防渗帷幕采用防渗土料制成，所述防渗土料采用第四系冲洪积、冲积成因的粉质粘土层，加入所述防渗帷幕的水库外侧形成粉质粘土心墙砂壳坝，从上游到下游共分为7个分区、包括：坝体围堰结合区、上游砂砾石坝壳、心墙上下游反滤层、粉质粘土心墙、下游砂砾石坝壳以及排水棱体。
7.根据权利要求6所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：所述粉质粘土心墙为坝体的防渗核心区，粉质粘土心墙按施工最小要求顶宽取3m，底宽最大为25m，心墙顶部高程3400.4m，底部高程3374m，心墙上下游坡度为1:0.3，设计压实度不小于0.97，粉质粘土心墙中含有砂石含量小于15％，并控制其制粒径不大于10cm，无粗粒集中架空现象，粉质粘土心墙铺筑厚度小于40cm，并具有经现场试验确定的最优含水量，采用凸块振动碾压，使得渗透系数小于1×10-5cm/s。
8.根据权利要求7所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：所述粉质粘土心墙外侧设置心墙反滤层，所述心墙反滤层上游厚度为0.5m，下游1.0m，底部1.0～1.5m，采用下游砂砾石料场筛分后砂砾石料填筑。
9.根据权利要求1所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：还包括步骤(5)渗流监测，包括：
坝体渗流压力监测：共布置4个主要监测断面，分别位于大坝0+100m、0+200m、0+300m、0+400m处，各断面的渗流监测均采用测压管形式，分别位于心墙下游侧和排水棱体前缘；
坝体渗流量监测：由于坝基透水层较厚，在坝后坡脚外布置水位观测孔进行渗流量观测，共选取4个横断面，每个横断面顺水流方向布置两个水位观测孔，两孔间距15m，计算渗流坡降和渗流量，渗流量监测施工期每月4～10次，初蓄期每月10～30次，运行期每月3～6次；
绕坝渗流监测：在大坝左右岸各布置三处水位观测孔，前期采用平尺水位计观测，后期放入渗压计进行自动化观测；
封堵体与衬砌之间渗流压力监测：在封堵体与衬砌之间布置渗压计，监测接缝处渗流压力变化，渗压计位于顶拱位置。
10.根据权利要求1所述的一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法，其特征在于：还包括步骤(6)基坑排水，包括初期排水和经常性排水两部分，所述初期排水总量包括围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基础渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量以及可能的降水量，所述经常性排水包括围堰及基础在设计水头的渗流量、覆盖层中的含水量、排水时降水量和施工弃水量，所述基坑排水采用的抽水设备的数量选择以抽干坑内积水并有一定的备用考虑，基坑内设置完善的排水系统。
CN201910652674.2A 2019-07-19 2019-07-19 一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法 Pending CN110904915A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910652674.2A CN110904915A (zh) 2019-07-19 2019-07-19 一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910652674.2A CN110904915A (zh) 2019-07-19 2019-07-19 一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110904915A true CN110904915A (zh) 2020-03-24

Family

ID=69814426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910652674.2A Pending CN110904915A (zh) 2019-07-19 2019-07-19 一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110904915A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112962516A (zh) * 2021-02-23 2021-06-15 河海大学 一种抑制堤基管涌的除险加固措施的设计及施工方法
CN113027521A (zh) * 2021-02-03 2021-06-25 淮北矿业股份有限公司 一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法
CN113032883A (zh) * 2021-04-01 2021-06-25 梁军 土石坝心墙厚度的计算方法、心墙厚度设计值的确定方法及介质材料渗流流量的计算方法
CN114707441A (zh) * 2022-04-13 2022-07-05 中铁城建集团有限公司 一种水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法及系统
CN114912067A (zh) * 2022-05-07 2022-08-16 昆明理工大学 一种单层土工膜防渗大坝的渗漏反演分析方法
CN116087061A (zh) * 2023-02-08 2023-05-09 江苏科技大学 一种隔离屏障与基岩接缝处允许最大缝隙宽度的测量方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1451205A1 (ru) * 1987-05-06 1989-01-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова Способ возведени напорного сооружени с противофильтрационным элементом
CN103741694A (zh) * 2013-12-25 2014-04-23 长江勘测规划设计研究有限责任公司 控制灌浆处理垂直型沥青混凝土心墙土石坝渗漏的方法
CN204370373U (zh) * 2014-11-13 2015-06-03 昆明理工大学 一种水库封闭防渗帷幕结构
CN109284567A (zh) * 2018-10-11 2019-01-29 青海大学 一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1451205A1 (ru) * 1987-05-06 1989-01-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова Способ возведени напорного сооружени с противофильтрационным элементом
CN103741694A (zh) * 2013-12-25 2014-04-23 长江勘测规划设计研究有限责任公司 控制灌浆处理垂直型沥青混凝土心墙土石坝渗漏的方法
CN204370373U (zh) * 2014-11-13 2015-06-03 昆明理工大学 一种水库封闭防渗帷幕结构
CN109284567A (zh) * 2018-10-11 2019-01-29 青海大学 一种隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙应力状态的研究方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尚剑宝: "横泉水库坝基渗漏分析及防渗处理措施", 《山西水利》 *
康小兵等: "四川红层区某水库坝址渗漏影响因素", 《成都理工大学学报（自然科学版）》 *
张俊杰: "《宁波市轨道交通山岭隧道勘察技术》", 30 September 2017 *
施荣等: "《水利水电工程施工技术与组织 下》", 30 September 2013 *
江浩源: "隐伏断层作用下深覆盖层防渗墙渗控效果及应力状态研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
熊敏等: "瀑布沟大坝运行初期主要监测成果分析", 《水电可持续发展与碾压混凝土坝建设的技术进展：中国大坝协会2015学术年会论文集工程科技II》 *
雷子祥等: "兰州新区石门沟2#水库组合防渗结构施工分析", 《工程技术研究》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113027521A (zh) * 2021-02-03 2021-06-25 淮北矿业股份有限公司 一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法
CN113027521B (zh) * 2021-02-03 2023-12-22 淮北矿业股份有限公司 一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法
CN112962516A (zh) * 2021-02-23 2021-06-15 河海大学 一种抑制堤基管涌的除险加固措施的设计及施工方法
CN113032883A (zh) * 2021-04-01 2021-06-25 梁军 土石坝心墙厚度的计算方法、心墙厚度设计值的确定方法及介质材料渗流流量的计算方法
CN114707441A (zh) * 2022-04-13 2022-07-05 中铁城建集团有限公司 一种水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法及系统
CN114912067A (zh) * 2022-05-07 2022-08-16 昆明理工大学 一种单层土工膜防渗大坝的渗漏反演分析方法
CN114912067B (zh) * 2022-05-07 2024-04-12 昆明理工大学 一种单层土工膜防渗大坝的渗漏反演分析方法
CN116087061A (zh) * 2023-02-08 2023-05-09 江苏科技大学 一种隔离屏障与基岩接缝处允许最大缝隙宽度的测量方法
CN116087061B (zh) * 2023-02-08 2024-04-26 江苏科技大学 一种隔离屏障与基岩接缝处允许最大缝隙宽度的测量方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110904915A (zh) 一种水库工程岩土体透水及防渗设计方法
CN106337426B (zh) 一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法
WO2013159749A1 (zh) 一种矿井地下水的分布式存储及利用方法
CN103061327B (zh) 一种排土场综合治理方法
Fookes et al. The application of engineering geology in the regional development of northern and central Iran
CN110130376A (zh) 一种尾矿回采地下水排水的方法
Toumi et al. Evaluation of geology and hydrogeology of the water leakage in Hammam-Grouz Dam, Algeria
CN106202911B (zh) 一种河道生态流量地下水补给需水计算方法
CN116516898B (zh) 一种高地下水挖方渠道边坡排水体系及施工方法
Wallace et al. Contribution to regional water table from transmission losses of ephemeral streambeds
CN107044131A (zh) 一种深厚覆盖层的防渗方法
CN112523272B (zh) 用于强风化岩层的抗浮盲沟及其施工方法
CN217104953U (zh) 就地采用天然淤积级配不良细砂构筑的砂坝
CN114508078B (zh) 就地采用天然淤积级配不良细砂构筑均质砂坝的施工方法
Kaini et al. Seepage analysis underneath the headwork of Chanda Mohana Irrigation Scheme, Sunsari, Nepal
Campaña et al. The Quillayes sand tailings dam in Chile design and operation
Larsson et al. Long-term effects of excavations at crests of slopes. Pore pressure distribution-Shear strength properties-Stability-Environment
Canoglu ASSESSMENT OF AQUIFER RECHARGING USING DAMS IN TERMS OF GEOTECHNICAL CHARACTERIZATION AND HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS IN ARID REGIONS
Li et al. Seepage Analysis of Drainage Decompression in Sloping Basement
Milanović Water Resources Projects
Emamzadeh et al. Numerical modeling of sealing curtain design performance in earth-dams implemented on layered soils (Case study: Abbasabad dam)
Geddes et al. THE BACKWATER DAM.
CN116822243A (zh) 一种黄土丘陵浅埋厚煤层采煤塌陷区地表防排水设计方法
Pepper Dams: Engineering in a Social and Environmental Context
Liu et al. Comparing and Selecting the Dewatering Schemes of Tibet Linzhi Duobu Hydropower Station Underground Factory Buildings

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200324