根据渗流计算分析,库区天然铺盖厚度小于3.0m时,渗漏将加剧;当天然铺盖厚度大于3.0m时,渗漏量相对较小。因此,水平防渗处理范围为天然铺盖厚度小于3.0m的部位,主要分布在现代河床部位。
4.2壤土水平防渗方案
对天然铺盖厚度小于3.0m的部位,先进行平整,用壤土进行铺盖补强。与土工膜水平防渗方案不同的是防渗体由土工膜改为壤土.因此,要求作为防渗铺盖的壤土必须有较小的渗透系数。
施工过程中,采用分层碾压,控制最大干容量和最优含水量。土料压实标准要根据当地土料用击实仪进行击实试验来决定。
壤土平均补强厚度为2.0m,要求土料粘粒含量不少于20%,压实度不低于0.93。
该方案要到库区以外寻找料场,运输到库区。防渗铺盖占用部分库容。
4.3垂直防渗方案
根据地质勘察资料可知,坝前天然铺盖厚度不均,具中等透水性,大范围的垂直入渗较强烈;库区河床靠上游段壤土层较薄,局部卵砾石层出露,坝基卵砾石层厚度较大,且分布连续广泛,并与河床卵石层相通,导致库水垂直入渗后通过卵砾石层向库外排泄,造成坝基渗漏严重。由于局部地段卵砾石层与上部土层直接接触,卵砾石层粗粒含量较高,缺少砂粒填充,透水性强,高水头作用下易产生层间接触冲刷,潜蚀作用会影响坝基渗透稳定。为解决坝基严重渗漏与坝基渗透稳定,对深厚的砂卵石地基采用混凝土防渗墙防渗是行之有效的措施。
混凝土防渗墙布置在坝轴线上游坝脚位置。防渗墙顶端埋入坝脚,下端要求穿透深层的砂卵石层,打入相对不透水层。坝基为粘性土、砂性土、碎石土及坚硬岩多层结构,其中砂卵石层下分布有较连续的粘土层,渗透系数较小,可作为相对隔水层,为减少工程量及施工难度,在粘土层较厚部位,防渗墙下端打入粘土层内不小于2.0m,粘土层较薄的部位要求防渗墙嵌入基岩。防渗墙平均深度为62m,墙体厚度0.8m,混凝土强度为C10。
4.4方案比较
经比较分析可知:①垂直防渗方案。防渗效果好,但是防渗墙深度大,坝线长,防渗墙总面积达32万m2,施工难度大,工期长达4年。工程总投资最高,达46371万元。②壤土水平防渗方案。施工较易,但防渗处理效果不如土工膜水平防渗方案,总投资为13998万元,比土工膜水平防渗方案大。施工用的粘壤土要到库区或库外较远的地方运土,对库容有一定减小。施工时要严格控制碾压质量,对施工要求严格。③土工膜水平防渗方案。施工容易,防渗效果好于壤土防渗方案,总投资为5983.99万元,是3个方案中最小的。施工条件优越,施工方法简单,土工膜埋于地下,不存在老化而导致的防渗失效,耐久性较好。
通过综合分析比较,采用土工膜水平防渗补强方案。
5土工膜水平防渗方案设计
5.1天然铺盖渗透稳定分析
库区最低点的高程为33.5m,校核洪水位为46.83m,因此黄土状壤土层所承受的最大水头为13.33m。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定,斜墙的容许渗透梯度为5,心墙的容许渗透梯度为4。实际上,防渗体的容许渗透梯度视土的性质不同而异,轻壤土为3~4,壤土为4~6,粘土为6~8。通常控制防渗体的容许梯度为5~6。因此,从渗透稳定考虑,库区较低部位,天然铺盖小于3.0m的部位需要做防渗处理,才能保证防渗层的渗透稳定。
5.2库区处理前后渗漏量分析
在确定土工膜防渗的范围时,需要从投资和防渗效果两个方面考虑。处理范围小,则不能达到预期的防渗效果;处理范围过大,将会使投资量大。
当只对天然铺盖厚度小于2m的区域铺设土工膜防渗后,正常蓄水位情况下,总渗漏量仍达10.46万m3/d,显然渗漏量太大,防渗效果不明显;对天然铺盖厚度小于3.0m的区域铺设土工膜防渗,需要土工膜面积为207.57万m2,渗流量为205万m3/d;当铺设土工膜的范围扩大为天然铺盖厚度小于4.0m的区域时,渗流量为1.71m3/d,但是铺设土工膜面积增大为327.9万m2。