土石坝深覆盖层防渗墙应力分析研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２ ０ １ ３ 年（ 第４ ２ 卷） 第１ １ 期
施工技术
土石坝 深覆 盖层 防渗墙应 力分析研 究
李 建 ， 张
（ １ ． 中国水 电顾 问集 团成都 院 ， 四川 成都
胤
南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
６ １ ０ ０ ７ ２ ； ２ ． 河海大学 ， 江苏
摘
要： 通 过系统地分析悬挂式 防渗墙与全封 闭式防渗墙 的优缺点 ， 结合硬梁包水 电站项 目， 本论述最初提 出四种 防渗墙
５ ３
施 工 技 术
２ ０ １ ３ 年（ 第４ ２ 卷） 第ｌ ｌ 期
勘 测设 计 院修正 的 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍ ａ ｎ单 元模 型 、河 海
大学的薄单元模型 ，还有在 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍ ａ ｎ 单元模
型基 础 上建立 的专 门用 于模 拟混 凝 土 面板 堆
石坝的缝单元模 型等。 且此程序为 １ ９ ９ １ 年水
利 水 电规划设 计 总 院编写 的 “ 水利 水 电 工程 设计 软 件包 ” （ 水 利 电力 出版社 ） 所收 录 。
图２ 防渗 墙 剖 面 示 意 图
４ 防渗墙设计方 案比较
４ ． １ 初始 方案 及计 算成 果
初 始方 案 中覆 盖层地 基 采用 “ 沉 井基 础 ＋ 旋喷桩”
计算 方案 ， 经Ｔ Ｄ Ａ Ｄ三维有 限元程 序计 算后 ， 总结各方案 已解决及待解决 等问题 ， 并根据 防渗墙 的变形和应力分析 ， 提出改 进方案 ， 综合评价 防渗墙设计方案及施工顺序对坝体应力 的影响 。
关键词 ： 防渗墙 ； 三维应力 ； 悬挂布置 ； 全封闭布置
防 渗墙 对 于堤 防工 程 是最 为 有效 的 防渗处 理 措 施 之一 。堤 防工程设 计 规 范 （ ＧＢ ５ ０ ２ ８ ６ — ９ ８ ） 已述 及 防渗 墙
水电站采用引水式开发 ， 最大利用落差 １ １ ６ ． ９ ｍ， 水库正 常蓄水位 １ ２ ４ ６ ｍ，正常蓄水位 以下库容 ２ ０ ７ ５ ． ４万 ｍ 。 。 主河道布置闸， 闸室顺水流方向长度 ６ ５ ． ０ ０ ｍ， 沿闸轴线
总宽 度为 ８ ４ ． ０ ｍ。闸底 板顶 高程 均为 １ ２ １ ６ ． ０ ０ ｍ， 闸坝 顶 高程 为 １ ２ ４ ８ ． ５ ０ ｍ， 最 大 闸坝高 ３ ８ ． ０ ｍ。
入 研究 ， 鉴于 这些 诸 多复 杂 的 问题 ， 需 进行 三 维应 力 分
处理 方 法 ， 考虑 防 渗墙 的不 同设 置深 度 ， 本 论述 提 出 四 种 防 渗墙 设 计 方 案 ， 即 两 种悬 挂 方 案 （ Ｃ １和 ｃ ２方 案 ，
防渗墙底高程 １ １ ４ ０ ｍ） 和两种全封闭方案 （ Ｃ ３ 和ｃ ４方
首部 防渗 系统 由 防渗墙 和 帷幕 灌 浆 组成 ，两岸 坝 肩采 用帷 幕灌 浆 防渗 ，闸坝铺 盖下 设 ８ ０ ｍ深悬 挂 防渗 墙 。河 床覆 盖 层深 厚 （ 约 １ ２ ０ ｍ） ， 且下 伏 可能液 化 砂层 ， 混 凝 土 闸较 高 （ 近４ ０ ｍ） ， 首 部 挡 水 建 筑 的应 力 、 应变 ， 稳定 以及基 础 变形 和砂 层 液 化判 别 等 ，都 需要 进 行 深
墙的不 同设计形式及其施工顺序缺 点及 建议 。采 用工 程实 例模 型 与设 计 规 范相 适 应原 则 ，所得 出 的规 律性 结论 可 供 堤 防加 固工程 设计 参考 引 用 。
式防渗墙对此项 目的影响。
２ 工程 概 况及 主 要研 究 内容
硬梁 包水 电站位 于 四川 省 泸定 县境 内 ，是大 渡 河 干流 水 电规 划 ２ ２个 梯级 电站 的第 １ ３ 个 梯 级 电站 。此
１ 防渗墙设计 形式
防渗墙是使用 专用机 具钻凿 圆孔或 直接 开挖槽 孔， 孔 内浇灌混凝土 、 回填黏土或其他防渗材料等或安
装 预制 混 凝 土构 件形 成 连 续 的地 下 墙 体 。在 选择 防渗
资小 、 施工 快 ， 且有 利 于河 水 与 地下 水之 间的连 通 。但 是 ，悬 挂 式 防渗墙 目前公 认 的对 于渗 流量 的控 制 作 用 很 小 。封 闭式 防渗 墙 防渗效果 固然 很好 ， 但 若堤基 强 透
的设计 ，但是在其工程应用的适应性还缺乏全面 系统
的研究 ，所 以在防渗墙既满足工程安全要求又尽可能
案） ， 由于 防渗 墙存 在 沉 降 ， 会 对 趾 板形 成 拉力 ， 所 以悬
析， 研 究合 理 的基 础 处 理 方案 ， 为 工 程设 计 提 供 依 据 。 计 算 模 型 三维 有 限 元 网格 及 防 渗墙 布 置 剖 面 图见 图 １
以便布置施工道路和设备。
常见 防渗 墙布 置方 式 主要 为悬 挂 式 和全 封 闭式 ，其 中悬 挂式 防渗 墙 投
图１ 面 板 坝 三 维 有 限 元 网格
作者简 介 ： 李建 （ １ ９ ８ １ 一 ） ， 男， 汉族 ， 四川 成 都 人 ， 大学本科 ， 工程师 ， 主 要从 事水 电水 利 土 工 试 验 工 作 。
地节约投资的情况下 ，对不同设计形式 防渗墙 的防渗
效果 和 应用 条件 的研 究 ， 显得 及其 重 要 。本 论述 对 防渗
水层过于深厚 ， 建造封闭式防渗墙 ， 不仅工程造价高 ，
而且施 工难 度大 ， 工 程质量 难 以保证 。本论 述就 以硬 梁 包水 电站 模 型为 例 ，比较分 析 悬挂 式 防渗 墙 与全 封 闭
墙的平面布置时， 常常需考虑坝身地质条件和水文地质
条件 ，当坝 基 岩性 或地 质构 造沿 水 流
方向有变化时， 宜将 防渗墙放在坚 固
而 不 透水 的基 岩 或粘 性 土层 中，尽 量
避开断层等不利的地质构造 。其次在 施工方面 ，当防渗墙放在已建成水库
的上 游 坝脚 的粘 土斜 墙 或 铺 盖 中 时 ， 则 在 防渗墙 与 坝脚 之 间应 留 出一 定 的 距离 （ 其 大小 依钻 机摆 放位 置 而定 ） ，
施工技术
土石坝 深覆 盖层 防渗墙应 力分析研 究
李 建 ， 张
（ １ ． 中国水 电顾 问集 团成都 院 ， 四川 成都
胤
南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
６ １ ０ ０ ７ ２ ； ２ ． 河海大学 ， 江苏
摘
要： 通 过系统地分析悬挂式 防渗墙与全封 闭式防渗墙 的优缺点 ， 结合硬梁包水 电站项 目， 本论述最初提 出四种 防渗墙
５ ３
施 工 技 术
２ ０ １ ３ 年（ 第４ ２ 卷） 第ｌ ｌ 期
勘 测设 计 院修正 的 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍ ａ ｎ单 元模 型 、河 海
大学的薄单元模型 ，还有在 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍ ａ ｎ 单元模
型基 础 上建立 的专 门用 于模 拟混 凝 土 面板 堆
石坝的缝单元模 型等。 且此程序为 １ ９ ９ １ 年水
利 水 电规划设 计 总 院编写 的 “ 水利 水 电 工程 设计 软 件包 ” （ 水 利 电力 出版社 ） 所收 录 。
图２ 防渗 墙 剖 面 示 意 图
４ 防渗墙设计方 案比较
４ ． １ 初始 方案 及计 算成 果
初 始方 案 中覆 盖层地 基 采用 “ 沉 井基 础 ＋ 旋喷桩”
计算 方案 ， 经Ｔ Ｄ Ａ Ｄ三维有 限元程 序计 算后 ， 总结各方案 已解决及待解决 等问题 ， 并根据 防渗墙 的变形和应力分析 ， 提出改 进方案 ， 综合评价 防渗墙设计方案及施工顺序对坝体应力 的影响 。
关键词 ： 防渗墙 ； 三维应力 ； 悬挂布置 ； 全封闭布置
防 渗墙 对 于堤 防工 程 是最 为 有效 的 防渗处 理 措 施 之一 。堤 防工程设 计 规 范 （ ＧＢ ５ ０ ２ ８ ６ — ９ ８ ） 已述 及 防渗 墙
水电站采用引水式开发 ， 最大利用落差 １ １ ６ ． ９ ｍ， 水库正 常蓄水位 １ ２ ４ ６ ｍ，正常蓄水位 以下库容 ２ ０ ７ ５ ． ４万 ｍ 。 。 主河道布置闸， 闸室顺水流方向长度 ６ ５ ． ０ ０ ｍ， 沿闸轴线
总宽 度为 ８ ４ ． ０ ｍ。闸底 板顶 高程 均为 １ ２ １ ６ ． ０ ０ ｍ， 闸坝 顶 高程 为 １ ２ ４ ８ ． ５ ０ ｍ， 最 大 闸坝高 ３ ８ ． ０ ｍ。
入 研究 ， 鉴于 这些 诸 多复 杂 的 问题 ， 需 进行 三 维应 力 分
处理 方 法 ， 考虑 防 渗墙 的不 同设 置深 度 ， 本 论述 提 出 四 种 防 渗墙 设 计 方 案 ， 即 两 种悬 挂 方 案 （ Ｃ １和 ｃ ２方 案 ，
防渗墙底高程 １ １ ４ ０ ｍ） 和两种全封闭方案 （ Ｃ ３ 和ｃ ４方
首部 防渗 系统 由 防渗墙 和 帷幕 灌 浆 组成 ，两岸 坝 肩采 用帷 幕灌 浆 防渗 ，闸坝铺 盖下 设 ８ ０ ｍ深悬 挂 防渗 墙 。河 床覆 盖 层深 厚 （ 约 １ ２ ０ ｍ） ， 且下 伏 可能液 化 砂层 ， 混 凝 土 闸较 高 （ 近４ ０ ｍ） ， 首 部 挡 水 建 筑 的应 力 、 应变 ， 稳定 以及基 础 变形 和砂 层 液 化判 别 等 ，都 需要 进 行 深
墙的不 同设计形式及其施工顺序缺 点及 建议 。采 用工 程实 例模 型 与设 计 规 范相 适 应原 则 ，所得 出 的规 律性 结论 可 供 堤 防加 固工程 设计 参考 引 用 。
式防渗墙对此项 目的影响。
２ 工程 概 况及 主 要研 究 内容
硬梁 包水 电站位 于 四川 省 泸定 县境 内 ，是大 渡 河 干流 水 电规 划 ２ ２个 梯级 电站 的第 １ ３ 个 梯 级 电站 。此
１ 防渗墙设计 形式
防渗墙是使用 专用机 具钻凿 圆孔或 直接 开挖槽 孔， 孔 内浇灌混凝土 、 回填黏土或其他防渗材料等或安
装 预制 混 凝 土构 件形 成 连 续 的地 下 墙 体 。在 选择 防渗
资小 、 施工 快 ， 且有 利 于河 水 与 地下 水之 间的连 通 。但 是 ，悬 挂 式 防渗墙 目前公 认 的对 于渗 流量 的控 制 作 用 很 小 。封 闭式 防渗 墙 防渗效果 固然 很好 ， 但 若堤基 强 透
的设计 ，但是在其工程应用的适应性还缺乏全面 系统
的研究 ，所 以在防渗墙既满足工程安全要求又尽可能
案） ， 由于 防渗 墙存 在 沉 降 ， 会 对 趾 板形 成 拉力 ， 所 以悬
析， 研 究合 理 的基 础 处 理 方案 ， 为 工 程设 计 提 供 依 据 。 计 算 模 型 三维 有 限 元 网格 及 防 渗墙 布 置 剖 面 图见 图 １
以便布置施工道路和设备。
常见 防渗 墙布 置方 式 主要 为悬 挂 式 和全 封 闭式 ，其 中悬 挂式 防渗 墙 投
图１ 面 板 坝 三 维 有 限 元 网格
作者简 介 ： 李建 （ １ ９ ８ １ 一 ） ， 男， 汉族 ， 四川 成 都 人 ， 大学本科 ， 工程师 ， 主 要从 事水 电水 利 土 工 试 验 工 作 。
地节约投资的情况下 ，对不同设计形式 防渗墙 的防渗
效果 和 应用 条件 的研 究 ， 显得 及其 重 要 。本 论述 对 防渗
水层过于深厚 ， 建造封闭式防渗墙 ， 不仅工程造价高 ，
而且施 工难 度大 ， 工 程质量 难 以保证 。本论 述就 以硬 梁 包水 电站 模 型为 例 ，比较分 析 悬挂 式 防渗 墙 与全 封 闭
墙的平面布置时， 常常需考虑坝身地质条件和水文地质
条件 ，当坝 基 岩性 或地 质构 造沿 水 流
方向有变化时， 宜将 防渗墙放在坚 固
而 不 透水 的基 岩 或粘 性 土层 中，尽 量
避开断层等不利的地质构造 。其次在 施工方面 ，当防渗墙放在已建成水库
的上 游 坝脚 的粘 土斜 墙 或 铺 盖 中 时 ， 则 在 防渗墙 与 坝脚 之 间应 留 出一 定 的 距离 （ 其 大小 依钻 机摆 放位 置 而定 ） ，