某水电站上游围堰防渗体的优化布置.docx

第50卷第7期2014年7月

第50卷第7期2014年7月

VoL.50.No.7

Jul.,2014

GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOL0GY

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·设计与研究·

某水电站上游围堰防渗体的优化布置

李权，党发宁

(西安理工大学岩土工程研究所，陕西西安710048)

摘要：围堰防渗体的设计通常是按照经验及规范规定进行，其安全性与经济性较难达到一个最优状态。鉴此，提出了综合考虑规范规定、工程区的渗流量、边坡的安全稳定、关键位置的允许水力坡降以及费用控制等因素进行围堰防渗体的优化布置。某水电站上游围堰防渗设计中运用该方法，结合堰体安全及资金投入，优化了围堰防渗体的布置方案，给出了防渗帷幕的最优深度、厚度及灌浆孔的间距。

关键词：围堰；防渗体系；优化布置

中图分类号：TV223.4;TV551.3文献标志码：A文章编号：2095-0144(2014)07-0022-05

1前言

围堰在大坝施工过程中起着十分重要的作用，围堰的稳定性关乎大坝主体的施工进度、质量和安全。为了确定围堰防渗体系的最优布置方法，国内外学者进行了大量的解析理论、数值模拟及现场试验等研究工作。党发宁等1利用GeoStudio软件计算分析了某水电站围堰防渗墙几种典型深度的渗流场，认为悬挂式防渗墙对截渗效果并不明显，下游坡脚布置压坡透水体可以明显地提高堰体的稳定性；张拥军等[2认为防渗墙应深入相对不透水层，形成全封闭体系；尹海华[3认为只考虑渗流量时，竖直防渗体深度是坝前水深的10~16倍时效果比较理想；谢兴华等[4认为当防渗墙的深度与覆盖层的厚度比值为0.6~0.8时可达到防渗墙的最优深度；吕仕龙等[5认为帷幕优化是一动态设计的过程，应根据现场试验结果进行不断的完善和调整。

围堰防渗体的设计优化是一个非常复杂的过程，它不仅与工程区的地质地层、堰体上下游的水头差有关，还应综合考虑围堰防渗体的资金投入以及堰后基坑排水的资金投入。所以单一的考虑某个方面来进行防渗体的优化布置就显得不太合理，本文即在此背景下，以某水电站上游围堰为例，试图探索该围堰防渗体的最优布置方案。

2围堰防渗体的优化设计原则

2.1防渗帷幕的设计标准

照土石坝灌浆帷幕设计标准进行围堰防渗体的设计。

根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》61,灌浆帷幕的设计标准应按灌浆后基岩的透水率控制。1级、2级坝及高坝透水率宜为3~5Lu,3级及以下的坝透水率宜为5~10Lu。围堰的设计要求没有土石坝高，可以在同等级土石坝设计规范上降低一个等级进行控制。

2.2边坡稳定性判据

土石围堰边坡的稳定分析通常使用圆弧法和简化毕肖普法进行计算7。根据DL/T5087-1999《水利水电工程围堰设计导则》81,Ⅲ级土石围堰的边坡稳定安全系数不小于1.2,IV、V级土石围堰的安全系数不小于1.05。土体的安全系数定义为抗滑力矩与滑动力矩的比值[9,如下式所示：

K=Mp/Ms(1)

式中：M——抗滑力矩；Ms——滑动力矩。

本文在三维渗流计算的基础上，将典型剖面的测压管水头值导入二维边坡计算软件Geo-Slope进行围堰堰坡的稳定计算，这样可以考虑两岸绕渗对边坡稳定的影响。

2.3允许水力坡降判据

渗透稳定是土石围堰安全控制中最重要的问题之一，在围堰填筑材料和围堰结构已定的情况下，防渗体系直接影响堆石体内的浸润线埋深，进而影响

围堰作为临时性水工建筑物，其防渗帷幕的设计标准目前尚无统一的尺度，考虑到土石围堰的结构布置、渗控要求等都和土石坝类似，因此，可以参收稿日期：2014-06-30

基金项目：水利部公益性行业科研专项(201201053-03)

堰体各关键位置的水力坡降。为了保证围堰的安全稳定，应该将堰体各关键位置的逸出水力坡降i。限制在允许水力坡降[i]之内[10,即

作者简介：李权(1989-),男，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为岩土及水利工程数值仿真分析。

第7期李权，等：某水电站上游围堰防渗体的优化布置第50卷

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i≤[i]=i/F(2)

式中：i——临界水力坡降；

F——安全系数，常取2.0~2.5。

2.4费用控制原则

围堰防渗体优化设计时的费用控制主要包