水底山水库复合土工膜土石围堰设计

水底山水库复合土工膜土石围堰设计

李少博

深圳市水务规划设计院股份有限公司

摘要 水底山水库上游采用全断围堰进行截流，围堰堰高为18m，围堰采用复合土工膜+残积风化土进行防渗。根据当地水文气象及气质条件，设计围堰的结构型式，介绍该种地质条件下的基础防渗方法，并对围堰的渗流及稳定进行分析。通过计算可知，采用该种方法防渗，其渗流量较小且围堰边坡均能达到稳定，可为今后同类工程在围堰设计方面提供参考与借鉴。

关键词：围堰、土工膜、防渗、渗流、稳定

1工程概述

深汕西部水源及供水工程位于深圳市深汕特别合作区，工程的任务以供水为主，兼有生态和滞洪功能。工程建设内容包括水底山水库枢纽工程和水底山水库至西部水厂输水工程。

水底山水库坝址位于广东省深汕特别合作区赤石镇明热河源头以下约8km处，距离下游水底山温泉度假村约2km，水库坝址距离合作区管委会15km，距离汕尾市海丰县70km，距深圳市130km。深汕高速、东部沿海高速、324国道横穿合作区，厦深铁路设有鲘门站，在建的交通设施有广汕铁路、潮莞高速等，交通情况较为便利。

水底山水库枢纽工程工程规模属中型，水库枢纽工程等别为Ⅲ等，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）第4.1.3条“失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的 2～5级主要永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准，建筑物级别可提高一级”。因此提出将水底山水库建筑物级别提高一级，即主要建筑物包括挡水、泄水和取水建筑物级别由3级提为2级。其中挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝，坝顶高程 145m，大坝顶宽10m，最大坝高69m，坝顶长度293m。

2基本情况

2.1水文气象条件

本工程坝址以上流域面积19.2km²，河长8.28km，河道比降44.9‰。工程所在流域属于亚热带季风气候，高温多雨，霜期短，日照充足，由于面临南海，海洋性气候影响强烈，具有明显的干湿季节。据海丰县气象局资料统计，本地区多年平均气温为22.7℃，年平均日照为2032.1小时。多年平均降雨量为2425.4mm。雨量年分配极不均匀，洪水由暴雨形成，5～10月份为洪水期，其水量占全年水量的70％，最大洪水多出现在 7～9月份；11月至次年4月份为枯水期，其水量仅占全年水量的30％，尤以12月至次年2月份为最枯时段。

2.2地质条件

坝址上游围堰轴线距坝轴线约69.5m，该处河床横向宽约24.4m，河底高程约85.0-87.8m，枯水期河水面高程87.5m，河床基岩零星裸露，为弱风化岩，冲洪积卵石广泛分布（厚度1~3m），两岸分布有少量残坡积土，层厚2~5m，下伏强-弱风化花岗岩。漂卵砾石层透水性强，渗透系数为K>100cm/s；残坡积土弱透水；强风化岩强-弱透水，弱风化岩呈弱透水性-中等透水性（上部），微风化岩呈微透水性。

3围堰设计

3.1设计标准

水底山水库工程为Ⅲ等工程，主要建筑物包括挡水、泄水和取水建筑物，主要建筑物级别为2级。大坝枢纽上游围堰等级为4级，大坝枢纽区导流洪水标准为10年一遇，施工导流时段为全年洪水，相应洪峰流量351 m³/s。

3.2平面布置

水底山大坝导流采用全段围堰截流+导流隧洞泄流方式，围堰轴线距离大坝轴线约69.5m，导流隧洞布置于现状河道左岸，导流隧洞进口距离现状河道约43.0m，导流隧洞进口高程为90.0m，出口高程87.2m。

3.3结构型式

经计算分析，围堰堰顶高程为104.0m，围堰顶宽度为7.0m，最大堰高约18.0m，围堰轴线长约83.0m。迎水面设置两个戗堤，两个戗堤高程分别为91.0m、94.0m，戗堤的宽度分别为3.0m、10.0m，迎水堰面坡度为1：2。背水堰面坡度为1：2。为将渗水排出，在背水坡设置贴坡排水，贴坡排水顶高程为88.0m，宽度为2.0m。

围 堰采用复合土工膜+残积风化土进行防渗，在围堰上游侧采用残积风化土填筑，根据地勘可知残积风化土渗透性约为4.0E-05cm/s。复合土工膜布置于残积风化土上侧，高程94.0m以上复合土工膜采用厚0.2m中粗砂加以保护，在中粗砂上侧采用厚0.3m编织袋装土压重；高程94.0m以下复合土工膜采用黏土料进行压实。围堰下游侧采用石渣料填筑。围堰典型横断面见下图1。

图1 围堰典型横断面图

3.4基础防渗处理

围堰处地质自上而下为：卵石层（1~3m厚）、弱风化花岗岩、微风化花岗岩，其中卵石层透水性强，为阻断河床渗流，本次设置截水槽，截水槽底高程为83.0m，位于弱风化花岗岩以下0.5m，截水槽左右侧坡度为1：1.5，截水槽采用残积风化土进行回填。

3.5围堰渗流及稳定分析

3.5.1 渗流计算

通过理正岩土7.0计算围堰渗流，计算工况为：洪水期的稳定渗流期和水位降落期。各工况下的围堰渗流量结果见表1。

表1 上游围堰典型断面渗流量计算成果表

由上表可知，围堰渗流量为489.7m³/d，渗流量不大，表明围堰防渗措施的防渗效果较好。

3.5.2稳定计算

围堰边坡的抗滑稳定工况为：稳定渗流期（上下游围堰边坡）、水位降落期（上下游围堰边坡），经计算，两种工况下围堰抗滑稳定成果见下表2。

表2 围堰边坡抗滑稳定计算成果表

从表2可知，围堰在正常运行情况的计算工况下的抗滑稳定系数均大于规范要求最小安全系数，围堰抗滑稳定满足规范要求。

4围堰施工

本次设计截流选择时间段为10月上旬，具体时间根据当时水文水情选择在非下雨期河道水位较小时截流。首先采用土石混合料（块石比例为30%），用翻斗汽车运抵截流河段，用推土机逐级推进，直到河道完全断流，先形成戗堤。戗堤堰体抢筑至94.0m高程，戗堤进占后期，抛填堤头裹头保护，防止堤头淘涮流失。截流采用立堵、两岸进占的方式。龙口形成后，进行龙口合拢施工，合拢采用立堵方案。在合拢施工准备过程中，应有水情工作人员对龙口上下游水位及水流情况进行认真的测定和分析，布置好观测设备，并对合拢料物、设备及施工人员等准备情况进行详细的检查、核对、落实。当截流令下达后，强行截流，一鼓作气，迅速推进直到合拢完成。

合龙后，在堰体上游侧位置回填黏土闭气料，围堰上游采用残积风化土开挖料填筑，下游采用石渣料回填，上下游同步上升，碾压部位土压实度不小于0.90，石渣料等砂石料相对密度不小于0.65。围堰主体填筑完成后，上游侧铺设复合土工膜，土工膜采用热熔法焊接，焊缝宽度为0.1m，土工膜厚度不小于0.5mm，复合土工膜单位面积质量不小于400g。下游侧布置贴坡排水。

5结束语

综上所述，本工程河床冲洪积卵石广泛分布，下伏弱风化岩、微风化岩。在该种地质条件下新建全断围堰，保证围堰渗流小且围堰边坡稳定是关键，本工程通过将表层卵石层挖除，新建截水槽，并采用复合土工膜+残积风化土进行防渗，该种防渗方式可有效截断渗流，且围堰边坡能达到稳定状态。

6参考文献

[1] SL252-2017 水利水电等级划分及洪水标准 中国人民共和国水利部, 2017.

[2] SL274-2001 碾压土石坝设计规范 中国人民共和国水利部, 2002.

[3] SL303-2017 水利水电施工组织设计规范 中国人民共和国水利部, 2017.

[4] SL623-2013 水利水电工程施工导流设计规范 中国人民共和国水利部, 2013.

[5] SL645-2013 水利水电工程围堰设计规范 中国人民共和国水利部, 2013.