土基上重力坝基底渗流计算

　　提要：介绍土基上重力坝坝基土体渗透稳定性计算，探讨设置于软基上重力坝的经济适用性。
　　关键词：土基，重力坝，改阻系数法，渗透压力
　　一、前言
　　对于很多小型水电站来说，砼接头坝开挖至岩基上，既增加工程量，又不安全，无形中又扰动基岩，所以对于岩石埋藏较深、土质条件较好地基，将砼接头坝置于土基上既经济又实用。
　　现行的《砼重力坝设计规范》（DL5108-1999），适应于大、中型岩基上的1、2、3级砼重力坝，对4、5级砼重力坝（高度一般较小）规定可以参照使用，将重力坝设计在土基上，没有特定的规范可依，为此，在设计时，除了按本规范规定满足抗滑、抗倾、基底应力外，还参照《水闸设计规范》（SL265-2001）和《水工建筑荷载设计规范》（DL5077-1999）确定基底土体的渗透稳定性。
　　二、渗流计算方法
　　重力坝土基渗流计算主要确定基底的扬压力和出口坡降，从而判断坝的稳定性和坝基土体的渗透稳定性，本文仅对后一种稳定性进行论述，根据《水闸设计规范》SL265-2001和《水工建筑荷载设计规范》（DL5077-1999），采用改进阻力系数法。
　　根据坝底轮廓线，重力坝地基可分为三种基本形式，即进出口段、内部垂直段和水平段，如下图所示：
　　
　　
　　图中S为地下轮廓垂直长度，T为透水地基的有效深度。
　　渗流计算公式为：
　　各段水头损失：；
　　总水头损失：，为基底各段的阻力系数，其计算如下：
　　①进出口段：；
　　②水平段：；
　　③内部垂直段：。
　　出口渗流平均坡降：，h0’为出口水头损失；
　　由以上公式就可以求得各段水头损失，并可作出沿地下轮廓的水力坡线，若水平坡降和出口坡降大于土基临界坡降，说明坝基土体的渗透稳定性满足要求。
　　土基临界坡降：Jc=，其中为土的比重，为水的比重，n为土的孔隙率，e为土的孔隙比。
　　三、工程实例
　　上利水电站大坝岸边基岩埋置较深，几乎与河床基岩平，其上基土为粘性土，根据地质提供的各种参数均满足一般持力层的要求，河中小岛经填土加高3米多即可挡水，但土坝到厂房、溢流坝到土坝之间要有接头重力坝连接，为了减少开挖，节约投资，结合本重力坝较矮（坝高11米左右，最大水头5.2米）特点，将重力坝设计在土基上。
　　
　　1.坝型：见图1、图2所示。
　　
　　
　　
　　2.参数计算
　　本工程各参数如下：
　　有效深度T计算：因为，＞地基实际深度4m,故T=4m，式中L0为地下轮廓的水平投影长度，S0为地下轮廓的垂直投影长度；
　　进口地下轮廓垂直长度：S=3.5m;
　　出口地下轮廓垂直长度：S=3.0m;
　　内部垂直长度：S1=0.5m;
　　上、下游水位差：正常水位时最大，ΔH=2.5m；
　　土的比重：=2.72；
　　n为土的孔隙率：。
　　
　　计算结果如下表：

　　从表中可看出，出口渗流平均坡降为0.259，小于土基临界坡降（0.5246），满足地基土体稳定要求。
　　3.经济效果
　　从图1、2可以看出，重力坝设置于土基上，可减少二分之一的土方开挖量和砼，本工程从2002年开工，至2003年3月运行发电至今，一切正常，说明这种处理方法是可行的。
　　四、适用性
　　以上是按坝高9.9m设计，如果坝高增加2.5m，出口渗流平均坡降为0.5171，约等于土基临界坡降（0.5246），就不满足地基土体稳定要求。所以重力坝设置于土基上与坝高、地质条件、基底埋深及轮廓线有很大关系，如以上工程实例的条件，最大坝高在12.5m以内均可行。
　　五、结语
　　在一定条件下，砼接头坝建于土基上，可节省投资，减少开挖量，缩短工期，经济又适用，但这类重力坝设计时除了满足抗滑、抗倾、基底应力要求外，还要特别注意坝基土体的渗流稳定性分析。
　　
　　参考文献
　　1.《砼重力坝设计规范》(DL5108-1999)。
　　2．《水闸设计规范》(SL265-2001)。
　　3．《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997)。
　　4.《土工设计原理》