泵站地质条件本工程场区除堤防、沟塘外,地形较为平坦,地面高程一般为37003800m,站址处南堤堤顶高程约46304710m,堤顶宽610m,北侧为东平湖老湖区。工程场区在勘测深度内,地层自上而下分为11层,地层分布及渗透系数见。根据地层岩性和含水层水力特性,将计算域分为4个含水层和4个隔水层,其中第1、第2含水层为潜水,第3和第4含水层为承压水地层。根据钻探和试验资料分析,在本工程场区钻探深度范围内,地下水类型为松散岩类孔隙水。
现场测得潜水位为37603800m,在丰水期该水位有所抬高。第8层中细砂层为承压含水层,透水偏强,现场测得承压水位为38403890m(东平湖老湖区水位为4020m),承压水头为13301420m.工程场区紧邻东平湖老湖区,该承压水与东平湖老湖区水源有一定的水力联系。泵站渗流场计算的特征水位组合为设计防洪水位:站上4480m,站下3580m.
八里湾泵站地层分布及渗透系数地层号含、隔水层材料类型垂直渗透系数/cms-1水平渗透系数/cms-112第1含水层人工填土或耕植土13510-556810-5淤泥质粘土夹粉土和细砂层45810-448810-63第1隔水层粘土83210-715810-64第2含水层轻粉质壤土和中粉质壤土夹粉土40410-512210-5567第2隔水层粘土11110-713810-7轻、中粉质壤土夹砂壤土28210-624310-5淤泥质粘土和淤泥质壤土36210-712610-58-18-2第3含水层细砂和中砂夹壤土35510-335510-39第3隔水层重粉质壤土夹中砂或粗砂含砾石26310-876210-810第4含水层砂石和少量块石3510-23510-211第4隔水层灰黄色中粉质壤土26310-876210-83渗流场的基本理论和求解方法31基本理论非均质各向异性多孔隙介质稳定饱和渗流连续性微分控制方程为-xikijhxj+Q=0(1)式中,xi、xj为坐标,i、j=1,2,3;kij为达西渗透系数;h=x3+p/r为总水头;x3为位置水头,p/r为压力水头;Q为源汇项。
泵站地基三维渗流场计算分析41渗控措施设计三维渗流建模是按照地层分层及泵站设计渗控措施进行的。其中泵站主要渗控措施包括:主泵房底板下布置的四周地下连续墙及水平排水软管,泵房进、出口两侧翼墙下设水泥土深层搅拌桩防渗墙,下游设置铺盖,前池及进水池底板上布置冒水孔,下设反虑层,前池底板下及两侧边坡下部布置减压井。
(1)工况1主泵房底部平面渗流场分布(水位单位:m),地下连续墙上游地层中水头降低较小,仅有18m.铺盖上下面的水头值并没有多大的降低,因此铺盖在这里并没有起到多大的防渗作用。第二,东平湖、侧面补给水、第3含水层的承压水一起汇积渗流场分析及渗控措施研究水利水电技术第38卷2007年第3期工况1x=4119m剖面等水位线分布(水位单位:m)到泵站低的浅层地层中,然后流向低水位的下游。
通过以上几点分析,渗流场及各渗控措施得到了模拟,反应了该渗流场的渗流特性。在地下连续墙的挡渗和减压井、排水孔的排水降压共同作用下,泵站上下游下渗水流、承压水水流被很好地输导并从减压井和排水孔排出,各渗控措施都起到了很好的渗控作用,满足渗控设计的要求。
(2)工况2:为工况2在剖面x=4119m的等水位线分布。与工况1相比,整个渗流场等值线没有发生很大变化,进而说明下游地下连续墙对改变渗流场作用不大。计算结果表明,泵站底部的扬压力没有大的改变,各土层大水力梯度均小于允许水力梯度,进而说明去除下游地下连续墙对埋藏较深土层的水力特性没有太大的影响。
(3)工况3:在工况2基础上,去掉主泵房底板下水平排水软管,以检验排水软管的防渗作用。
结论采用ViusalModflow软件结合八里湾工程复杂渗流的实际,对八里湾泵站复杂地基渗流特性进行了数值模拟研究,对排水孔、防渗墙、水平排水软管等多种渗控措施进行了模拟,得出了多种渗控措施下的复杂渗流场分布及渗流特性。
各工况的计算分析表明,泵站下游面地下连续墙可除去,采用三面地下连续墙;泵站底面水平排水软管也可除去,采用增大主泵房的重量来克服底部过大扬压力,反而能起到一劳永逸的效果;减压井排水减压效果很明显,但4m和8m间距对其影响不大,建议采用8m间距,以节约工程投资。