趙 波，劉 寧

（章丘市水務(wù)局設(shè)計(jì)室，山東 章丘 250200）

杏林水庫(kù)位于章丘市普集鎮(zhèn)杏林村東，東巴漏河中游，屬小清河水系，控制流域面積180.2 km2，工程始建于1970年10月，現(xiàn)狀總庫(kù)容1 261萬m3。水庫(kù)工程樞紐由大壩、溢洪道、非常溢洪道 （過水土壩）、南/北放水洞組成。下游保護(hù)范圍270 km2內(nèi)有相公莊、刁鎮(zhèn)、繡惠3個(gè)工業(yè)重鎮(zhèn)，保護(hù)人口11.5萬人，耕地1萬hm2，是一座以防洪為主，兼有灌溉、養(yǎng)殖等多功能運(yùn)用的中型水庫(kù)。由于存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程結(jié)構(gòu)老化、壩基嚴(yán)重滲漏等問題，水庫(kù)工程不能安全運(yùn)行。2007年10月，水利部下達(dá)三類壩鑒定核查意見，杏林水庫(kù)正式列入國(guó)家病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固計(jì)劃。

1 大壩地質(zhì)情況分析

1.1 壩體防滲

杏林水庫(kù)大壩全長(zhǎng)2 280 m，以溢洪閘為界分左右階地壩段，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，大壩基本屬于均質(zhì)土壩。經(jīng)外業(yè)鉆孔注水試驗(yàn)推求，壩體填土滲透系數(shù)平均為5.8×10-6cm/s；雙環(huán)滲水試驗(yàn)推求滲透系數(shù)為壩前坡 5.09×10-4～2.59×10-3cm/s、 壩后坡 2.3×10-3～8.33×10-3cm/s，綜合考慮各種試驗(yàn)方法及試驗(yàn)部位并結(jié)合工程多年運(yùn)行情況，推薦采用壩前坡壩體填土滲透系數(shù)為5.09×10-4cm/s、壩后坡壩體填土滲透系數(shù)為8.33×10-3cm/s，均高于《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求均質(zhì)壩滲透系數(shù)不大于1×10-4cm/s，壩體滲漏量大，故壩體需做防滲處理。

1.2 壩基地質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)地勘報(bào)告，對(duì)大壩樁號(hào)0+900-1+087段壩基進(jìn)行了清基，壩基基巖為二迭系上統(tǒng)石千峰組(P2sh)紫紅色粉、細(xì)砂巖及泥巖。大壩樁號(hào)0+000-0+900、1+087-2+220段壩基未進(jìn)行清基，壩基分布②層壤土、③層礫卵石層及④層二迭系上統(tǒng)石千峰組(P2sh)紫紅色粉細(xì)砂巖、泥巖及黃綠色砂頁(yè)巖。依鉆孔注水試驗(yàn)資料推求滲透系數(shù)：②層壤土為1.6×10-5cm/s，③層礫卵石層為5.37×10-2cm/s，④層壩基砂巖、頁(yè)巖為 3.8×10-6cm/s。

1.3 壩基存在的主要問題

由地勘報(bào)告壩頂工程地質(zhì)縱剖面圖及壩前、壩后地質(zhì)縱剖面圖可看出，大壩樁號(hào)0+900-1+087段壩頂、壩后對(duì)應(yīng)的壩基清基比較徹底，壩體坐落于基巖上，基巖滲透系數(shù)為3.8×10-6cm/s，屬微透水層。該段壩前壩體大部分段坐落于卵礫石層上，滲透系數(shù)為5.37×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層；大壩樁號(hào) 0+000-0+900、1+087-2+220段壩前、壩頂、壩后壩體對(duì)應(yīng)的壩基基本上都坐落于卵礫石層上，滲透系數(shù)為5.37×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層。雖根據(jù)杏林水庫(kù)“三查三定”資料得知該兩段壩在壩體上游坡腳處卵礫石層透水通道上游設(shè)置了3 m厚黏土防滲斜鋪蓋，但經(jīng)滲透變形分析，壩基壤土層與卵礫石層之間可能會(huì)發(fā)生接觸沖刷，斜鋪蓋與卵礫石層間會(huì)發(fā)生接觸流失，壩基滲透穩(wěn)定、斜鋪蓋的滲透穩(wěn)定均不滿足要求，存在滲透破壞的可能；而且由壩頂、壩前、壩后地質(zhì)縱剖面圖知，大壩樁號(hào)0+900-1+087段僅在壩體中下游壩基進(jìn)行了清基，而大壩樁號(hào)0+000-0+900、1+087-2+220段則在上游進(jìn)行了斜鋪蓋防滲，所以整個(gè)壩基并未形成完整的、嚴(yán)密的壩基防滲體系，壩基仍然存在卵礫石層滲漏通道。

實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)《杏林水庫(kù)大壩安全鑒定現(xiàn)場(chǎng)安全檢查報(bào)告》，水庫(kù)自建成之初即存在滲漏問題。據(jù)水庫(kù)管理資料記載：自1972年水庫(kù)工程建成后至1979年，水位在100.0 m以下滲漏較小，滲漏量約為1.5萬m3/d；水位在101.0 m時(shí)，滲漏量約為3.0萬m3/d；水位在102.0 m時(shí)，滲漏量約為4.0萬m3/d；水位在103.0 m時(shí)，滲漏量約為5.0萬m3/d。為治理水庫(kù)滲漏，于1979—1980年沿左、右階地壩段壩軸線進(jìn)行了鉆孔灌漿，灌漿全長(zhǎng)2 100 m。據(jù)1980年以后水庫(kù)管理運(yùn)行記錄，樁號(hào)0+300—0+330，1+500—1+720壩段滲漏嚴(yán)重：水位在100.0 m以下時(shí)，水庫(kù)滲漏量約為0.9萬m3/d；水位在100.0～101.0 m時(shí)，滲漏量約為2.3萬m3/d；1990年水位在101.5 m時(shí)，壩后浸潤(rùn)范圍達(dá) 10.7 hm2；2003 年汛后，水位在 102.0～103.0 m，右階地壩段下游出現(xiàn)明流，浸潤(rùn)范圍達(dá)6.4 hm2，在南放水洞南側(cè)翼墻上有細(xì)泉涌出。水位在102.5 m以上時(shí)，溢洪道右側(cè)壩段滲流明顯，其下游農(nóng)田因積水或地下水位較高，長(zhǎng)年不能耕種。

根據(jù)地質(zhì)勘探成果、水庫(kù)觀測(cè)滲漏情況及壩基滲漏分析，對(duì)大壩壩基必須采取截滲措施，以解決可能產(chǎn)生的滲透破壞。同時(shí)，壩基截滲后可以減少水庫(kù)滲漏量，增加興利庫(kù)容。

2 壩體防滲與壩基截滲工程方案比選

2.1 方案一：混凝土防滲墻結(jié)合壩坡土工膜防滲

在現(xiàn)狀壩前坡腳上游2.5 m處以液壓抓斗、沖擊鉆機(jī)等工藝造槽，槽寬0.3 m，槽內(nèi)灌注C10素混凝土，形成混凝土防滲墻，底部與不透水完整巖層結(jié)合。自設(shè)計(jì)壩腳及壩坡采用復(fù)合土工膜防滲至壩坡高程108.40 m處，混凝土防滲墻與復(fù)合土工膜用螺栓錨固，與壩坡土工膜搭接1 m，以形成完整的防滲體。根據(jù)已建工程資料，滲透系數(shù)可達(dá)到10-7cm/s，耐久性和抗沖刷性均能滿足防滲體的要求。

2.2 方案二：混凝土墻防滲

在壩頂處沿壩頂走向以液壓抓斗、沖擊鉆機(jī)等工藝對(duì)壩基破碎巖層、砂礫石層、壤土層以及壩體壤土層造槽，槽寬0.3 m，槽內(nèi)灌注C10素混凝土，形成混凝土防滲墻，底部與不透水完整巖層結(jié)合。混凝土墻墻底深度同方案一。

2.3 方案三：高噴板墻防滲

在壩頂處沿壩頂走向?qū)位扑閹r層、砂礫石層、壤土層以及壩體壤土層進(jìn)行高壓噴射灌漿形成連續(xù)板墻。其中在破碎巖層、砂礫石層采用旋噴工藝，在壤土層采用高壓擺噴工藝。壩基截滲深度同方案一。各方案比較見表1。

表1 壩體防滲與壩基截滲方案比較表

從表1三個(gè)方案看，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，方案一采用壩基混凝土墻截滲加壩體土工膜防滲，防滲效果較好，造價(jià)較低，目前在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中應(yīng)用較廣，并已取得了良好的效果；方案二截滲效果最好，但施工工期長(zhǎng)，造價(jià)高；方案三防滲效果與施工工藝設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制都有較大關(guān)系，造價(jià)稍高。根據(jù)以上分析，從技術(shù)、防滲效果、施工方便程度等方面考慮，壩體防滲、壩基截滲優(yōu)選方案二。

3 壩體與壩基混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

3.1 混凝土防滲墻布置及高程確定

為便于混凝土防滲墻施工，防滲墻軸線取距離原大壩內(nèi)壩肩下游1.2 m處作為其施工軸線。

根據(jù)地勘資料知，在大壩樁號(hào)0+000-2+220段壩基地層分為3層，從上而下分別為壤土層、卵石土層、基巖層。卵石土層基本上連續(xù)地分布于該段壩基，而成為較嚴(yán)重的滲漏通道，且基巖層存在全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化層，破碎嚴(yán)重，因此，確定樁號(hào)0+000—2+220段混凝土防滲墻底高程為中風(fēng)化較完整基巖層，確定墻底高程為中風(fēng)化基巖層頂高程下1.0 m；為使壩基、壩體形成完整的防滲體，確定混凝土防滲墻頂高程為108.14 m，其上鋪設(shè)瀝青混凝土壩頂路面。

3.2 混凝土防滲墻厚度確定

混凝土防滲墻采用抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W6的混凝土，其厚度采用28 d的試件不發(fā)生滲水現(xiàn)象的最大水頭壓力來確定。

根據(jù)山東省水利科學(xué)研究院在 《土石壩地基混凝土防滲墻設(shè)計(jì)與計(jì)算》中介紹的抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W6的混凝土允許水力梯度J允＜80。

杏林水庫(kù)防滲墻承受設(shè)計(jì)最大水頭為26.91 m，計(jì)算得防滲墻厚度為0.34 m。

為盡可能節(jié)省工程投資，混凝土防滲墻根據(jù)所承受水頭及便于施工，分段確定其厚度。

溢洪道左岸即大壩樁號(hào)0+000—0+927段，混凝土防滲墻承受最大水頭為26.91 m，綜合考慮施工機(jī)具、墻體壽命等因素，確定本段工程混凝土防滲墻厚40 cm；溢洪道右岸即大壩樁號(hào)0+992—2+220段，混凝土防滲墻承受最大水頭為23.21 m，計(jì)算得混凝土墻厚度為0.29，綜合考慮施工機(jī)具、墻體壽命等因素，確定本段工程混凝土防滲墻厚度為30 cm。

4 結(jié)語(yǔ)

杏林水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2010年底完成主體工程，并于2011年初開始蓄水，經(jīng)過半年多運(yùn)行觀測(cè)，截滲效果顯著，在2011年天氣極端干旱的情況下，蓄水位持續(xù)增長(zhǎng)，由98.0 m增加到100.6 m，水庫(kù)庫(kù)容增加了150萬m3，對(duì)改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境、增加灌溉面積、促進(jìn)作物增收起到了積極保障作用。