朱新英

（新疆哈密地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆哈密，839000）

1 工程概況

頭道白楊溝水庫(kù)位于哈密巴里坤縣莫?dú)J烏拉山北坡頭道白楊溝流域，水庫(kù)總庫(kù)容421萬(wàn)m3。水庫(kù)為Ⅳ等?。?）型工程，多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)樞紐主要由瀝青混凝土心墻壩、右岸側(cè)槽溢洪道、左岸導(dǎo)流、放水隧洞+涵洞、古河槽防滲段等組成。水庫(kù)最大壩高79.8 m，屬于典型的小庫(kù)高壩。筆者主要就工程中古河槽的發(fā)現(xiàn)、勘察、處理方案設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2 工程中古河槽的發(fā)現(xiàn)與勘察

2.1 古河槽成因

古河槽是由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，原河段地面抬升或降落，從而使河道發(fā)生了改變，原河道廢棄形成了古河槽。古河槽河床往往伴生砂卵石沉積，垂直剖面為底部顆粒粗、上部顆粒細(xì)，縱剖面為上游顆粒粗、下游顆粒細(xì)。新疆古河槽主要為地面古河槽和埋藏古河槽，地面古河槽可從地貌上明顯看出其形態(tài)和沉積物性狀，埋藏古河槽一般位于階地以下，不能明顯地看出其形態(tài)和沉積物性狀。古河槽對(duì)水利工程產(chǎn)生的主要影響是繞壩滲漏問(wèn)題。

2.2 古河槽的發(fā)現(xiàn)與勘察

頭道白楊溝水庫(kù)壩址區(qū)域位于莫?dú)J烏拉山北坡低中山地帶，河谷類型為“U”型谷，由于地殼抬升，沿河發(fā)育2級(jí)河流階地?，F(xiàn)代河床為第四系沖、洪積物沉積。工程區(qū)地層主要由泥盆系地層、石炭系地層和第四系地層組成。工程區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)形式近代以大面積的差異性升降運(yùn)動(dòng)為主，形成了本區(qū)一、二、三級(jí)階地。

頭道白楊溝水庫(kù)壩址上游130 m左庫(kù)岸段的古河槽，在本地區(qū)水庫(kù)樞紐壩址中屬首次發(fā)現(xiàn)。前期勘察中未發(fā)現(xiàn)，后隨著工程勘察工作的深入，該古河槽逐漸被發(fā)現(xiàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)在庫(kù)區(qū)上游左岸Ⅲ級(jí)階地堆積厚層洪積卵礫石，階地與河床高差約50.0 m，左岸山坡底寬約70.0 m，上口寬約160.0 m，表層卵礫石堆積，勘察判定為古河槽。追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)古河槽于下游800.00 m處匯入主河道。

為了進(jìn)一步探明古河槽形態(tài)特征、埋藏深度、物質(zhì)組成等各項(xiàng)工程地質(zhì)條件，筆者在古河槽段布置了一定量的勘探工作，主要為：

（1）鉆孔：古河槽段共布置鉆孔9眼，其中沿Ⅲ級(jí)階地布置鉆孔4個(gè)、在階地面布置鉆孔3個(gè)、古河槽下游布置鉆孔2個(gè)。

（2）探坑：在古河槽進(jìn)口Ⅲ級(jí)階地階面不同位置、高程處布置探坑8個(gè)，深3.0～5.0 m。

（3）探槽：在古河槽進(jìn)口Ⅲ級(jí)階地階面，沿坡面布置縱、橫探槽70 m，探槽深2.0～5.0 m。

（4）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：在古河槽進(jìn)口處不同位置，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)容重試驗(yàn)4組、注水試驗(yàn)4組、顆分4組。

2.3 古河槽堆積物特性及工程地質(zhì)問(wèn)題

本工程古河槽階地堆積物表層為0.5～1.0 m厚土夾礫石，下部主要由卵礫石組成，雜色，密實(shí)，卵礫石磨圓度較差，多為次棱角狀，地層年代為第四系中更新統(tǒng)（Q2PL），洪積為主，最大顆粒直徑40 cm。古河槽下伏基巖主要為泥盆系下-中統(tǒng)莫?dú)J烏拉群頭道白楊組第一亞組(D1-2ta)黑綠色、深綠色凝灰?guī)r、晶屑-巖屑凝灰?guī)r。壩基巖體強(qiáng)風(fēng)化帶厚4.00～6.00 m，弱風(fēng)化層埋深在基巖界面以下18.00～22.00 m，呈鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，巖體工程地質(zhì)分類AIII2～AIII1類。以下為微風(fēng)化帶，巖體完整，呈次塊狀結(jié)構(gòu)，巖體工程地質(zhì)分類AIII1類。

古河槽組成物質(zhì)均以第四系中更新統(tǒng)（Q2PL）卵、礫石土為主，該層滲透性好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)容重、注水、顆分試驗(yàn)，階地堆積卵礫石2.5 m埋深以下干容重 2.10～2.12 g/cm3，相對(duì)密度 0.72～0.75，密實(shí)度較好，不均勻系數(shù)為28.5～111.7，曲率系數(shù)為2.1～5.8，滲透系數(shù)為4.0×10-2cm，屬?gòu)?qiáng)透水層。允許坡降J允=0.113，屬管涌型滲透變形型式。根據(jù)鉆孔資料，下伏基巖弱透水上帶q＜10 Lu埋深在基巖界面4.00～12.00 m；弱透水中帶q＜5 Lu埋深在基巖界面9.0～22.40 m以下。因此，古河槽主要工程地質(zhì)問(wèn)題就是滲漏及滲透穩(wěn)定問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行必要的防滲處理。

3 古河槽處理方案比選

針對(duì)水庫(kù)上游左庫(kù)岸古河槽存在的繞壩滲漏問(wèn)題，初步選擇了三種防滲處理方案進(jìn)行比選。

方案一：槽孔混凝土防滲墻方案。在左庫(kù)岸Ⅲ級(jí)階地古河槽處設(shè)置槽孔混凝土防滲墻防滲,混凝土防滲墻長(zhǎng)181.9 m，最大槽孔深度59.5 m?；炷练罎B墻厚1.0 m，底部嵌入古河槽基巖以下1 m，混凝土標(biāo)號(hào)為C20W8。對(duì)混凝土防滲墻底部基巖進(jìn)行單排帷幕灌漿，帷幕灌漿孔距1 m，灌漿深度深入基巖透水率為＜5 Lu區(qū)域。混凝土防滲墻與防滲帷幕組成連續(xù)的防滲體?；炷练罎B墻方案估算建筑投資為2 292.11萬(wàn)元。

方案二：鋼筋混凝土防滲面板方案。在左庫(kù)岸古河槽進(jìn)口Ⅲ級(jí)階面處采用鋼筋混凝土面板防滲，防滲面板段長(zhǎng)190.5 m，趾板長(zhǎng)300 m，上游階地面岸坡削至1∶1.6。坡面采用厚30 cm無(wú)砂混凝土墊層，墊層上采用40 cm厚整體式鋼筋混凝土防滲面板，面板混凝土標(biāo)號(hào)C30W10F300。將趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖基上，趾板采用平趾板，趾板寬度為6 m，厚度為0.6 m，趾板混凝土標(biāo)號(hào)C30W10F300。對(duì)趾板基礎(chǔ)弱風(fēng)化基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，固結(jié)灌漿孔布置兩排，孔距2 m、排距為3 m，固結(jié)灌漿深度為10 m。帷幕灌漿為2排，孔、排距均為2 m，帷幕灌漿深度伸入基巖透水率＜5 Lu區(qū)域。坡面鋼筋混凝土面板與防滲帷幕組成連續(xù)的防滲體。鋼筋混凝土面板防滲方案建筑工程投資為2 500.16萬(wàn)元。

方案三：復(fù)合土工膜斜墻防滲方案。在左庫(kù)岸古河槽進(jìn)口Ⅲ級(jí)階面處采復(fù)合土工膜斜墻防滲，復(fù)合土工膜斜墻防滲段長(zhǎng)218 m。上游階地面岸坡削至1∶2.75，坡面鋪設(shè)厚30 cm細(xì)砂礫料下墊層，墊層上鋪設(shè)復(fù)合土工膜（300 g/m2、0.8 mm PE、300 g/m2），防滲膜上鋪設(shè)厚5 cm水泥砂漿上墊層，上墊層上澆筑厚25 cm、3 m×3 m的C25W6F300混凝土防浪護(hù)坡。趾墩設(shè)置在面板與岸坡的弱風(fēng)化基巖上，類似于趾板。土工膜底部與趾墩用螺栓錨接。趾墩上布置固結(jié)灌漿2排，排距3 m、孔距3 m，固結(jié)灌漿深10 m，帷幕灌漿2排，孔、排距均為2 m，帷幕灌漿深度伸入基巖透水率＜5 Lu區(qū)域。坡面土工膜與防滲帷幕組成連續(xù)的防滲體。古河槽段復(fù)合土工膜斜墻防滲方案建筑工程投資為2 761.43萬(wàn)元。

圖1 頭道白楊溝水庫(kù)壩軸線地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of dam axis of Toudao Baiyanggou reservoir

通過(guò)對(duì)古河槽三種處理方案從工程布置、施工條件、防滲性能、對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蜻m應(yīng)能力、運(yùn)行維護(hù)、工程投資等方面進(jìn)行綜合比較，方案一槽孔混凝土防滲墻方案，由于古河槽覆蓋層最大埋深為59.5 m，防滲墻施工難度較大，且埋藏式古河槽底部可能會(huì)存在大的漂卵石，槽孔混凝土防滲墻的防滲效果不能保證，一旦出現(xiàn)滲漏，追查和檢修困難。方案二混凝土面板防滲方案，采用鋼筋混凝土面板防滲方案，施工速度快、技術(shù)簡(jiǎn)單，防滲體位于表面，表面裂縫易于直觀發(fā)現(xiàn)，處理檢修方便。方案三復(fù)合土工膜斜墻防滲方案，從近些年本地區(qū)施工的土工膜壩經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，第一，土工膜壩主要為中、低壩，本工程古河槽段最大壩高為68.6 m，接近于高壩，目前高壩采用復(fù)合土工膜壩斜墻防滲很少，安全性、可行性需要專門(mén)的論證；第二，施工過(guò)程中對(duì)于施工人員、機(jī)械、工具對(duì)土工膜的破壞難以控制，一旦出現(xiàn)滲漏后，發(fā)現(xiàn)和維修十分困難；第三，上游坡度較緩，工程開(kāi)挖量較大，工程投資較大。通過(guò)綜合考慮，在投資變化不大的情況下，選擇施工質(zhì)量有保證、后期檢修方便的方案，因此本工程選擇鋼筋混凝土面板防滲方案為選定方案。

4 處理方案設(shè)計(jì)

選定的鋼筋混凝土面板防滲方案，將古河槽沉積物看作壩體，按面板壩設(shè)計(jì)理念進(jìn)行防滲處理。

4.1 剖面設(shè)計(jì)

古河槽段壩頂寬度10 m，壩頂上游設(shè)2.4 m高的C25F300W8鋼筋混凝土防浪墻。參照SL 228-98《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定及古河槽的地質(zhì)情況，將上游壩按1∶1.6削坡至趾板高程。在坡面上鋪設(shè)30 cm厚無(wú)砂混凝土排水墊層，排水墊層上澆筑40 cm厚C30F300W10整體式鋼筋混凝土防滲面板。為了防止死水位以下趾板周邊縫張開(kāi)、面板裂縫，在死水位以下趾板及面板上鋪設(shè)鋪蓋防滲補(bǔ)強(qiáng)區(qū)，采用粉土、粉細(xì)砂填筑，起到淤堵裂縫、實(shí)現(xiàn)自愈的作用。鋪蓋上設(shè)置蓋重區(qū)，上部水平寬度3 m，坡度1∶2.5，料源為爆破石渣料。詳見(jiàn)圖2。

4.2 防滲面板設(shè)計(jì)

防滲面板厚度根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本地區(qū)已建面板壩工程經(jīng)驗(yàn)，且考慮施工方便等原因，確定防滲面板為40 cm等厚、12 m寬的C30F300W10鋼筋混凝土整體式面板。面板配筋采用單層雙向配筋，配筋率各向均為0.5%，在周邊縫和垂直縫（壓性縫）側(cè)面設(shè)置擠壓鋼筋。

圖2 頭道白楊溝水庫(kù)古河槽處理典型剖面圖Fig.2 Treatment profile of buried channel at Toudao Baiyanggou reservoir

4.3 趾板設(shè)計(jì)

趾板基礎(chǔ)坐落在古河槽下伏基巖弱風(fēng)化層上，趾板線長(zhǎng)300 m，趾板采用平趾板。趾板寬度按允許水力梯度確定，且滿足灌漿孔布置的要求。確定趾板寬度為6 m，厚度為0.6 m，趾板混凝土標(biāo)號(hào)C25F300W8。趾板鋼筋布置在頂層，單層雙向配筋，各向配筋率0.4%，在周邊縫側(cè)的趾板混凝土中設(shè)抗擠壓鋼筋。趾板用錨桿錨固在基巖上，錨桿直徑?25 mm，深入基巖錨固深度4 m，孔、排距均為1.5 m，呈梅花形布置。

4.4 接縫與止水設(shè)計(jì)

4.4.1 周邊縫

面板和趾板之間的周邊縫設(shè)置頂、底兩道止水，縫寬20 mm，縫內(nèi)采用L-1600型高壓閉孔板作為填縫材料。頂部柔性填縫止水預(yù)留梯形斷面凹槽，上口寬80 mm，下口寬60 mm，深80 mm，采用彈性聚氨酯填塞。底部止水采用F形紫銅片止水，銅止水底部設(shè)置寬60 cm（300 g/m2）無(wú)紡布。

4.4.2 面板間垂直縫

整體式鋼筋混凝土面板板間垂直縫采用硬縫結(jié)構(gòu)，縫間采用2 mm瀝青油氈隔縫。設(shè)置頂、底兩道止水，頂部柔性填縫止水預(yù)留梯形斷面凹槽，上口寬80 mm，下口寬60 mm，深80 mm，采用彈性聚氨酯填塞。底部止水采用W形紫銅片止水，銅止水底部設(shè)置寬60 cm（300 g/m2）無(wú)紡布。

4.4.3 面板與防浪墻間水平縫

縫寬20 mm，縫內(nèi)采用L-1600型高壓閉孔板作為填縫材料。設(shè)置頂、底兩道止水，類型同面板間垂直縫。

4.4.4 趾板伸縮縫

采用硬縫結(jié)構(gòu)，縫間采用2 mm瀝青油氈隔縫。設(shè)置頂、中兩道止水，頂部柔性填縫止水同面板間垂直縫，中部止水采用W形紫銅片止水。

4.5 其他細(xì)部設(shè)計(jì)

4.5.1 排水設(shè)計(jì)

考慮古河槽縱向基巖埋深不能確定，面板和板縫滲漏水可能會(huì)存積在古河槽內(nèi)無(wú)法排出。水位變動(dòng)時(shí)，古河槽內(nèi)的水會(huì)對(duì)面板產(chǎn)生反向水壓力。因此在死水位高程處坡面無(wú)砂混凝土下設(shè)置DN200鍍鋅排水鋼管，排水管通過(guò)導(dǎo)流隧洞邊壁通往下游壩后。

4.5.2 主壩與古河槽段防滲體連接設(shè)計(jì)

古河槽段趾板與主壩連接處山體較單薄，為了使趾板與主壩瀝青混凝土心墻防滲體形成完整的封閉體，清除山體強(qiáng)風(fēng)化基巖后澆筑C25F300W8混凝土連接體。連接體最大高度8.2 m，瀝青混凝土心墻接觸面坡度為1∶0.36，下部與瀝青心墻灌漿蓋板連接，古河槽段與趾板相連。連接體同趾板、灌漿蓋板伸縮縫設(shè)置紫銅片止水。

4.6 基礎(chǔ)處理

古河槽趾板防滲帷幕、坡面防滲面板、主壩瀝青混凝土心墻及底部防滲帷幕共同形成一道完整的防滲體。趾板線選擇在古河槽開(kāi)口處，根據(jù)地質(zhì)鉆孔初步確定趾板基礎(chǔ)的位置，施工中根據(jù)古河槽削坡開(kāi)挖情況，二次定線確定趾板基礎(chǔ)的位置。趾板基礎(chǔ)坐落在古河槽下伏基巖弱風(fēng)化層上。為了提高趾板基礎(chǔ)巖石的完整性及趾板與基巖接觸面的抗?jié)B能力，對(duì)趾板進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿孔布置2排，孔距2 m、排距3 m，固結(jié)灌漿深度為10 m。帷幕灌漿設(shè)置2排，孔、排距均為2 m，帷幕灌漿深度伸入基巖透水率＜5 Lu區(qū)域。

5 結(jié)語(yǔ)

目前新疆的古河槽處理，多采用坡面貼防滲面板和槽孔混凝土防滲墻這兩種方案。各工程的古河槽處理方案可參考本工程古河槽的地質(zhì)條件、工程要求、施工水平，因地適宜地選擇可行有效的處理方案。

[1]蔣國(guó)澄,傅志安,鳳家驥.混凝土面板堆石壩工程[M].武漢：湖北科技出版社，1977.

[2]陳曉,楊文鵬,王旭紅.古河槽工程地質(zhì)問(wèn)題的勘察研究及處理[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011,31:44-46，