【摘要】哈密市南湖托布塔水庫(kù)始建于1985年10月，工程存在問(wèn)題和遺留下來(lái)的安全隱患較多。水庫(kù)處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行數(shù)年來(lái)，存在嚴(yán)重的壩體、壩基滲漏，對(duì)壩體和壩基礎(chǔ)通過(guò)三種處理方案比選，采用前壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，壩基采用復(fù)合土工膜水平防滲。施工后壩基和壩體的滲漏量減少明顯，原壩體出漏、壩后積水消失，水庫(kù)的除險(xiǎn)加固效果良好，

【關(guān)鍵詞】哈密托布塔水庫(kù)；滲漏；方案比選；復(fù)合土工膜；水庫(kù)防滲

1、工程概況

南湖托布塔水庫(kù)始建于1985年10月，1987年8月水庫(kù)完工并開(kāi)始蓄水，水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容為30萬(wàn)m3，擔(dān)負(fù)著下游896畝哈密瓜地的灌溉任務(wù)。是典型的“三邊”工程。受當(dāng)時(shí)的人力、物力及歷史背景條件限制，前期工作不足，各項(xiàng)工程設(shè)施簡(jiǎn)陋而不完善，施工質(zhì)量無(wú)法保證，工程存在問(wèn)題和遺留下來(lái)的安全隱患較多。水庫(kù)處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行數(shù)年來(lái)，由于存在嚴(yán)重的壩體、壩基滲漏，水庫(kù)年滲漏量為25.0萬(wàn)m3。占總庫(kù)容的30%，水庫(kù)滲漏嚴(yán)重。水庫(kù)蓄水達(dá)不到設(shè)計(jì)庫(kù)容，目前蓄水量?jī)H為20萬(wàn)m3，下游灌區(qū)灌溉用水矛盾突出。由于壩基存在嚴(yán)重透水層，壩體、壩基滲漏致使壩后積水嚴(yán)重，水庫(kù)存在潰壩危險(xiǎn)。水庫(kù)位于南湖鄉(xiāng)上游，水庫(kù)大壩一旦潰壩，將造成下游居民區(qū)和耕地等受淹，嚴(yán)重威脅著下游人民生命、財(cái)產(chǎn)的安全。針對(duì)水庫(kù)存在的問(wèn)題，為消除水庫(kù)安全隱患，水庫(kù)除險(xiǎn)加固應(yīng)盡早實(shí)施。

2、水庫(kù)壩基和壩體存在的主要問(wèn)題分析

南湖托布塔原水庫(kù)屬于“三邊”工程，設(shè)計(jì)前期地質(zhì)勘察工作做的不夠充分，鑒于當(dāng)時(shí)歷史條件及施工機(jī)械情況。壩體填筑質(zhì)量差，碾壓不密實(shí)，壩體斷面不規(guī)則，水庫(kù)壩基未做防滲處理，壩基存在嚴(yán)重透水層，壩體、壩基滲漏嚴(yán)重，水庫(kù)在蓄水運(yùn)行后即出現(xiàn)壩后滲水現(xiàn)象，致使壩后積水嚴(yán)重。壩體上游漿砌石護(hù)坡及防滲塑膜多處破損，導(dǎo)致壩體經(jīng)常出現(xiàn)管涌、流土等現(xiàn)象，雖然經(jīng)過(guò)多次搶修，在一定程度上暫時(shí)避免了水庫(kù)潰壩、沖決等方面險(xiǎn)情。

在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中通過(guò)地質(zhì)鉆孔勘察和探坑開(kāi)挖試驗(yàn)資料成果，壩址區(qū)地質(zhì)情況為：壩址區(qū)沉積第四系風(fēng)成砂（Q4eol）和第四系上更新統(tǒng)沖積物，地層最大厚度在15米左右，上部為含細(xì)粒土砂，地層最大厚度在5米左右，青灰色，稍密，滲透系數(shù)k=1.58×10 -3cm/s屬中等透水層。下部為砂礫石的沉積層，中密—密實(shí)狀，最大粒徑50mm，常見(jiàn)粒徑5～30mm，最大深度15m左右，天然密度2.01—2.17g/cm3，內(nèi)摩擦角Φ=31°～34°，滲透系數(shù)k=7.2×10 -3cm/s屬中等透水層。壩址區(qū)沉積層以下為巨厚的第三系泥巖層，磚紅色。含細(xì)粒土砂和砂礫石為中等透水層，因此沿壩基存在嚴(yán)重的滲漏。

南湖托布塔水庫(kù)的病害主要表現(xiàn)在壩基和壩體的滲漏，解決水庫(kù)的病害就必須把壩基、壩體必須形成連續(xù)的防滲體，控制壩體、壩基的滲流流量，盡量減少滲漏損失，防止壩體滲透變形破壞，降低水庫(kù)潰壩、沖決的危險(xiǎn)。

3、水庫(kù)壩基和壩體防滲加固方案比選

要解決壩基和壩體的滲漏與穩(wěn)定，必須降低壩基揚(yáng)壓力，通常進(jìn)行水平防滲和垂直防滲兩種形式，在防滲設(shè)計(jì)中遵循“上堵下排”原則，上游迎水面攔截滲水，下游設(shè)置排水、導(dǎo)滲。

根據(jù)地質(zhì)資料，上部地層為數(shù)米至數(shù)十米沖洪積碎石土和粉土，下部地層為第三系厚層泥巖，根據(jù)地質(zhì)鉆孔成果泥巖埋深為12.5m～15m。根據(jù)以上原則，參考近年來(lái)水庫(kù)除險(xiǎn)加固基礎(chǔ)的各種方案設(shè)計(jì)，并結(jié)合水庫(kù)壩基基礎(chǔ)的地質(zhì)條件和壩體存在的實(shí)際問(wèn)題，選擇以下三種方案作以比較：

方案一：壩體劈裂灌漿，壩基采用高噴灌漿。

本方案布置于壩頂軸線處，劈裂灌漿深入壩體基礎(chǔ)，高噴灌漿深入壩體基礎(chǔ)以下深度12.5m～15m。

劈裂灌漿技術(shù)不僅能夠形成垂直連續(xù)的防滲帷幕，解決壩體的滲透穩(wěn)定問(wèn)題，還能夠通過(guò)漿壩互壓和濕化變形，調(diào)整壩體內(nèi)部的應(yīng)力水平，使弱應(yīng)力得到補(bǔ)充，強(qiáng)應(yīng)力得到釋放；使?jié){脈兩側(cè)各3～5m范圍內(nèi)土體得到密實(shí)，變形穩(wěn)定得到保證，擴(kuò)大防滲帷幕，使防滲體更加可靠。通過(guò)劈裂灌漿，可在壩體內(nèi)形成5～20cm之間的脈狀泥墻，水平向滲透系數(shù)可達(dá)到1×10-6～1×10-8cm/s。

高噴灌漿是利用鉆機(jī)造孔，然后作用高壓水頭漿液，極大的降低壩體內(nèi)的自由水面，減少壩體滲流量，有利于下游壩坡的穩(wěn)定。

主要建筑工程投資623.56萬(wàn)元。

方案二：壩前坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，壩基采用深層攪拌防滲墻。

上游壩坡采用復(fù)合土工膜（250g/m2/PE0.50mm/250g/m2）防滲，復(fù)合土工膜上部設(shè)置混凝土防浪護(hù)坡，壩基采用深層攪拌防滲墻，形成深層攪拌防滲墻，

混凝土防滲墻利用專用造槽機(jī)械設(shè)備營(yíng)造槽孔，并在孔內(nèi)注滿泥漿，以防孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆筑混凝土并置換出泥漿，筑城防滲砼墻體。

本方案深層攪拌防滲墻軸線沿上游壩坡坡腳布設(shè)，深度12.5m～15m，防滲墻底部深入壩基底部泥巖0.5m，頂部與壩前坡砼護(hù)坡下的土工膜相連，形成整體防滲體。防滲墻有厚度為0.3m，防滲墻滲透系數(shù)K<1×10-5cm/s。

壩體復(fù)合土工膜與防滲墻形成一個(gè)防滲的整體，在施工時(shí)可以與其它建筑物同時(shí)進(jìn)行施工，互不干擾。該方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，防滲效果好，工程造價(jià)低，施工工期短等顯著優(yōu)點(diǎn)。

主要建筑工程投資558.90萬(wàn)元。

方案三：前壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，壩基采用復(fù)合土工膜水平防滲。

上游壩坡采用復(fù)合土工膜（250g/m2/PE0.50mm/250g/m2）防滲，設(shè)置混凝土防浪護(hù)坡，庫(kù)盤(pán)采用復(fù)合土工膜（PE0.50mm/250g/m2）防滲，庫(kù)盤(pán)復(fù)合土工膜上覆蓋厚0.5m的墊層，庫(kù)盤(pán)防滲范圍為壩軸線上游方向土工膜鋪設(shè)至高程534.8m。

通過(guò)除險(xiǎn)加固后壩體的滲流穩(wěn)定計(jì)算，庫(kù)盤(pán)鋪筑土工膜從壩坡腳向上游鋪設(shè)長(zhǎng)32m可滿足要求。土工膜施工快捷直觀，但塑膜焊接困難，鋪筑易損壞，機(jī)械化程度較低。庫(kù)盤(pán)有淤泥層平均厚度約為1m左右，庫(kù)盤(pán)斷面不規(guī)則，給庫(kù)盤(pán)清基和土工膜鋪設(shè)增加了難度，大大延長(zhǎng)施工工期，影響水庫(kù)蓄水和效益的發(fā)揮。

主要建筑工程投資520.28萬(wàn)元。

上述三種方案均能提高壩體的抗?jié)B性能，延長(zhǎng)壩基滲流的滲徑，解決壩體、壩基的滲透破壞、變形破壞，達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。就三種方案各自的特點(diǎn)，方案一對(duì)于本工程防滲處理總量較小，需要機(jī)械化程度高，需要專業(yè)性較強(qiáng)的施工隊(duì)伍，施工投入較大，且施工工期較長(zhǎng)，不能滿足工期要求，影響水庫(kù)的蓄水，經(jīng)濟(jì)型較差。方案二機(jī)械化程度高。需要專業(yè)性較強(qiáng)的施工隊(duì)伍，充分利用原壩土體，使用的普通水泥構(gòu)成墻體。但易形成水泥夾層和土夾層，鉆頭易被泥土堵塞，影響施工質(zhì)量和效率；對(duì)地層密實(shí)均勻度有一定要求，施工質(zhì)量控制較為困難。方案三施工快捷直觀，但土工膜膜焊接困難，鋪筑容易損壞，機(jī)械化程度較低。但施工干擾較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)性要求較低，操作廣便，在施工中需要嚴(yán)格控制土工膜鋪設(shè)及焊接質(zhì)量，最大程度上減少土工膜損壞。綜合比較方案三投資最為經(jīng)濟(jì)，施工方便，相對(duì)于前兩種方案優(yōu)勢(shì)明顯。方案三作為南湖托布塔水庫(kù)壩基和壩體防滲處理選定方案。

4、結(jié)語(yǔ)

哈密市南湖托布塔水庫(kù)2012年施工完成。3年來(lái)每年都達(dá)到水庫(kù)正常蓄水運(yùn)行，壩基和壩體的滲漏量減少明顯，原壩體出漏、壩后積水消失，水庫(kù)的除險(xiǎn)加固效果良好，保障了下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，保證下游耕地的灌溉，提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活水平，促進(jìn)各民族的團(tuán)結(jié)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)水利部. SL274-2001 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》.北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

[2]中華人民共和國(guó)水利部. SL231-1998《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》.北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.