曹麗娟，過(guò) 杰，陳科巨，王 健

（1.江蘇省常熟市虞山水利管理服務(wù)站，江蘇 常熟 215501；2.無(wú)錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無(wú)錫 214023）

巖溶地區(qū)水庫(kù)不同防滲處理方案對(duì)比分析

曹麗娟1，過(guò) 杰2，陳科巨2，王 健2

（1.江蘇省常熟市虞山水利管理服務(wù)站，江蘇 常熟 215501；2.無(wú)錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無(wú)錫 214023）

為尋找適合巖溶地區(qū)水庫(kù)的防滲處理方案，文章以某水庫(kù)為例，采用垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋等三種不同的防滲方案，并對(duì)其防滲效果和工程造價(jià)進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比分析，確定了最優(yōu)防滲方案，為該水庫(kù)和此類巖溶地區(qū)水庫(kù)的防滲處理提供科學(xué)的指導(dǎo)。

巖溶；水庫(kù)；防滲帷幕；水平鋪蓋；土工膜

我國(guó)是巖溶廣泛分布的國(guó)家之一，在我國(guó)境內(nèi)許多地區(qū)均有巖溶發(fā)育。在此類地區(qū)進(jìn)行水利工程建設(shè)過(guò)程中，往往會(huì)遇到巖溶滲漏問(wèn)題，對(duì)工程的實(shí)施及其效益的發(fā)揮造成極大的影響［1-4］。在國(guó)外，巖溶地區(qū)修建的最早的水庫(kù)是1845年法國(guó)的阿朗壩，1980年前蘇聯(lián)建成的英古里壩是此類地區(qū)修建的最高的拱壩，土耳其在1975年建成的凱班水庫(kù)是巖溶地區(qū)庫(kù)容最大的水庫(kù)。在我國(guó)，巖溶地區(qū)修建的最早的水庫(kù)是官?gòu)d水庫(kù)和六郎洞水庫(kù)，隨著巖溶地區(qū)水庫(kù)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)相繼建成了烏江渡水電站、大化水電站、魯布革水電站、天生橋一級(jí)水電站、隔河巖水電站、萬(wàn)家寨水電站等一大批大型水利樞紐。這些工程的興建積累了豐富的勘察設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和施工技術(shù)，我國(guó)巖溶地區(qū)修建水庫(kù)的技術(shù)日益成熟。防滲方案是關(guān)系到巖溶地區(qū)水庫(kù)能否正常蓄水的關(guān)鍵所在［5-7］。水庫(kù)的防滲方法主要有避、 堵、 隔、 圍、鋪、截、導(dǎo)（排）、觀等方法，壩址區(qū)常采用堵、鋪、截、導(dǎo)（排），庫(kù)區(qū)常采用堵、隔、圍。本文以某水庫(kù)為例，采用垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋等三種不同的防滲方案，并對(duì)其防滲效果和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比分析，確定了最優(yōu)防滲方案，為該水庫(kù)和此類巖溶地區(qū)水庫(kù)的防滲處理提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1 工程概況

水庫(kù)自1959年11月開(kāi)工興建，于1960年4月建成，水庫(kù)面積約1.6km2，大壩上游流域面積48.5km2，總庫(kù)容約1480萬(wàn)m3，是一座中型水庫(kù)。水庫(kù)由主壩、副壩、溢洪道、輸水管等組成。主壩為粘土斜墻壩，壩高24.5m，壩頂高程94.2m，防滲墻頂高程93.2m，壩長(zhǎng)250m，壩頂寬4.5m；副壩為均質(zhì)土壩，長(zhǎng)800m，寬4.5m，壩高9m，壩頂高程93.6m；溢洪道為開(kāi)敞式，最大泄量1260m3/s；輸水管為鋼筋混凝土壓力圓管，直徑0.8m，最大泄量4.1m3/s。該水庫(kù)自建成后，庫(kù)區(qū)及主、副壩地基均存在滲漏問(wèn)題，受巖溶滲漏影響，一直未正常蓄水，在洪水期會(huì)短時(shí)間蓄水，歷史最大蓄水量?jī)H439.5萬(wàn)m3。水庫(kù)庫(kù)區(qū)地形為盆地，其四周為灰?guī)r殘丘，西北高東南低，河流流向自西北向東南，西北部高程大于200m，殘丘高程約100m，盆地高程在75m至90m之間，東南方向?yàn)楹恿飨虑行纬傻膷{谷地形，主壩便修建于峽谷內(nèi)。經(jīng)過(guò)對(duì)該水庫(kù)庫(kù)盆地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察及綜合分析，發(fā)現(xiàn)整個(gè)庫(kù)區(qū)幾乎都有滲漏，多呈點(diǎn)狀分布，難以完全調(diào)查清楚，基巖的裂隙呈大角度或垂直分布，裂隙分布隨深度減小不明顯且分布不規(guī)律，防滲方案不易確定且工作量和施工難度均較大，防滲效果極難保證。

2 防滲方案及其對(duì)比分析

水庫(kù)的防滲處理方案一般有：粘土水平鋪蓋，常用于壩基為砂卵礫石層時(shí)；垂直防滲帷幕，用水泥灌漿形成截水帷幕或防滲墻體；砂漿或混凝土封堵，常用于庫(kù)區(qū)斷層破碎帶或溶洞；圍堤或圍井，常用于圍堵庫(kù)區(qū)落水洞或其他垂直滲漏通道。根據(jù)水庫(kù)的地質(zhì)條件，本次擬采用垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋等三種不同的防滲方案來(lái)進(jìn)行巖溶滲漏處理。

2.1 垂直防滲

根據(jù)庫(kù)區(qū)壓水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1），采用垂直防滲帷幕處理方案時(shí)，需處理主、副壩壩基及兩者之間的山體，處理深度需穿過(guò)相對(duì)透水層嵌入相對(duì)不透水巖層。經(jīng)過(guò)對(duì)表1中結(jié)果進(jìn)行分析，垂直防滲處理深度的底高程可以控制到33m以下。

表1 庫(kù)區(qū)及巖溶通道壓水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》中的單層均質(zhì)透水壩基滲漏量計(jì)算公式，將防滲帷幕視為不透水，其余參數(shù)仍為未處理時(shí)的參數(shù)，對(duì)主、副壩壩基及兩者之間的山體在不同深度防滲帷幕處理后的滲漏量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同防滲帷幕深度處理后的滲漏量

由圖1可知：將防滲帷幕視為不透水時(shí)，其深度大于45m后，曲線趨于平緩，表明深度大于45m后隨處理深度的進(jìn)一步增加，截滲的效果變化較小。因此，綜合考慮地質(zhì)條件和工程投資的方面的限制，帷幕灌漿處理深度定為50m，即達(dá)到高程25m，以此深度灌漿后，其滲漏量約為0.29m3/d，而防滲處理前的滲漏量為4.64m3/d，相當(dāng)于處理后可以減少主、副壩及其之間山體范圍的滲漏量約93.8%；庫(kù)區(qū)21天的滲漏量約110.1萬(wàn) m3，平均滲漏量為5.244m3/d，相當(dāng)于庫(kù)區(qū)減少約82.9%。

2.2 局部水平防滲

局部水平防滲是采用粘土對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)出露的巖石和砂礫石層進(jìn)行覆蓋，并在四周砌筑齒墻至基巖，將大壩上游兩端做防滲坡面，盡可能的增加滲徑，降低水力梯度，進(jìn)而減小單寬滲流量。根據(jù)地質(zhì)勘察資料和地形圖，運(yùn)用FEFLOW軟件繪制庫(kù)區(qū)地面高程等值線圖并在圖中標(biāo)示出庫(kù)區(qū)現(xiàn)代河床的分布，如圖2所示。

圖2 地面高程等值線圖及現(xiàn)代河床分布范圍

根據(jù)圖2，并采用達(dá)西公式計(jì)算庫(kù)區(qū)現(xiàn)代河床分布的砂卵礫石在全部鋪蓋后的滲漏量，鋪蓋厚度分別取為1m、2m和3m。根據(jù)水庫(kù)以前的蓄洪后滲漏觀測(cè)資料，滲漏時(shí)間自7月23日6時(shí)至7月30日6時(shí)，滲漏時(shí)間為7天。計(jì)算結(jié)果如圖3所示。另外對(duì)鋪蓋厚度為1m、2m和3m時(shí)，庫(kù)區(qū)現(xiàn)代河床部分不同高程各自厚度的土方量以及總土方量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 庫(kù)區(qū)現(xiàn)代河床部分不同高程及鋪蓋厚度的土方量

圖3 現(xiàn)代河床范圍水平鋪蓋前后滲漏量對(duì)比

由圖3可知：經(jīng)局部水平鋪蓋后，庫(kù)區(qū)滲漏量明顯減小，不同鋪蓋厚度的滲流量隨著時(shí)間推移和庫(kù)水位的降低，減小幅度不大，說(shuō)明庫(kù)水位減少對(duì)鋪蓋后滲漏量影響較輕，鋪蓋厚度為2m和3m時(shí)的滲漏量相差不大，2m時(shí)只稍大于3m。鋪蓋為2m時(shí)的土方量為93.68萬(wàn)m3，是3m時(shí)的66.7%，因此局部水平鋪蓋厚度應(yīng)定為2m。經(jīng)計(jì)算，歷時(shí)21天水平鋪蓋厚度2m的總滲漏量為13.65萬(wàn)m3，而鋪蓋前整個(gè)庫(kù)區(qū)21天的滲漏量約110.1萬(wàn) m3，因此庫(kù)區(qū)采用局部鋪蓋后滲漏量可減少約87.6%。

2.3 整體水平防滲

整體水平防滲是在整個(gè)庫(kù)區(qū)采用鋪土工膜的方案將庫(kù)水阻隔。根據(jù)工程的特點(diǎn)，擬選用型號(hào)300g/m2二布一膜的復(fù)合土工膜。土工膜對(duì)建基面的平整度、密實(shí)度要求較高，焊接處易出現(xiàn)裂縫，壓實(shí)不當(dāng)會(huì)被損壞，且土工膜有一定的壽命。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合土工膜可以減少庫(kù)區(qū)90%以上的滲漏量。

2.4 各防滲方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

根據(jù)對(duì)垂直防滲、局部水平防滲和整體水平防滲施工方案工程量及單價(jià)的計(jì)算，統(tǒng)計(jì)出各方案的工程造價(jià)，具體見(jiàn)表3。

表3 庫(kù)區(qū)各防滲處理方案造價(jià)對(duì)比

由表3可知：整體水平防滲方案處理效果最好，但受土工膜質(zhì)量及壽命等制約；垂直防滲方案的造價(jià)最高，防滲效果最差；局部水平防滲造價(jià)最低，總體防滲效果較好。綜上分析，該水庫(kù)的防滲處理方案建議采用局部水平防滲方案。

3 結(jié)論

以巖溶地區(qū)某水庫(kù)為例，分別對(duì)垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋這三種防滲方案實(shí)施后的庫(kù)區(qū)滲漏量進(jìn)行了計(jì)算，并與處理前的滲漏量進(jìn)行了對(duì)比，確定了減少的滲漏量，此后對(duì)各防滲方案的工程量及工程造價(jià)進(jìn)行了計(jì)算，整體水平防滲方案處理效果最好，但受土工膜質(zhì)量及壽命等制約；垂直防滲方案的造價(jià)最高，防滲效果最差；局部水平防滲造價(jià)最低，總體防滲效果較好。綜上分析，該水庫(kù)的防滲處理方案建議采用局部水平防滲方案。

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TV697.3

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1672-2469（2017）10-0162-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.046

2017-08-08

曹麗娟（1984年-），女，工程師。