云南華禹水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司 云南 昆明 650051

一、水庫防滲的重要性

水庫工程建設(shè)的目的是確保在洪水來臨時(shí),將洪水?dāng)r截在壩體上游范圍內(nèi),因此,水庫首先必須滿足蓄水的功能,減少滲漏,尤其在那些水源本就不充裕的水庫,如果滲漏量大,甚至滲漏量等于或大于水庫補(bǔ)給量,將導(dǎo)致水庫喪失蓄水的功能,修建水庫的價(jià)值得不到體現(xiàn)。必須從設(shè)計(jì)至施工階段,從壩址和材料的選擇到施工各方面嚴(yán)格把控,防止水庫產(chǎn)生滲漏。

二、水庫滲漏條件分析

(一)構(gòu)造穩(wěn)定性條件。壩址應(yīng)盡量選擇在抗震有利地段,不宜選在50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度大于0.4g的強(qiáng)震區(qū)。大壩等主體建筑物不宜建在活斷層上。

(二)地形條件。遇低矮埡口,庫盆封閉不良,單薄分水嶺、低鄰谷,河間地塊,可能發(fā)生滲漏。當(dāng)分水嶺越單薄,低鄰谷下切越深,則庫水滲漏的可能性越大；庫區(qū)某一側(cè)存在低凹單薄的河間地塊,當(dāng)河間地塊無地下水分水嶺或地下水分水嶺低于水庫正常蓄水位,水庫蓄水后,水力梯度增大,水庫滲漏可能性增加。

(三)構(gòu)造條件。由于斷層構(gòu)造發(fā)育,使原本透水性弱的完整巖體受到破壞,形成構(gòu)造型滲漏通道；當(dāng)庫盆為背斜谷,易沿透水地層向外滲漏；庫盆為單斜谷,透水層低于正常蓄水位,并在低鄰谷出露,庫水有可能沿傾斜方向向低鄰谷滲漏；有膠結(jié)不好的斷層破碎帶或節(jié)理密集帶通過時(shí),易發(fā)生滲漏。

(四)巖體條件。庫周與庫底為松散地層時(shí),由于透水性強(qiáng),可能產(chǎn)生大面積或帶狀滲漏；庫盆巖體柱狀節(jié)理張開發(fā)育,具有大量氣孔或洞穴的玄武巖時(shí),易發(fā)生滲漏；在可溶巖地層時(shí),可能產(chǎn)生巖溶滲漏,庫盆由石灰?guī)r、石膏等可溶巖構(gòu)成,巖溶洞穴、管道及溶蝕裂隙形成滲漏通道。

(五)水文地質(zhì)條件。庫盆無隔水層或相對隔水層封閉,且低于正常蓄水位時(shí),可能存在水庫滲漏；庫區(qū)地段河水補(bǔ)給地下水或天然河床已向鄰谷漏水,則水庫蓄水后加劇水庫滲漏。

(六)防滲材料條件。水庫防滲方案通常包括粘土心墻、瀝青混凝土心墻、混凝土防滲墻。

1.粘土心墻：粘土要求黏粒含量15%～40%,塑性指數(shù)10～20,滲透系數(shù)≤1×10-5cm/s,有機(jī)質(zhì)含量≤2%,水熔巖含量≤3%,天然含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差±3%。粘土作為防滲材料,來源充足,購買比較廉價(jià),同時(shí)柔性好,在地基不均勻沉降時(shí)依然可以保證防滲體的有效性。但粘土壓實(shí)度要求高,應(yīng)分層壓實(shí),粘土心墻周邊應(yīng)做好防白蟻措施,防止蟻蛀心墻。

2.瀝青混凝土心墻：瀝青混凝土心墻分碾壓式及澆筑式,碾壓式瀝青混凝土心墻孔隙率應(yīng)≤3%,滲透系數(shù)≤1×10-3cm/s,水穩(wěn)定系數(shù)≥0.9,瀝青含量6%～7.5%,粗骨料最大粒徑≤19mm。澆筑式瀝青混凝土心墻孔隙率應(yīng)≤2%,滲透系數(shù)≤1×10-8cm/s,水穩(wěn)定系數(shù)≥0.9,瀝青含量9%～13%,粗骨料最大粒徑≤26.5mm。瀝青混凝土作為防滲材料,在施工過程中可以快速鋪筑,節(jié)省施工時(shí)間。但瀝青混凝土心墻溫度穩(wěn)定性弱,在溫度變化較為強(qiáng)烈時(shí)有產(chǎn)生貫穿性裂縫可能。堤防與瀝青混凝土的連接部位可能產(chǎn)生不均勻沉降,造成瀝青混凝土心墻塌坑或斷裂。

3.混凝土防滲墻：混凝土防滲墻多用于松散的砂卵礫石層或其他堆積層防滲?；炷练罎B墻按墻體材料的物理力學(xué)性質(zhì)有剛性材料和塑性材料兩種,剛性材料有滲少量粘土或粉煤灰的混凝土、素混凝土和鋼筋混凝土等,其抗壓強(qiáng)度在5.0～50mpa之間,變形模量在10～40Gpa之間。剛性混凝土防滲墻常用在高水頭、抗水力沖刷和滲透比降大、具有承載功能的防滲結(jié)構(gòu)中。塑性混凝土防滲墻具有較好的柔性,能適應(yīng)地基的變形,但墻體力學(xué)強(qiáng)度不高,多用于圍堰體的防滲?；炷练罎B墻在施工過程中速度快、無污染、造價(jià)低、工藝成熟。

(七)施工技術(shù)條件。水庫大壩防滲施工主要是壩基開挖及處理、帷幕灌漿、壩體填筑、防滲心墻施工,壩體養(yǎng)護(hù)。

1.壩基開挖：壩基采用機(jī)械配合人工按照圖紙要求進(jìn)行開挖,需挖至可靠基巖面。當(dāng)松散層不厚時(shí),可全部大開挖清除,將壩體坐落在其下的可靠基巖及不透水巖層之上,若松散層較厚,大開挖清基工作量太大,則可采用帷幕灌漿、截水墻、做鋪蓋等方式防滲。壩基開挖完成后,對需處理的破碎帶,采用風(fēng)鎬輔以人工開挖。

2.帷幕灌漿：灌漿材料、灌漿壓力、灌漿方法、帷幕深度、厚度、排數(shù)應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行,做好為灌漿過程的中間檢查和灌漿結(jié)束后的最終檢查。

3.壩體填筑：壩體填筑應(yīng)采用“鋪漿法”,順墻面線支設(shè)好坡度架,沿著坡度架雙面均拉準(zhǔn)線。施工前,先做碾壓試驗(yàn),確定機(jī)具、碾壓遍數(shù)、鋪土厚度、含水量、土塊限制直徑,以保證碾壓質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。分段碾壓,各段應(yīng)設(shè)立標(biāo)志,以防漏壓、欠壓、過壓。

4.防滲心墻施工：粘土、瀝青、混凝土的質(zhì)量必須符合規(guī)范要求,心墻應(yīng)滿足防滲、適應(yīng)變形、耐久等性能。心墻與基礎(chǔ)、岸坡等剛性建筑物連接部位之間應(yīng)做好防滲設(shè)計(jì)。碾壓粘土?xí)r,碾壓機(jī)器,碾壓參數(shù)必須跟試驗(yàn)一致,粘土應(yīng)保持清潔,不能含有樹根等雜質(zhì),粘土堆放在外應(yīng)采取覆蓋措施；采用瀝青混凝土心墻時(shí),混凝土的厚度應(yīng)根據(jù)壩高、工程級別、抗震要求和施工條件等決定,心墻厚度采用漸變式或階梯式,心墻頂部厚度≥40cm,頂部應(yīng)設(shè)保護(hù)層。心墻兩側(cè)應(yīng)設(shè)過渡層,壓實(shí)后的過渡層應(yīng)具有變形協(xié)調(diào)、滲透穩(wěn)定性。對重要的瀝青混凝土心墻土石壩,應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析,應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)應(yīng)通過試驗(yàn)確定；混凝土防滲墻一般在壩基上應(yīng)進(jìn)入弱風(fēng)化基巖為0.5～1m,當(dāng)深度過大時(shí),可考慮設(shè)計(jì)注漿帷幕形式,遇到的地基為不透水巖層時(shí),可使用兩邊的墻壁帷幕灌漿,在底部進(jìn)行施工?？傊疁p少墻的數(shù)量和連接的接縫。對水泥,沙石的質(zhì)量和等級要認(rèn)真把關(guān),提高原材料的把關(guān)率,在混凝土的配比中先采取試拌,摻加入一定量的粉煤灰改善混凝土的整體和易性,提高抗侵蝕能力。

三、應(yīng)用實(shí)例

(一)工程概況

白乃水庫位于大理州巍山縣中南部,五印鄉(xiāng)白乃塘村,鼠街河上游,是一座為解決農(nóng)村安全飲水和農(nóng)田灌溉的新建中型水庫,總庫容1136.5萬m3,壩高79.2m,初設(shè)階段推薦壩型為瀝青心墻風(fēng)化料壩。目前,水庫已進(jìn)入施工階段。

(二)設(shè)計(jì)至施工階段預(yù)防水庫滲漏

1.壩址選擇：白乃水庫壩址位于洱源—彌渡與維西—喬后活動(dòng)性斷裂間,構(gòu)造穩(wěn)定情況及地震受其控制和影響,工程大壩樞紐區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g,動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度,區(qū)域穩(wěn)定性較差。白乃水庫東部存在低鄰谷,水庫東部與巍山盆地西河低鄰谷相隔,水庫左右岸與東低鄰谷間山體寬厚,分布有較厚的隔水巖層,庫周地下分水嶺水位遠(yuǎn)高于庫水位,屬于水庫的徑流補(bǔ)給區(qū),不會(huì)產(chǎn)生左右岸及東部的低鄰谷滲漏問題；壩址存在松散層、基巖風(fēng)化裂隙帶滲漏問題,可以通過壩肩、壩基清基及帷幕灌漿防滲處理解決。水庫壩址和庫區(qū)具備筑壩蓄水建庫的水文地質(zhì)條件。

2.防滲材料選擇：對工程方圓55km范圍調(diào)查走訪心墻防滲土料,對可能有價(jià)值的土料場進(jìn)行了大量的工作,最終未找到理想的防滲土料。因此選擇采用瀝青混凝土心墻風(fēng)化料壩,優(yōu)點(diǎn)是不采用當(dāng)?shù)匦膲Ψ罎B土料建材,不存在地表植被擾動(dòng)破壞問題；缺點(diǎn)是白乃水庫工程壩高達(dá)79.4m,壩長達(dá)390.5m,壩址區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差,周邊地震頻發(fā),地震基本烈度為Ⅷ度,都給薄層、超長、超高的瀝青混凝土心墻的可靠性帶來不利因素,運(yùn)行維護(hù)難度大。

3.清基及灌漿要求：心墻部位清基?？紤]瀝青混凝土防滲墻基礎(chǔ)變形要求高,左、右壩肩和河床段均清至基巖,結(jié)合槽要求截入基巖1.5m以上。壩殼部位清基。左、右壩肩部位岸坡清至基巖面。兩壩肩、基巖強(qiáng)～弱風(fēng)化層為中等透水層,存在壩肩及壩基繞滲問題,需對壩基、壩肩進(jìn)行帷幕灌漿處理。防滲底界灌漿帷幕進(jìn)入透水率q＜5Lu相對隔水層1段3～5m確定,平面防滲邊界以水庫正常蓄水位與地下水位或相對隔水邊界交點(diǎn)確定,左壩端左延約70m,右壩端右延約62m。

四、結(jié)語

水庫在設(shè)計(jì)階段,對壩址的選擇應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、防滲材料質(zhì)量等因素,要盡量避開可能導(dǎo)致水庫滲漏的各種不利因素。在施工階段,要按照設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)要求,做好大壩的清基、灌漿及填筑工作。