蔡 俠，陳華鴻，王 程

（天津市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，天津 300204）

1 工程概況

王慶坨水庫位于天津市武清區(qū)，是天津市本世紀以來唯一新建的中型平原水庫，是一座以調(diào)節(jié)供水為主、安全備用為輔的水庫。水庫是南水北調(diào)配套工程的重要組成部分，通過同期建設(shè)的輸水箱涵實現(xiàn)了水庫與南水北調(diào)中線一期工程天津干線連通，此工程建設(shè)進一步提高了天津城市供水的可靠性和安全性。水庫位于天津市的王慶坨鎮(zhèn)西南，東靠王二淀村，南至榮烏高速公路，西至津冀交界，北至津同公路，總占地面積3.92 km2。水庫總庫容2 000 萬m3，圍壩軸線長度6.57 km。考慮到工程的重要性，水庫為Ⅱ等工程，主要建筑物包括圍壩，泵站、輸水箱涵（含榮烏高速穿越）、分水口、退水閘等。水庫設(shè)計最大壩高10.5 m，壩頂高程14.6 m（大沽高程，下同），壩頂寬度8 m，庫底高程4.20 m，死水位6.47 m，設(shè)計水位11.90 m。在土地資源稀缺的情況下，水庫采用挖填平衡的建庫方案，圍壩填筑土料全部利用庫區(qū)土。無論是從保障工程安全的角度還是從節(jié)約寶貴的長江水來講，水庫的防滲工作都顯得非常重要。

2 地質(zhì)勘察情況

庫區(qū)地形平坦開闊，地面高程多在3.60～6.50 m。庫區(qū)及圍壩地層巖性基本一致，主要為第四系上更新統(tǒng)Ⅲ陸相沉積層、第四系全新統(tǒng)Ⅱ陸相沖積層、第四系全新統(tǒng)Ⅰ海相沉積層、第四系全新統(tǒng)上部湖沼相沉積層、第四系全新統(tǒng)Ⅰ陸相沖積層、人工堆積層（Qml）。巖性主要由黏土、粉質(zhì)黏土和粉土組成，局部夾淤泥質(zhì)土（淤泥、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土）和少量粉砂透鏡體。

場區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于粉土及粉質(zhì)黏土層中?？辈炱陂g，地下水埋深一般0.30～4.30 m（平均約2.10 m），高程一般2.64～6.17 m。庫區(qū)地下水位總體是東部、東北部高于西南部、西部。

庫區(qū)鉆孔揭露地層多為上粉土—中黏性土—下粉土多層結(jié)構(gòu)，部分地段為上粉土—下黏性土雙層結(jié)構(gòu)，如圖1—2所示。

圖1 庫區(qū)上粉土中黏性土下粉土多層結(jié)構(gòu)典型地質(zhì)剖面

按照挖填平衡建庫方案，根據(jù)地質(zhì)勘察成果，庫底設(shè)計高程4.2 m以下庫區(qū)土層分布統(tǒng)計情況，詳見表1。

表1 庫區(qū)土層分布統(tǒng)計

庫區(qū)表層3.0 m內(nèi)多分布厚度不等、埋深不一的1 層粉土，垂直滲透系數(shù)建議值為7.6×10-4m/s，屬中等透水性土層，分布連續(xù)。粉土層下部為黏土，垂直滲透系數(shù)建議值為5.1×10-6～8.0×10-5m/s，具弱透水性，黏土層的厚度較大，可形成連續(xù)分布的相對不透水層，空間分布連續(xù)，厚度差別不大。

3 壩型選擇

圍壩填筑利用庫區(qū)土，采用挖填平衡的建庫方案。料場的天然土料總體上黏粒含量偏少，塑性指標(biāo)偏小，滲透性強，場區(qū)土質(zhì)分布不均，差異性大。根據(jù)地質(zhì)勘查成果，扣掉無用層后，土料擊實后的指標(biāo)與規(guī)程對比，作為防滲體土料，其黏粒含量、塑性指數(shù)及水平滲透系數(shù)均不符合要求；作為均質(zhì)壩筑壩材料，其土料平均值指標(biāo)符合規(guī)范要求，但含水率偏高。

圖2 庫區(qū)上粉土下黏性土雙層結(jié)構(gòu)典型地質(zhì)剖面

鑒于王慶坨水庫鄰近市區(qū)，地勢相對較高且距離村鎮(zhèn)、高速公路較近以及不利的地質(zhì)條件和相對較高的蓄水水位，考慮到本工程的重要性、安全性和可靠性，為消除筑壩土料不均產(chǎn)生的不利影響，圍壩需采取防滲措施。

土工合成材料防滲壩，在平原水庫中被普遍采用，在投資和防滲效果上優(yōu)勢明顯。若防滲心墻位于壩體中間，施工極不方便。對于新筑土壩而言，土工防滲材料位于上游壩坡，土工膜鋪設(shè)與壩體填筑互不干擾，施工方便，運用期檢修更換方便，因而更具有適用性[1]。因此，王慶坨水庫工程采用土工合成材料防滲斜墻壩的壩型方案。

4 庫區(qū)防滲

王慶坨水庫采取挖填平衡筑壩方案，庫底設(shè)計高程4.2 m，設(shè)計庫底高程以上清除表土后將上層土作為筑壩土方，取土后庫區(qū)表層壓實，利用庫區(qū)內(nèi)連續(xù)分布的相對不透水的黏土層黏土）作為庫區(qū)防滲，并對庫區(qū)內(nèi)坑塘、水井等采取回填、封堵措施。

5 圍壩防滲

5.1 筑壩土料及填筑技術(shù)要求

根據(jù)地質(zhì)勘查成果，扣除無用層后，按照挖填平衡方案，筑壩土料為粉土，黏粒含量平均值為13.6%，塑性指數(shù)平均值為9.2。27組粉土數(shù)據(jù)有25組含水率大于（15.6+2）%，占92.6 %；5 組粉土土料擊實后水平滲透系數(shù)平均為1.10×10-5cm/s。

筑壩要求土料壓實度不低于98%，設(shè)計干密度不低于1.59 g/cm3，施工填筑含水率控制在最優(yōu)含水率的-2%～+3%以內(nèi)，因此土料含水量偏高部分采取翻曬處理。

5.2 壩坡防滲方案

用于防滲的土工合成材料主要有復(fù)合土工膜和天然鈉基膨潤土防水毯（GCL）。

GCL 膨潤土防水毯作為防滲材料，在干濕交替的環(huán)境中容易開裂，雖然局部具備自愈能力，但通過本水庫運行情況來看，不便于維修。根據(jù)其鋪設(shè)工藝，相鄰防水毯接口處容易形成滲漏通道。該材料適用于地基變形較大或存在蘆葦?shù)戎参锟赡軐Ψ罎B層造成破壞以及對防滲要求不高的場所[2]。通過對國內(nèi)平原水庫的調(diào)研，GCL 膨潤土防水毯并不適合水位遠高于周圍地面高程的平原水庫工程。

復(fù)合土工膜在最近20 a 的堤防、平原水庫工程中作為防滲材料，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，有很多成功的案例，山東、河北等地最近建設(shè)的平原水庫大部分采用復(fù)合土工膜作為防滲材料。復(fù)合土工膜的土工織物可起到加筋和保護作用，具有較大的抗拉強度和延伸率，能夠承受水壓和適應(yīng)變形，適應(yīng)地質(zhì)不均勻沉降，應(yīng)變力強，能承受不同的施工條件和工作應(yīng)力，防滲性能突出[3]。

因此，王慶坨水庫采用復(fù)合土工膜進行壩坡防滲，塑膜厚度取值為0.5 mm，膜兩側(cè)土工布為300 g/m2，復(fù)合土工膜外側(cè)設(shè)碎石上墊層和現(xiàn)澆混凝土板防護層，里側(cè)設(shè)中粗砂作為下墊層。

5.3 壩基防滲

5.3.1 方案比較

壩基防滲比較了以下幾種常用的壩基防滲方案，詳見表2。

表2 常用壩基處理方案比較

本工程水頭較低，透水層深度較小，采取高壓噴漿或混凝土防滲墻方案將浪費大量投資。如采取振動沉膜防滲板墻，部分墻體坐落于原有渠道堤坡上，土質(zhì)較堅硬，同時可能存在拋石等原有防沖刷措施的問題，造成振動擠壓成槽困難。并且防滲墻墻段之間銜接以及防滲墻頂部與圍壩壩坡防滲的復(fù)合土工膜銜接如處理不好，將形成整個防滲體系的薄弱環(huán)節(jié)。因此，垂直鋪塑方案較為適合本工程。

5.3.2 壩基防滲深度計算

采用AutoBank7.0（河海大學(xué)工程力學(xué)研究所）軟件，對進入黏土層的垂直防滲深度進行了計算。取樁號4+500 作為典型斷面計算正常運行工況，上游設(shè)計水位11.90 m，下游地下水位3.0 m（截滲溝溝底高程），計算深度至壩基以下30 m。復(fù)合土工膜滲透系數(shù)一般為1.0×10-12～1.0×10-11cm/s，考慮施工存在的缺陷及運行過程中可能產(chǎn)生的破壞情況，計算取值1.0×10-10cm/s，結(jié)果如圖3—4 所示。根據(jù)計算結(jié)果，垂直防滲體進入黏土層深度超過2.5 m后繼續(xù)加大深度效果不顯著，因此確定防滲深度為垂直防滲進入黏土層2.5 m。

圖3 不同垂直防滲深度出逸比降計算成果

圖4 不同垂直防滲深度單寬流量計算成果

5.3.3 壩基防滲方案

根據(jù)地質(zhì)資料，圍壩清基線下土層為粉土，同時大部分為液化土層。粉土層下全區(qū)分布相對不透水的黏性土層，本工程的粉土液化處理方案為粉土開挖后按筑壩控制指標(biāo)回填。本工程防滲深度不深，僅深入黏土層2.5 m，因此壩基防滲可結(jié)合粉土液化處理方案，將傳統(tǒng)的開槽機開槽的鋪塑方案調(diào)整為明挖錨固槽垂直鋪塑的壩基防滲方案，將壩坡防滲和壩基防滲有效銜接形成一個整體。該方案施工簡便，土工膜的長度搭接在錨固槽內(nèi)便于實施，能夠保障土工膜的焊接質(zhì)量。

具體方案為挖除表層粉土層后開挖錨固槽，埋入復(fù)合土工膜，待壩坡防滲復(fù)合土工膜鋪設(shè)后連接一起，錨固槽槽深2.5 m、底寬度4.0 m，復(fù)合土工膜折疊埋入槽內(nèi)，預(yù)留出變形余量，槽內(nèi)采用人工回填黏土。圍壩及壩基防滲示意，如圖5所示。

圖5 圍壩及壩基防滲示意

5.4 截滲溝設(shè)計

為了防止平原水庫蓄水后引起周邊地下水位升高，導(dǎo)致土地沼澤化和土地鹽漬化，惡化附近地區(qū)生態(tài)環(huán)境，在距圍壩背水側(cè)坡腳約20 m 設(shè)置截滲溝，攔截水庫滲水、控制水庫周圍地下水位，溝底寬1.5 m、深度3.0 m。在水庫東南側(cè)，截滲溝與水庫退水渠聯(lián)通，水位高時通過退水渠排除。截滲溝處最大出逸比降大于黏土允許水力比降，需進行反濾排水，在截滲溝底部及邊坡設(shè)置干砌石防護，干砌石以下按反濾要求設(shè)置碎石墊層以及土工布防止?jié)B透破壞。

6 主要施工技術(shù)要求

（1）壩坡復(fù)合土工膜鋪設(shè)前，應(yīng)按施工圖紙要求完成支持層施工，支持層應(yīng)密實平整，錨固槽開挖后應(yīng)對槽底及槽坡進行密實平整，驗收合格后方可鋪設(shè)。

（2）施工前，應(yīng)進行復(fù)合土工膜的接頭工藝試驗。

（3）土工膜采用熱熔焊接，按照確定的施工工藝，嚴格控制土工膜焊接溫度、速度等，施工中注意對復(fù)合土工膜的保護，鋪設(shè)過程中作業(yè)人員不得穿硬底鞋及帶釘鞋。不準(zhǔn)在復(fù)合土工膜上卸放護坡塊體，不準(zhǔn)用帶尖頭的撬動工具，不準(zhǔn)進行可能引起復(fù)合土工膜損壞的施工作業(yè)。除設(shè)計圖紙預(yù)留褶皺（長度約200 mm）外，還應(yīng)留有足夠余幅（約1.5%），以便拼接和適應(yīng)氣溫變化。

（4）按工程隱蔽部位的驗收要求，對復(fù)合土工膜施工質(zhì)量進行以下項目的檢驗和驗收：先采取目測法，觀察有無漏接，接縫是否燙損、褶皺，是否拼接均勻等。然后對全部焊縫進行檢測，采用充氣法檢查有無漏接、接縫燙損和折皺等缺陷；焊縫為雙條，兩條之間留有約10 mm的空腔，將待測段兩端封死，插入氣針，充氣大于0.15 PM，靜觀1.0 min 以上，觀察真空表，如氣壓不下降，表明不漏、接縫合格，否則應(yīng)及時修補。每1 000 m 取1 個試樣，作拉伸強度試驗，要求接縫處強度不低于母材的80%，且試件斷裂不得在接縫處，防止接縫不合格。

（5）土工膜焊接檢測合格后，將膜與布之間存留的浮土清理干凈后，方可縫合上層土工布，土工布縫合應(yīng)采用高強滌綸絲線，縫合針距6 mm 左右，連接面松緊適度，自然平順，確保膜與織物聯(lián)合受力。

7 結(jié)語

防滲方案是平原水庫設(shè)計工作的關(guān)鍵問題，做好防滲體銜接是防滲工作成功的必備條件。王慶坨水庫工程中采取的各項防滲措施，保障了工程安全，減少了水量損失。施工時，需嚴格控制施工質(zhì)量，加強薄弱環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，特別是土工膜連接過程質(zhì)量控制，以取得較為理想的防滲效果。