杜濱，張慶麗，許尚杰

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

菏澤市浮崗水庫(kù)是引蓄黃河水，以灌溉供水為主的大（2）型平原水庫(kù)，壩基為巨厚的第四紀(jì)覆蓋層，透水層較強(qiáng)，沒有相對(duì)穩(wěn)定的隔水層，水庫(kù)滲漏一直是困擾工程正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。1958 年建庫(kù)時(shí)壩基未采取防滲措施，1959—1961年蓄水，因水庫(kù)滲漏以及壩后土地次生鹽堿化問題于1962 年停蓄還耕。為解決菏澤市南部地區(qū)用水，1997 年恢復(fù)浮崗水庫(kù)項(xiàng)目建設(shè)，主要為圍壩加高、壩基防滲等加固措施。壩基防滲采用垂直鋪塑防滲技術(shù)，經(jīng)運(yùn)行垂直鋪塑防滲沒有達(dá)到設(shè)計(jì)效果，滲漏和壩后浸沒嚴(yán)重，水庫(kù)不能正常蓄水。2009 年對(duì)壩基滲漏部位采用振動(dòng)沉板混凝土防滲墻處理，經(jīng)10 余年的運(yùn)行，防滲效果較好，解決了壩基滲漏隱患。

1 工程概況

浮崗水庫(kù)年供水量17 651 萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)灌溉面積7.2 萬(wàn)hm2。圍壩是以黃河故道高灘地為基礎(chǔ)建設(shè)的均質(zhì)土壩，輪廓呈長(zhǎng)方形，人工填筑圍壩長(zhǎng)11.50 km，壩頂高程54.80 m，自流設(shè)計(jì)水位49.78 m，死水位47.43 m。上游壩坡坡比1∶3.0，下游1∶5.0，上游采用混凝土板護(hù)坡，下游草皮護(hù)坡，壩后設(shè)截滲排水溝。壩基采用振動(dòng)沉板混凝土防滲墻防滲，軸線位于距上游壩肩5.0 m 處壩頂，墻體厚度20 cm，墻頂高程54.5 m，墻底高程33.00 m。

水庫(kù)位于魯西南黃河沖積平原，地面高程46.47～49.07 m。壩基為近代黃河沖洪積相地層，巖性主要有砂壤土、裂隙黏土、黏土、壤土、粉砂等。在勘探深度內(nèi)，壩基地層自上而下為③砂壤層厚1.40～12.40 m，滲透系數(shù)8.11×10-4cm/s；④粉砂層厚2.1～6.1m，滲透系數(shù)1.37×10-3cm/s；⑤黏土厚度0.4～7.1m，底板高程28.78～35.21 m，滲透系數(shù)2.88×10-3cm/s，⑥粉砂層厚3.2～16.4 m，底高程21.92～30.75 m，滲透系數(shù)5.95×10-3cm/s。在壩基30 m 深度內(nèi)壩基地層均為中等透水性。

2 加固前滲漏分析

2.1 圍壩防滲方案

水庫(kù)壩體防滲原采用上游壩腳垂直鋪塑和壩坡坡面復(fù)合土工膜相結(jié)合方案，垂直鋪塑軸線距離上游壩腳2.0 m，底高程31.87～33.87 m，鋪塑深度12.0～14.0 m，最小深度10.3 m，最大深度15.3 m，鋪塑深度嵌入⑥黏土內(nèi)1.0 m；塑膜為厚0.2 mm 的PE膜，上下搭接寬度0.5 m，膜頂部壓在上游漿砌石護(hù)腳底部，并與坡面復(fù)合土工膜連接。

2.2 防滲效果分析

據(jù)水庫(kù)運(yùn)行管理資料：2007 年4 月1 日觀測(cè)記錄，斷面0+400 庫(kù)內(nèi)水位48.26 m，截滲溝水位45.31 m，壩外80.0 m 處機(jī)井自由出流；斷面1+350 截滲溝水位45.86 m，壩外200.0 m 處機(jī)井水位45.77 m。浮崗水庫(kù)蓄水達(dá)到49.00 m 左右時(shí)，水庫(kù)周圍1 km 范圍內(nèi)地下水位大幅度上升，附近村莊民房磚墻返堿高度達(dá)2.0 m，室內(nèi)地面滲水，部分井出現(xiàn)自流，壩外截滲溝常年滿水，土壤已出現(xiàn)次生鹽堿化。圍壩滲漏及壩后土地次生鹽堿化問題造成水庫(kù)不能正常蓄水。

對(duì)水庫(kù)周圍村民走訪調(diào)查，水庫(kù)停止蓄水期間，截滲溝外側(cè)耕地地下水位較低，基本不存在浸沒情況，水庫(kù)恢復(fù)蓄水庫(kù)水位位于48.10～48.95 m之間，周圍影響區(qū)域內(nèi)的井水位普遍抬升幅度較大，個(gè)別水井出現(xiàn)自流，截滲排水溝常年滿水，因此，水庫(kù)蓄水是壩后地下水位抬升的主要原因。

同時(shí)圍壩下游壩腳洇濕或出逸點(diǎn)不明顯，壩后水井水位一般高于排水溝水位，說明水庫(kù)蓄水對(duì)周圍區(qū)域影響較遠(yuǎn)，圍壩滲漏不明顯，水庫(kù)滲漏主要通過壩基透水層形成潛流滲漏，垂直鋪塑防滲措施效果沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3 滲漏原因分析

1）垂直鋪塑施工質(zhì)量影響因素多，防滲膜接頭質(zhì)量保障率低；開槽后槽壁時(shí)有塌落，影響鋪塑質(zhì)量，鋪設(shè)后沒能及時(shí)回填膜兩側(cè)填土，槽底、槽內(nèi)填土工藝不規(guī)范，造成防滲膜完整性差，垂直鋪塑防滲失效，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

2）至少225 m 長(zhǎng)壩基沒有垂直鋪塑，缺鋪范圍大，導(dǎo)致防滲體系不完整，易形成局部滲流通道，產(chǎn)生較大的滲漏量。

3）垂直鋪塑嵌入⑤層黏土（作為相對(duì)隔水層）；而實(shí)際情況比較復(fù)雜，完整的相對(duì)隔水層不存在，使垂直鋪塑的優(yōu)勢(shì)大為削弱。

4）庫(kù)內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜，水庫(kù)滲漏較嚴(yán)重，壩后截滲溝水位偏高；局部壩基有微承壓水，形成穿過壩基的潛流，造成截滲溝水位低于截滲溝外耕地地下水位的現(xiàn)象。

綜合分析，壩基防滲體不完整，受截滲措施、施工工藝等因素影響，截滲效果不能保證，且多處存在滲漏通道，造成現(xiàn)狀壩基滲漏問題。

3 振動(dòng)沉板防滲墻

對(duì)多頭小直徑攪拌樁截滲、垂直鋪塑、振動(dòng)成槽防滲墻、高壓噴射灌漿、塑性混凝土防滲墻、全庫(kù)底鋪膜等適宜于平原水庫(kù)圍壩常用的防滲措施，從技術(shù)、施工控制、應(yīng)用效果、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比較，最后確定了浮崗水庫(kù)加固工程中使用振動(dòng)沉膜防滲墻方案。

3.1 防滲墻厚度

防滲墻厚度設(shè)計(jì)主要考慮采用的防滲材料、壓力水頭、使用壽命和投資經(jīng)濟(jì)性等影響因素，同時(shí)，槽孔的垂直度對(duì)防滲墻的有效厚度也有一定的影響。

1）壓力水頭。取防滲墻允許滲透坡降為70，該水庫(kù)上下游最大壓力水頭差8.0 m，經(jīng)計(jì)算墻厚12 cm，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，取墻厚設(shè)計(jì)值20 cm。

2）墻體強(qiáng)度。設(shè)計(jì)墻體極限抗壓強(qiáng)度不小于1.2 MPa，彈性模量不大于1 200 MPa，防滲墻的所受應(yīng)力應(yīng)均小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，墻體變形與周圍介質(zhì)相協(xié)調(diào)。

3）使用壽命。經(jīng)估算，設(shè)計(jì)20 cm 厚防滲墻使用年限大于50年，墻厚選用20 cm。

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

成墻試驗(yàn)參數(shù)：槽孔間距0.8 m，漿液由細(xì)砂、普通硅酸鹽水泥、膨潤(rùn)土及其他外加劑配制，要求漿液比重不小于1.6，進(jìn)漿量70～165L/min，下沉速度小于8 m/min，提升速度小于3 m/min。根據(jù)成墻試驗(yàn)確定漿液配合比和施工參數(shù)進(jìn)行成墻施工作業(yè)。

3.3 墻體深度

浮崗水庫(kù)壩基不存在相對(duì)隔水層，但根據(jù)水庫(kù)前期運(yùn)行資料分析，⑥層黏土能夠起到相對(duì)隔水層的作用，因此，垂直截滲深度采用進(jìn)入⑥層黏土1 m 為防滲墻控制深度。

4 截滲效果評(píng)價(jià)

4.1 理論計(jì)算

以樁號(hào)1+920 斷面為典型，對(duì)圍壩無防滲措施和振動(dòng)沉板防滲墻兩種情況采用有限元方法進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算工況上游水位49.87 m，下游水位45.32 m，防滲墻滲透系數(shù)1.0×10-7cm/s。

從理論計(jì)算知：圍壩采用防滲措施后滲漏量?jī)H降低17.3%，說明防滲墻對(duì)滲漏量效果不明顯，主要原因是⑥黏土計(jì)算作為透水性采用，滲透系數(shù)計(jì)算取值2.88×10-3cm/s，數(shù)值偏大。但從計(jì)算斷面流網(wǎng)圖知，采用防滲墻后，壩后出逸坡降和出逸點(diǎn)明顯降低，能夠解決壩體滲透穩(wěn)定和壩后鹽漬化問題，圍壩滲流是安全的。

4.2 觀測(cè)資料分析

對(duì)樁號(hào)1+920 斷面測(cè)壓管進(jìn)行觀測(cè)資料分析，原垂直鋪塑防滲墻后水頭基本與庫(kù)水位一致，防滲效果不明顯，但混凝土防滲墻上游水位與庫(kù)水位基本一致，下游水位與排滲溝水位一致，說明防滲墻防滲效果明顯。經(jīng)觀測(cè)圍壩下游壩坡、壓重平臺(tái)和排水溝岸坡均沒有滲水出逸點(diǎn)和出逸痕跡，壩外耕地沒有出現(xiàn)鹽澤化問題，壩后水井無冒水現(xiàn)象，水井水位與壩后六干溝河道水位常年基本一致，說明防滲墻能夠起到較好的防滲效果。

同時(shí)，勘探報(bào)告提出的⑤黏土的滲透系數(shù)建議值明顯偏大，與實(shí)際不符，該層黏土明顯起到了隔水層的作用。典型滲流觀測(cè)斷面圖4.3，為實(shí)測(cè)的壩內(nèi)浸潤(rùn)線，測(cè)量時(shí)庫(kù)水位48.8 m，下游排水溝水位46.77 m，防滲墻上游測(cè)壓管水位48.52 m，下游測(cè)壓管水位與壩后排水溝水位基本一致。說明防滲墻對(duì)滲漏量和滲透坡降降低均起到明顯的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

浮崗水庫(kù)為山東省具有代表意義的平原水庫(kù)，其圍壩振動(dòng)沉膜防滲墻的成果應(yīng)用對(duì)于黃泛平原區(qū)建設(shè)的水庫(kù)防滲方案的選擇具有明顯的引領(lǐng)作用。通過對(duì)浮崗水庫(kù)防滲方案的比選、防滲效果評(píng)價(jià)分析，得出結(jié)論。

1）黃泛平原區(qū)全新統(tǒng)下部的黏土雖具有一定規(guī)模的裂隙發(fā)育，但其綜合滲透性較小，勘探數(shù)據(jù)偏大，對(duì)于懸掛防滲體能夠起到明顯的隔水底板作用。

2）振動(dòng)沉板防滲墻具有施工速度快、接頭效果好，同時(shí)起到對(duì)周圍土體的振動(dòng)加密功能，是低壩行之有效的防滲措施。

3）浮崗圍壩振動(dòng)沉板防滲墻解決了壩基滲漏問題，多年蓄水壩后無浸沒現(xiàn)象，壩腳無洇濕或出逸點(diǎn)，是一個(gè)成功的防滲案例，起到較好的示范效果。