李 江，雷進(jìn)東，王 勇，葛寧寧

(1.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.新疆水利學(xué)會(huì)，新疆 烏魯木齊 830000；3.新疆泓潤(rùn)源水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

0 引言

解放以來(lái)，截止2022年新疆(含兵團(tuán))目前已建、在建水庫(kù)751座，其中地方管理的平原水庫(kù)316座，占地方水庫(kù)總數(shù)的55%，其中大型6座、中型61座；兵團(tuán)155座，占兵團(tuán)水庫(kù)總數(shù)的90%，其中大型10座、中型30座；合計(jì)全疆(含兵團(tuán))共有大型平原水庫(kù)16座，中型平原水庫(kù)91，共計(jì)107座，大中型平原水庫(kù)的總庫(kù)容達(dá)47.44億m3。平原水庫(kù)總數(shù)量(大中型)占全疆水庫(kù)總數(shù)的63%(14%)。

2000年，新疆地方列入全國(guó)第一批病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固專項(xiàng)規(guī)劃的水庫(kù)共計(jì)94座，其中重點(diǎn)大中型水庫(kù)37座，一般中型水庫(kù)18座，小(1)型水庫(kù)39座。2004年，列入全國(guó)第二批病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固專項(xiàng)規(guī)劃的水庫(kù)共23座，其中中型水庫(kù)5座，小(1)型水庫(kù)18座。2007年列入病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固專項(xiàng)規(guī)劃的水庫(kù)共149座，實(shí)際列入國(guó)家投資計(jì)劃的共147座。其中大型1座，中型13座，小型133座[1]。目前重點(diǎn)病險(xiǎn)水庫(kù)已經(jīng)完成除險(xiǎn)加固，尚有部分仍未完成處理。

平原水庫(kù)的特點(diǎn)是：①通常為引水注入式，主要承擔(dān)灌溉任務(wù)；②大部分為三面或四面圍筑而成，壩體采用半挖半填的較多；③壩軸線短則幾千米，長(zhǎng)則幾十千米，庫(kù)盤大，庫(kù)面淺，蒸發(fā)損失強(qiáng)烈；④壩基處理范圍長(zhǎng)，一般深度均較淺，基礎(chǔ)處理工作量大；⑤壩體填筑量大，局部點(diǎn)上出問(wèn)題有可能放大為面上問(wèn)題，造成失穩(wěn)潰決；⑥淤積嚴(yán)重，南疆平原水庫(kù)普遍存在此問(wèn)題，嚴(yán)重影響效益發(fā)揮[2]。

1 大中型平原水庫(kù)概況

1.1 大中型平原水庫(kù)建設(shè)概況

截至2022年，新疆地方共建設(shè)平原水庫(kù)316座，大型、中型、小型分別是6、61、249座，對(duì)應(yīng)總庫(kù)容分別是10.37、19.01、6.06億m3；兵團(tuán)共建設(shè)平原水庫(kù)155座，大型、中型、小型分別是10、30、115座，對(duì)應(yīng)總庫(kù)容分別是17.44、11.03、3.71億m3；按照地域劃分各地州、兵團(tuán)師等都有分布，其中數(shù)量最多的分別是阿勒泰地區(qū)、昌吉州。按照建設(shè)年代分類，大部分平原水庫(kù)都建于上世紀(jì)60—80年代，按壩型劃分絕大多數(shù)都采用黏土、粉土、沙土、沙壤土等填筑，壩高一般3～7m左右，普遍為引水注入式水庫(kù)，承擔(dān)功能以農(nóng)業(yè)灌溉為主，少量具有引洪功能，也有的開(kāi)展了旅游、養(yǎng)殖項(xiàng)目[1-2]。典型大中型平原水庫(kù)特性見(jiàn)表1。

1.2 平原水庫(kù)壩基防滲突出問(wèn)題

平原水庫(kù)壩高一般在幾米至十幾米，蓄水水深較淺，面積大。其主要缺點(diǎn)是蒸發(fā)、滲漏損失量大，尤其是滲漏問(wèn)題，除造成地表水資源損失以外，還易導(dǎo)致下游地下水位抬高而造成濕陷、沼澤化和土壤次生鹽漬化等問(wèn)題，且對(duì)大壩的安全穩(wěn)定不利。如瑪納斯河夾河子水庫(kù)[3](1961年潰口)，吐魯番雅爾乃孜水庫(kù)[4](1984年潰口)，昌吉州八一水庫(kù)[5](2004年潰口)等水庫(kù)潰口的主要起因都是壩體或壩基滲漏產(chǎn)生的滲透破壞。

導(dǎo)致大壩產(chǎn)生滲漏的原因很多，主要有以下5個(gè)方面：①壩基建在強(qiáng)透水的細(xì)砂、礫石等地基上，早期建設(shè)水庫(kù)未考慮防滲措施且清基不徹底；或者截滲槽較淺，沒(méi)有與相對(duì)不隔水層連成一體。②壩體填筑質(zhì)量差且土料控制不嚴(yán)，尤其是均質(zhì)土壩，壩線長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米至數(shù)十千米，一個(gè)“點(diǎn)”出問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致“面”上產(chǎn)生問(wèn)題，壩體破裂會(huì)導(dǎo)致壩體坡腳滲漏，嚴(yán)重影響壩體安全。處于高地震區(qū)的水庫(kù)尤其嚴(yán)重，需要反復(fù)加固處理。③防滲設(shè)計(jì)和施工不合理留下隱患。從早期建設(shè)潰決的大壩情況分析，導(dǎo)致潰壩的大多數(shù)隱患在大壩建設(shè)時(shí)期就已經(jīng)形成，這也是時(shí)代的局限性導(dǎo)致，尤其是“三邊”工程的建設(shè)。④壩基防滲未處理到位，如灌漿未達(dá)到設(shè)計(jì)要求、未進(jìn)入隔水層、施工質(zhì)量差等；也存在設(shè)計(jì)階段勘探成果與實(shí)際有出入，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、處理不到位等[6]。⑤設(shè)計(jì)和施工技術(shù)局限性導(dǎo)致，如垂直鋪塑超過(guò)10m時(shí)施工難度很大，質(zhì)量難以控制；高噴灌漿選擇針對(duì)性不強(qiáng)，遇到膠結(jié)砂礫石夾軟弱土層難以應(yīng)付[7]。

2 典型平原水庫(kù)壩基防滲與效果評(píng)價(jià)

2.1 新建平原水庫(kù)壩基防滲處理

新疆平原水庫(kù)一般都布置在出山口的平原綠洲內(nèi)，地層大多數(shù)以砂礫石、粉土、壤土、風(fēng)積沙等為主，新建水庫(kù)通常壩基處理有以下幾種類型：

(1)截滲槽處理：適合于壩基較淺，一般3～5m深，底部有相對(duì)不透水層，如500水庫(kù)就采用此種處理形式，即簡(jiǎn)單、又可靠[8]。與壩體連接可考慮黏土、復(fù)合土工膜等。

(2)截滲墻處理：壩基覆蓋層10～20m左右，截滲槽開(kāi)挖工作量較大的，一般采用垂直防滲型式進(jìn)行處理，包括深層攪拌樁防滲墻、混凝土防滲墻(塑性墻也可)、水泥灌漿、垂直鋪塑等。成墻型式根據(jù)工藝可有多種，如多頭小直徑水泥攪拌樁、高壓旋噴灌漿、雙液注漿、薄型槽孔砼防滲墻等，其目的是形成地下連續(xù)防滲帷幕。如位于塔里木河的希尼爾水庫(kù)等[9]。工程實(shí)踐表明，在粉砂等細(xì)顆粒地層中，采用高噴灌漿技術(shù)進(jìn)行垂直防滲，能顯著消除水頭，降低水力坡降，減少滲漏損失，質(zhì)量容易得到保證，是壩基垂直截滲較為理想的工程措施之一[10-13]。

(3)復(fù)合處理型式：壩基覆蓋層深達(dá)數(shù)十米或以上的，庫(kù)盤也需要防滲處理的，難以用垂直防滲型式截?cái)啵词共捎靡泊嬖谕顿Y規(guī)模較大問(wèn)題。一般采用復(fù)合土工膜或黏土鋪蓋將壩體與庫(kù)盤防滲連為一體，相當(dāng)于繞開(kāi)壩基防滲。如溫宿縣洼地水庫(kù)地處砂礫石地層上，壩基深厚，只能采用庫(kù)盤土工膜防滲，也能取得較好整體防滲效果。新河縣五一水庫(kù)除險(xiǎn)加固采用壩前增設(shè)混凝土面板襯砌及防滲膜，壩基部分采用開(kāi)挖截水槽、部分采用8～10m的垂直鋪膜防滲，效果良好[14]。

需要注意的是，不同壩基防滲技術(shù)都有一定局限性，應(yīng)充分考慮壩基土層特性、處理深度、施工難易程度、控制措施、防滲效果及工程投資等幾個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較后擇優(yōu)選擇[12]。

2.2 除險(xiǎn)加固工程防滲處理措施

已經(jīng)建設(shè)投入運(yùn)行的水庫(kù)，其壩基防滲處理措施與新建水庫(kù)有相似之處，同樣可以采用截滲槽、截滲墻、復(fù)合防滲措施等進(jìn)行處理。但也有一些特點(diǎn)需要引起重視，主要是以下幾個(gè)方面：

(1)應(yīng)結(jié)合水庫(kù)壩前淤積情況研究壩基防滲型式，尤其是壩高較高的主壩段。水庫(kù)除險(xiǎn)加固一般都是根據(jù)水庫(kù)存在的險(xiǎn)情和主要問(wèn)題，針對(duì)壩體滲漏、壩基防滲、加固護(hù)坡、提高抗凍、保障安全等內(nèi)容開(kāi)展除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。高壩段往往是問(wèn)題最嚴(yán)重的壩段，淤積物過(guò)多會(huì)造成壩前施工清理工作量大，施工平臺(tái)的設(shè)置至關(guān)重要，有的工程可以考慮在低水位附近增設(shè)截滲墻，利用淤積物作為鋪蓋，采用垂直防滲與水平鋪蓋結(jié)合的型式，可以大大減少導(dǎo)流工程量，但缺點(diǎn)是沒(méi)有解決淤積問(wèn)題。

(2)研究除險(xiǎn)加固應(yīng)考慮水庫(kù)能力提升改造。平原水庫(kù)庫(kù)盤淺、庫(kù)面大，開(kāi)展縮庫(kù)減少蒸發(fā)是目前平原水庫(kù)能力提升的重要手段，也是山區(qū)水庫(kù)替代平原水庫(kù)部分調(diào)蓄功能的重要研究?jī)?nèi)容，其目的是用山區(qū)水庫(kù)廢棄或替代部分調(diào)蓄功能，提升水資源利用效率效益。第一師新井子水庫(kù)[15]即采用縮庫(kù)方式，通過(guò)增加水庫(kù)壩高、減少庫(kù)盤面積來(lái)減少蒸發(fā)，節(jié)約水資源，與上游山區(qū)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度提升調(diào)蓄能力。

2.3 幾座典型水庫(kù)防滲處理型式

2.3.1西克爾水庫(kù)

伽師縣西克爾水庫(kù)總庫(kù)容10041萬(wàn)m3，控制灌溉面積26萬(wàn)畝，是一座兼灌溉、養(yǎng)殖同時(shí)還承擔(dān)滯洪、調(diào)洪的大(2)型注入式平原水庫(kù)。大壩為均值土壩，全長(zhǎng)13km，其中主壩段長(zhǎng)4.5km，最大壩高7m；副壩段長(zhǎng)8.7km，最大壩高4.4m。工程始建于1958年初，1959年投入使用，是典型的三邊工程。工程處于地震高發(fā)區(qū)。在遭受多次地震考驗(yàn)后，各類鑒定報(bào)告均指出西克爾水庫(kù)突出問(wèn)題是：“壩基地震液化判斷不滿足規(guī)范要求，壩基存在地震液化問(wèn)題……工程質(zhì)量、防洪能力、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全、抗震安全均不滿足規(guī)范要求”；1986、1996、1999—2000、2005—2006、2022年多次除險(xiǎn)加固達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模。其措施包括挖除損壞壩體壩基、重新填筑、修補(bǔ)裂縫、重建放水涵洞等[16-17]。

2.3.2依干其水庫(kù)

莎車縣依干其水庫(kù)水庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容為6200萬(wàn)m3，中型注入式平原水庫(kù)，主壩段為砂壤土均質(zhì)壩，總長(zhǎng)為8km，最大壩高為6m。1958年建設(shè)，1959年投入運(yùn)行。水庫(kù)淤積嚴(yán)重，庫(kù)容現(xiàn)僅為4758萬(wàn)m3，損失23.26%。突出問(wèn)題是：西壩段1+200～2+600段壩后積水嚴(yán)重，壩體浸潤(rùn)線較高，缺乏排水設(shè)施，嚴(yán)重威脅水庫(kù)安全；前期未做地質(zhì)勘察工作，屬于典型的三邊工程；壩體及壩基無(wú)防滲措施，大壩壩體和壩基滲漏嚴(yán)重，滲流不穩(wěn)定。目前因資金缺乏尚未開(kāi)展全面的除險(xiǎn)加固[18]。

2.3.3東風(fēng)水庫(kù)

墨玉縣東風(fēng)水庫(kù)是引水注入式中型平原水庫(kù)，一期庫(kù)容2500萬(wàn)m3(二期4500萬(wàn)m3)，1959年動(dòng)工興建，1960年完成一期工程(二期工程至今未建)。擋水壩為砂壤土均質(zhì)壩，土壩長(zhǎng)8km，其中主壩長(zhǎng)4.1km，壩高5～11m，壩體填筑采用水中倒土和土中灌水的混合方法施工，僅用17天的時(shí)間即完成了壩體填筑，壩體干容重可達(dá)1.4g/cm3以上。突出問(wèn)題是：壩體質(zhì)量較差，干密度和壓實(shí)系數(shù)偏低、含水量不均勻，目前只能在限制水位運(yùn)行，水庫(kù)實(shí)際庫(kù)容為1100萬(wàn)m3；壩基滲漏嚴(yán)重、壩后滲水嚴(yán)重、壩后無(wú)排水設(shè)施，周圍耕地不同程度的沼澤化和鹽漬化；水庫(kù)年蒸發(fā)滲漏損失水量1184萬(wàn)m3，占水庫(kù)來(lái)水量的38.8%。除險(xiǎn)加固時(shí)按原設(shè)計(jì)一期規(guī)模該水庫(kù)進(jìn)行了壩體培厚加固、壩基防滲處理[19]。

2.3.4新建一水庫(kù)

墨玉縣新建一水庫(kù)總庫(kù)容2450萬(wàn)m3，屬中型注入式平原水庫(kù)，始建于1966年，1967年投入使用。主壩為復(fù)合土工膜斜墻防滲土石壩、最大壩高11m，主壩長(zhǎng)1.0km，副壩長(zhǎng)7.23km，現(xiàn)狀副壩與庫(kù)岸砂丘已混為一體。突出問(wèn)題是：建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，填筑質(zhì)量差，壩坡不穩(wěn)定；右岸天然庫(kù)岸段無(wú)防滲措施導(dǎo)致壩后滲漏嚴(yán)重；壩基未防滲，滲漏量大，下游無(wú)排水設(shè)施；實(shí)際運(yùn)行庫(kù)容不足800萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)能力不滿足農(nóng)業(yè)灌溉的要求。除險(xiǎn)加固時(shí)壩體加設(shè)混凝土板護(hù)坡、土工膜防滲，壩基采用8m深垂直鋪塑膜防滲。

2.3.5英爾里克水庫(kù)

和田縣英爾里克水庫(kù)是引水注入式中型平原水庫(kù)，總庫(kù)容1760萬(wàn)m3，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高9m，1962年建成。突出問(wèn)題是：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，施工方法簡(jiǎn)陋，運(yùn)行管理不善；北副壩段上游壩坡局部因沖刷形成陡坎，下游壩腳存在多處滲漏點(diǎn)，存在滲透破壞隱患。水庫(kù)進(jìn)行過(guò)幾次除險(xiǎn)加固，但都僅限于局部和小范圍內(nèi)，未根本解決隱患。2020年再次進(jìn)行了除險(xiǎn)加固：為減少蒸發(fā)，水庫(kù)進(jìn)行縮庫(kù)處理，水面面積由原9.0km2縮減至5.8km2，總庫(kù)容為1760萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1700萬(wàn)m3。北副壩上游壩坡坡采用砼板襯砌，下設(shè)復(fù)合土工膜防滲，壩基采用截滲槽鋪膜防滲。

2.4 典型工程壩基防滲效果評(píng)價(jià)

上述幾座典型水庫(kù)采取了各種措施進(jìn)行除險(xiǎn)加固，有的一次處理完成，有的因地震等原因多次也未能處理完成?？傮w來(lái)看，平原水庫(kù)突出的滲漏問(wèn)題主要是歷史原因造成，平原水庫(kù)經(jīng)過(guò)三輪除險(xiǎn)加固，大部分都已經(jīng)解決歷史遺留問(wèn)題，取得了較好效果，尤其是普遍困擾和擔(dān)心的大壩結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題、壩基防滲隱患、庫(kù)外排水措施等得以處理，防滲效果較好。典型工程壩基防滲加固見(jiàn)表2所述。

表2 典型工程壩基防滲加固措施評(píng)價(jià)

3 壩基處理技術(shù)進(jìn)展

3.1垂直防滲技術(shù)

垂直防滲是采用人工開(kāi)挖、機(jī)械成槽等技術(shù)，通過(guò)人工填筑黏土、帷幕灌漿、垂直鋪塑或澆筑水泥土、塑性混凝土等措施使壩基地下形成連續(xù)防滲帷幕的型式，與山區(qū)水庫(kù)大壩采用的各種壩基防滲型式基本相同，但深度相對(duì)較淺，施工難度相對(duì)較小。垂直防滲技術(shù)是目前平原水庫(kù)防滲處理中運(yùn)用最多也是效果相對(duì)最好的技術(shù)。壩基防滲深度較深的一般采用水平鋪蓋與壩體防滲連成一體，即所謂的“兜底”防滲措施。

3.2水平防滲技術(shù)

水平防滲是通過(guò)在庫(kù)盤水平鋪設(shè)瀝青混凝土、防滲土工膜、黏土或混凝土等來(lái)達(dá)到防滲目的一種防滲型式，采用此種型式一般需與壩體防滲一并考慮，即將壩內(nèi)防滲體與庫(kù)盤防滲連成一體。水平防滲就地取材、成本較低、工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用較廣。缺點(diǎn)是庫(kù)盤較大時(shí)，鋪設(shè)面積大，隱患多。采用瀝青、混凝土投資較大，采用土工膜容易出現(xiàn)焊縫隱患。

3.3復(fù)合防滲技術(shù)

平原水庫(kù)壩線較長(zhǎng)，壩基地層不均勻，不同壩段壩基防滲處理深度從幾米到幾十米，完全采用垂直或水平防滲型式難以適應(yīng)地層變化，單純采取其中一種型式，投資較大。這時(shí)可以因地制宜采用水平或垂直防滲，需要注意的是需結(jié)合壩體防滲一并考慮防滲體連接的可靠性、施工技術(shù)的可行性、投資造價(jià)的可控性。

4 希尼爾水庫(kù)壩基防滲處理實(shí)踐

4.1 希尼爾水庫(kù)概述

希尼爾水庫(kù)為注入式中型平原水庫(kù)，水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容為9800萬(wàn)m3，水面面積16.74km2。主壩為砂礫石均質(zhì)壩，壩頂長(zhǎng)7.65km，最大壩高20m，壩基最大防滲深度15.5m，壩體防滲采取斜鋪復(fù)合膜(兩布一膜)結(jié)構(gòu)；根據(jù)地質(zhì)、水文情況的不同，壩基采取水平與垂直防滲相結(jié)合的型式，包括PE塑膜、塑性混凝土防滲墻、水泥土防滲墻3種不同的防滲型式。工程于2000年5月正式開(kāi)工建設(shè)，2003年3月開(kāi)始蓄水。

壩基地層為第四系沖洪積亞砂土夾粘土和砂礫石，其下為第三系砂巖、泥巖互層。主壩壩基在低洼處分布的沖洪積亞砂土屬中一高壓縮性土，透水性低。第三系砂巖、泥巖互層強(qiáng)風(fēng)化層厚度約為5～8m，成巖較差，較為松散，滲透性強(qiáng)，是大壩壩基滲漏的主要通道。壩基中14m以下有承壓水分布。東、西副壩壩基地質(zhì)條件與主壩基本類同，差別在于第四系沉積層較薄。

4.2 原壩基防滲措施

針對(duì)壩基的地質(zhì)情況，經(jīng)技術(shù)比較、分析，確定希尼爾水庫(kù)壩基防滲深度為3.5～15.9m，壩基防滲采取垂直防滲與水平防滲相組合的形式。水平鋪蓋防滲采用0.75mmPE復(fù)合膜防滲，垂直防滲墻分明槽鋪復(fù)合膜防滲墻(垂直鋪塑)和澆筑塑性混凝土防滲墻。樁號(hào)0+000～4+350、6+100～7+650壩段為明槽開(kāi)挖鋪復(fù)合膜防滲；樁號(hào)4+350～6+100壩段因防滲墻較深，地下水位較高，采用深層攪拌水泥土、鋸槽成孔澆筑塑性混凝土、抓斗成孔澆筑塑性混凝土等施工工藝，墻厚30cm。采用復(fù)合土工膜防滲墻壩基總長(zhǎng)度為5900m(占77.1%)；采用水泥土防滲墻壩基總長(zhǎng)度為487m(占6.4%)；采用塑性混凝土防滲墻壩基總長(zhǎng)度為1263m(占16.5%)。

4.3 壩基滲漏與評(píng)價(jià)

水庫(kù)西副壩、主壩段、東副壩均按照設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖至相應(yīng)建基面，建基面均符合相關(guān)規(guī)范要求。采用上述防滲措施完成后，對(duì)壩基防滲也起到了一定的效果，但水庫(kù)投入運(yùn)行就開(kāi)始出現(xiàn)壩后滲水、漏水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在庫(kù)水位下(910.60m)，壩后出現(xiàn)明顯滲漏范圍(壩后集水)的樁號(hào)為3+300～3+400段及3+900～7+000段。其他部位均有不同程度的滲水現(xiàn)象。同時(shí)主壩段采用攪拌樁與塑性混凝土墻防滲的部分，在滲流作用及硫酸鹽侵蝕下，初步分析墻體也有產(chǎn)生破壞的可能，該段采用攪拌樁與塑性混凝土墻防滲效果不理想[20-21]。其各壩段壩基具體防滲方案及效果評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

依據(jù)后期開(kāi)展的大口徑機(jī)井(孔徑377～420mm)抽水試驗(yàn)、野外鐵環(huán)注水試驗(yàn)以及鉆孔壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)成果，經(jīng)分析在現(xiàn)有防滲條件下，以庫(kù)水位910.5m計(jì)算，總滲漏損失量1023.22萬(wàn)m3/年?？紤]蒸發(fā)因素，以庫(kù)水位913.6m計(jì)算，總滲漏損失量1319.38萬(wàn)m3/年。

其中大壩樁號(hào)3+900～7+000(主壩段)壩基滲漏嚴(yán)重，高庫(kù)水位情況下游壩腳排水溝處滲水嚴(yán)重；下游壩腳排水溝后洼地土地存在浸沒(méi)和鹽漬化現(xiàn)象。滲流監(jiān)測(cè)資料分析結(jié)果表明，處于主壩主要滲漏壩段的4+075、4+575、5+175、5+675斷面滲壓水位與庫(kù)水位相關(guān)性較好，壩基滲漏量較大。滲流有限元分析計(jì)算結(jié)果表明，在正常蓄水位工況下，主壩5+200、5+700斷面下游壩坡將會(huì)出現(xiàn)滲流出逸現(xiàn)象且滲透穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求。

綜合分析，大壩壩基滲漏嚴(yán)重程度可能受壩基防滲系統(tǒng)未深入到基礎(chǔ)相對(duì)不透水層上、主壩壩基防滲墻存在局部小范圍防滲薄弱部位、含侵蝕性硫酸鹽地下水腐蝕作用以及影響防滲復(fù)合土工膜防滲效果的局部施工薄弱環(huán)節(jié)等因素有關(guān)。下游壩腳排水溝的抽排水設(shè)施排水能力不足，造成壩后排水溝積水嚴(yán)重，也影響了大壩滲流性狀。

4.4 壩基防滲處理方案研究

針對(duì)水庫(kù)運(yùn)行后存在的滲漏問(wèn)題，開(kāi)展了安全鑒定、專題研究等工作，2019—2020年開(kāi)展了除險(xiǎn)加固處理，2021年進(jìn)入試運(yùn)行觀測(cè)期。

4.4.1壩基防滲處理方案選擇

原壩基防滲型式主要是垂直鋪塑、攪拌樁及塑性混凝土防滲墻，壩基防滲處理范圍劃分為西副壩、主壩、東副壩。從滲漏范圍分析，主要集中在西副壩、主壩段；從滲漏段分析，壩下呈現(xiàn)多點(diǎn)分散狀態(tài)；從補(bǔ)充勘察資料分析，主壩段防滲深度普遍偏淺，垂直防滲墻(鋪塑、水泥土、塑性墻)均未能完全與壩基深層隔水層形成有效連接，存在大范圍滲漏通道；從防滲型式分析，采用水平鋪蓋難以解決防滲問(wèn)題，施工難度也很大，垂直防滲仍然是不二選擇，與原設(shè)計(jì)垂直防滲材料和工藝相比，需要重點(diǎn)研究垂直防滲的設(shè)計(jì)型式、施工工藝、成墻質(zhì)量、投資對(duì)比等因素。目前垂直防滲加固技術(shù)主要有：混凝土防滲墻(或塑性防滲墻)、帷幕灌漿、深層攪拌防滲板墻、銑削深層攪拌(CSM工法)防滲墻等，根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)平原水庫(kù)壩基處理的主流型式，提出水泥帷幕灌漿、液壓雙絞銑削水泥土的兩種對(duì)比型式，并考慮通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)予以確定最終方案[22-23]。

4.4.2帷幕灌漿與水泥土防滲墻試驗(yàn)

帷幕灌漿方案：底部深入5Lu基巖線，一排，孔距為1.5m。試驗(yàn)區(qū)布置在主壩軸線上游側(cè)40m處，軸線長(zhǎng)36m，分上下游兩排，主帷幕孔距1.5m，副帷幕孔距1.5m，主、副帷幕孔間距1.5m，并布置了壓水試驗(yàn)孔和植物膠取芯孔。

水泥土防滲墻方案：地基多為風(fēng)化巖，成墻方式選擇往復(fù)式雙孔全套打復(fù)攪式施工。普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度為42.5R，注漿水灰比1∶1。試驗(yàn)段防滲墻厚0.7m，幅長(zhǎng)2.8m，搭接0.2m，成墻垂直度偏差不大于1/300，要求防滲滲墻28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s，滲透破壞比降不小于60?？紤]到希尼爾壩基中有泥巖分布，破碎后將混摻到膠凝材料中，影響水泥土防滲墻的性能。本次試驗(yàn)選取13%、15%和18%三種水泥摻量成墻試驗(yàn)。試驗(yàn)表明在水泥摻量為15%的情況下墻體滲透系數(shù)均小于1×10-5cm/s；20～25d抗壓強(qiáng)度指標(biāo)均大于28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

4.4.3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果對(duì)比分析

兩方案試驗(yàn)效果對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 帷幕灌漿與水泥土防滲墻試驗(yàn)效果對(duì)比

帷幕灌漿方案：灌漿過(guò)程中普遍存在“吃水不吃漿”現(xiàn)象，即壓水試驗(yàn)巖層透水率很大，但灌漿量很小。主帷幕單位注灰量為43.11～385.43kg。其中單位注灰量在50～100kg的灌漿段為40.6%，單位注灰量小于50kg的灌漿段為40.6%；副帷幕單位注灰量為22.69～769.54kg。其中單位注灰量在50～100kg的灌漿段為17.9%，單位注灰量小于50kg的灌漿段為47%。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)及取樣巖芯分析，試驗(yàn)段巖層透水率灌漿前后變化不大，巖芯內(nèi)水泥漿液量分布較少，部分巖芯無(wú)水泥漿液擴(kuò)散痕跡，灌漿影響范圍較小，兩檢查孔的透水率遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)5Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)，帷幕灌漿在該試驗(yàn)區(qū)灌漿效果不明顯[24]。

液壓銑削攪拌水泥土方案：液壓銑削攪拌鉆及施工工藝適合本工程地層；在抗壓強(qiáng)度均合格的情況下，防滲墻水泥摻量按15%考慮；墻體上部8m以上巖芯完整率、水泥土均勻性均較好，但8m以下巖芯完整性、水泥土均勻性稍差，具體施工時(shí)，注漿提升至8m位置時(shí)，向下注漿復(fù)攪至墻底后，延續(xù)30s左右對(duì)墻底至8m范圍，復(fù)攪提升一次，8m以上墻體注漿提升一次即可。

4.4.4壩基防滲處理效果分析

假設(shè)本次液壓雙絞銑削水泥土防滲效果正常，按大壩總長(zhǎng)7650m，正常水位運(yùn)行360d，水庫(kù)一年的滲流總量為：Q年=307.78萬(wàn)m3/a，占總庫(kù)容(9800萬(wàn)m3)的3.1%，加固后水庫(kù)滲漏量小。正常蓄水位下，計(jì)算各斷面下游壩坡溢出點(diǎn)滲透比降均小于允許滲透比降。按同樣方法分析，加固前水庫(kù)年滲漏量為1231.74萬(wàn)m3/a，與原水庫(kù)建成以后分析的滲漏量1023.22萬(wàn)m3/a也基本接近。

4.5 實(shí)施后效果分析評(píng)價(jià)

原設(shè)計(jì)壩后是簡(jiǎn)易的量水堰，由于滲水較大已無(wú)法滿足量測(cè)要求，本次除險(xiǎn)加固將壩后兩條排水渠進(jìn)行集中規(guī)整，并均增設(shè)巴歇爾槽，可以較好反映壩后滲水情況。2021年9月15日除險(xiǎn)加固后初次蓄水，除險(xiǎn)前后典型壩段壩體過(guò)程線如圖1(a)所示，壩基滲壓水位平均降幅見(jiàn)表5，壩基壩體滲壓明顯降低。截至2022年9月15日，庫(kù)水位904.7～910.21m，壩后1號(hào)、2號(hào)排水渠滲流量變化過(guò)程如圖1(b)所示，變幅分別為0～0.010m3/s、0.007～0.046m3/s，年總滲流量分別約為2.7萬(wàn)、79.7萬(wàn)m3/a(若以日最大滲流量計(jì)算，年總滲流量分別為31.5萬(wàn)、145.1萬(wàn)m3/a)。

圖1 壩后滲流量及典型壩段滲壓過(guò)程線

表5 除險(xiǎn)加固前后典型壩段壩基滲壓統(tǒng)計(jì) 單位：m

(1)

(2)

假定當(dāng)前庫(kù)水位908.77m直接蓄至912m，則1號(hào)及2號(hào)測(cè)點(diǎn)滲流量分別為0.030354、0.057819m3/s；在全年912m高水位運(yùn)行的情況下，預(yù)測(cè)壩后總滲流量為278萬(wàn)m3/a。

根據(jù)上述分析，當(dāng)前實(shí)測(cè)滲流量及預(yù)測(cè)高水位912m工況下下壩后滲流量均低于理論計(jì)算值。壩體壩基及壩后滲壓滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可反應(yīng)出當(dāng)前防滲效果總體較好，除險(xiǎn)加固后防滲起到較好效果。

5 結(jié)論

(1)平原水庫(kù)壩基防滲處理不好，導(dǎo)致壩后滲漏引起鹽漬化，輕則影響水庫(kù)效益發(fā)揮，重則導(dǎo)致大壩失穩(wěn)潰決。早期建設(shè)超過(guò)50年壽命的水庫(kù)數(shù)量較多，多輪除險(xiǎn)加固主要采取庫(kù)盤防滲、壩體防護(hù)、壩頂拓寬、增設(shè)巡視道路、增加壩后壓重等措施，但壩基難以全面檢查，粉土、沙土壩基仍然存在各種隱患，尤其是地震可能引起的液化問(wèn)題，需要定期進(jìn)行“體檢”。

(2)垂直防滲、水平防滲是平原水庫(kù)壩基常見(jiàn)的防滲型式，勘察設(shè)計(jì)階段應(yīng)因地制宜提出不同的處理措施。液壓雙絞銑削水泥土因造價(jià)相對(duì)較低，施工工藝簡(jiǎn)單，已在多個(gè)工程上應(yīng)用，取得較好的防滲效果。地下連續(xù)墻接頭是封閉的關(guān)鍵，而施工過(guò)程的管控是防滲能否成功的保證。希尼爾水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固后經(jīng)對(duì)比分析，壩后實(shí)測(cè)滲流量及預(yù)測(cè)高水位912m工況下下壩后滲流量均低于理論計(jì)算值。壩體壩基及壩后滲壓滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可反應(yīng)出當(dāng)前防滲效果總體較好，除險(xiǎn)加固后防滲起到較好效果。

(3)部分平原水庫(kù)淤積較為嚴(yán)重，廢棄較為可惜；恢復(fù)有效庫(kù)容，采用清淤也存在淤積物資源化利用難題、施工技術(shù)難題；采用山區(qū)水庫(kù)替代平原水庫(kù)部分調(diào)蓄功能則需要通過(guò)長(zhǎng)距離引水工程將水引至灌區(qū)，涉及大量的資金投入，絕非一朝一夕能夠完成。盡管平原水庫(kù)蒸發(fā)損失大，但在目前灌溉保障上是不可或缺的。加強(qiáng)壩體壩基滲流監(jiān)測(cè)，確保已建、在建平原水庫(kù)安全運(yùn)行方能保障灌區(qū)供水。氣候變化條件下，增加綠洲“盛水的盆”也需要認(rèn)真謀劃。