油車水庫工程防滲方案優(yōu)化設(shè)計

陸雍容，李 劍，劉 勇

（上?？睖y設(shè)計研究院，上海 200434）

油車水庫工程防滲方案優(yōu)化設(shè)計

陸雍容，李 劍，劉 勇

（上?？睖y設(shè)計研究院，上海 200434）

油車水庫工程地處蘇南丘陵地區(qū)，防滲地基處理工程量在同類工程中較為罕見，尤其是深厚覆蓋層下的巖溶處理，國內(nèi)外可借鑒的經(jīng)驗較少，在設(shè)計、施工過程中參建各方不斷探索、試驗并邀請知名專家指導(dǎo)、釋疑，并不斷優(yōu)化各項設(shè)計參數(shù)，并最終得以順利實施，目前水庫已正常蓄水，并運行良好，效益逐步發(fā)揮。

油車水庫；防滲方案；深厚覆蓋層下巖溶；優(yōu)化設(shè)計

1 工程概況

油車水庫工程建于江蘇省宜興市南部山區(qū)湖滏鎮(zhèn)，壩址位于洑西澗中游，距下游湖滏鎮(zhèn)和丁蜀鎮(zhèn)分別為 4km 和 8km，工程的任務(wù)是防洪和城鎮(zhèn)生活供水。水庫總庫容為 3324 萬 m3，屬Ⅲ等中型水庫工程。水庫的正常蓄水位為 38.3m，相應(yīng)庫容為 1945 萬 m3。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為 100 年一遇，相應(yīng)庫水位 42.42m，相應(yīng)庫容 3075 萬 m3；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 2000 年一遇，相應(yīng)庫水位 43.20m，相應(yīng)庫容 3324 萬 m3；水庫死水位 24.54m ，相應(yīng)庫容 100 萬 m3。

樞紐建筑物主要有攔河壩、溢洪道和引水放空建筑物。攔河壩分為主壩和副壩，主壩南壩段為粘土心墻壩，長 1382.6m ，最大壩高 28.60m，主壩北壩段為粘土均質(zhì)壩，長 171.40m，最大壩高6.10m；副壩為粘土均質(zhì)壩，長 37.5m，最大壩高4.5m； 溢洪道布置 3 孔，每孔凈寬 4.0m，采用WES 溢流堰，堰頂高程 36.50m；引水放空管為鋼管結(jié)構(gòu)，管身埋置于基巖中，管道外側(cè)采用混凝土保護，管長 166m，內(nèi)徑 1.8m，塔式進水口采用分層取水型式。

2 地質(zhì)概況

該區(qū)處在蘇浙皖邊界山脈北側(cè)，出露地層有：志留系上統(tǒng)、泥盆系上統(tǒng)、石炭系（C）下統(tǒng)、二疊系下統(tǒng)、二疊系上統(tǒng)、三疊系下統(tǒng)、第四系等。

工程區(qū)內(nèi)無活動性斷裂分布，據(jù) GB18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》該工程區(qū)地震動峰值加速度為 0.05g，相對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

壩址區(qū)位于軸向北東的湖滏向斜的南東翼，庫區(qū)左右岸山體雄厚，透水微弱，封隔條件較好，庫水無向鄰谷滲漏的可能。庫岸周邊均無滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象分布。庫岸不存在浸沒問題。

右岸壩基基巖為泥巖和粉砂巖，河床段為薄層灰?guī)r，左岸以厚層灰?guī)r為主?；鶐r覆蓋層右岸較薄（1～2.5m）、左岸較厚（18～25m），河床段覆蓋砂卵礫石層厚 7～10m；基巖強風(fēng)化層厚度是左岸?。〝?shù)十厘米）、右岸厚（5～8m）。壩基巖體強度能滿足設(shè)計要求?；鶐r穩(wěn)定條件較好。

壩址主要地質(zhì)問題為巖溶滲漏。壩址右岸為非巖溶地層。河床及I級階地下伏基巖為薄層灰?guī)r，屬輕微發(fā)育巖溶區(qū)，巖溶發(fā)育下限至高程-5 m。壩址左岸為弱巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶以溶隙發(fā)育為主，巖溶發(fā)育下限至高程-10～-15m。

水庫左岸遠岸側(cè)和近岸側(cè)分別為強巖溶發(fā)育區(qū)和弱巖溶發(fā)育區(qū)，強巖溶發(fā)育區(qū)存在地下水低凹帶，溶洞暗河發(fā)育；弱巖溶發(fā)育區(qū)地下水位低于水庫正常蓄水位，因此，水庫左岸存在庫水向地下水低凹帶滲漏的條件。

3 水庫原防滲設(shè)計方案

該工程水庫防滲主要考慮攔河大壩壩身及壩基防滲、庫區(qū)左岸巖溶區(qū)防滲問題。

3.1 大壩壩身及壩基防滲

攔河大壩采用當(dāng)?shù)夭牧蠅危鲏文蠅味尾捎谜惩列膲Ψ罎B，主壩北壩段及副壩采用粘土均質(zhì)壩防滲。根據(jù)主壩壩基地質(zhì)條件及巖溶發(fā)育情況，壩基防滲分別采用如下型式：

1）主壩 0+072.81m—主壩 0+400.00m、主壩0+680.00m—主壩 1+400.00m 段壩基覆蓋 層采用混凝土防滲墻，基巖采用帷幕灌漿方式進行防滲，混凝土防滲墻厚 0.6m，墻體上部插入壩身防滲體內(nèi)，下部進入基巖不少于 0.5m；

2）主壩 0+400.00m—主壩 0+680.00m、主壩1+400.00m—主壩 1+554.00m 段采用粘土 截水槽，截水槽開挖至基巖并設(shè)置寬 4.0m、厚 0.8m的 C20 混凝土蓋板 （岸坡位置同時設(shè)置 C20 混凝土岸墻），基巖采用帷幕灌漿方式防滲。

左岸在主壩 0+072.81m 處與庫區(qū)左岸防滲連接閉合，該工程主壩基巖帷幕灌漿以透水率 q≤0.05L/(min·m·m） 下限線為相對不透水層控制線。根據(jù)壩基地層情況帷幕灌漿底高程線分成3個區(qū)域：

1）右岸小黃山斜坡段為非巖溶地層，以伸入相對不透水層線以下不小于5m作為防滲帷幕底線；

2）中間河床及 I級階地下伏基巖為薄層灰?guī)r，為輕微發(fā)育巖溶區(qū)，溶槽及溶隙主要分布在高程-5m 以上，基巖侵蝕面有高低起伏，因此防滲帷幕底線定為高程-10m；

3）左岸為微至弱巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶以溶隙發(fā)育為主，防滲帷幕底線伸入溶隙發(fā)育下限不小于 5 m，即從河床進入左岸溢洪道處高程為-15m，主壩北壩段至左壩肩為-23m 高程。

副壩基礎(chǔ)及庫區(qū)右岸主副壩連接段為非巖溶地層，基礎(chǔ)防滲采用灌漿帷幕。防滲帷幕沿軸線，單排，孔距 2.0m，遇斷層、破碎帶、裂隙密集帶適當(dāng)加密。以伸入透水率 q≤0.05L/(min·m·m）下限線以下5m作為防滲帷幕底線。

3.2 庫區(qū)左岸防滲

庫區(qū)左岸壩肩外側(cè)為強巖溶發(fā)育區(qū)，根據(jù)該地區(qū)地形地質(zhì)條件及為對現(xiàn)有庫區(qū)左岸靈谷洞景區(qū)的保護并考慮防滲效果，采用地形高程 40m 為基準(zhǔn)的防滲線路。防滲線路總長 2394m。

由于線路沿線覆蓋層厚度較大，并且其上部屬透水性很強的第四系砂卵礫石或碎石土，采用高壓擺噴防滲墻，防滲墻頂為 39.00m，孔距 1.6 m，墻底深入基巖 0.5m，墻厚 0.2～0.4m，對于存在強透水的夾碎石土的地層采用雙排高壓擺噴進行加強。

基巖采用帷幕灌漿防滲型式。防滲帷幕一般設(shè)單排，孔距 2.0m，遇斷層，溶洞處加密加深。根據(jù)地勘資料，巖溶發(fā)育下限在-18～-23m 高程，帷幕底線以伸入溶隙發(fā)育下限不小于 5m 控制，因此防滲帷幕底線定在-23～-28m 高程。

4 施工地質(zhì)及物探檢測地質(zhì)條件情況

由于該工程地處巖溶區(qū)域，為進一步查清地質(zhì)情況，對主壩壩基及庫區(qū)左岸防滲處理作更加深入的施工指導(dǎo)，在基巖帷幕灌漿施工前每 24m設(shè)置一個先導(dǎo)孔，巖溶發(fā)育區(qū)采用電磁波CT掃描技術(shù)對基巖進行物探檢測。

通過對先導(dǎo)孔的鉆芯取樣、壓水試驗、物探檢測及部分開挖等成果分析進一步揭示地質(zhì)特性。

1）防滲線路上覆蓋層主要為粉質(zhì)粘土夾碎塊石、紅色粘土、粉質(zhì)粘土、碎塊石夾粉質(zhì)粘土、砂卵石等，物質(zhì)組成及分布極不均一，且夾有較多大孤石，滲透系數(shù)差異性極大，地層的分布極不完整，厚度不穩(wěn)定，總體表現(xiàn)為透鏡體狀和不均一性特征。

2）覆蓋層與基巖接觸部位巖溶發(fā)育明顯，基巖頂面呈筍狀，覆蓋層與基巖無明顯的分層界限，相互交錯。溶蝕深度一般不大，但范圍較廣，巖溶發(fā)育總體呈水平走向。

3）覆蓋層與基巖接觸部位溶溝、溶槽內(nèi)充填物較多，充填物質(zhì)地松軟，密實程度差，且充填不充分，存在明顯的滲漏通道。

4）先導(dǎo)孔電磁波物探檢測也表明基巖頂板至以下 10m 深度范圍是巖溶的主要發(fā)育區(qū)間；以下深部基巖主要以溶蝕區(qū)為主，局部因地質(zhì)構(gòu)造作用及地下水侵蝕形成數(shù)量不多的具有較大范圍的有充填溶洞或溶槽，充填物主要以密實度較差的松軟物為主。

5 防滲方案設(shè)計優(yōu)化

5.1 防滲方案及防滲處理范圍與深度

5.1.1 大壩壩身及壩基防滲

大壩壩基防滲沿用原帷幕灌漿防滲設(shè)計方案，壩基巖溶發(fā)育整體呈左岸向右岸減弱并逐漸消失，基巖上部向下部逐漸減弱并消失的規(guī)律。根據(jù)施工地質(zhì)、先導(dǎo)孔鉆孔取芯、壓水試驗及物探檢測等成果分析，左岸基巖在深部雖已明顯減弱但溶蝕現(xiàn)象仍存在，局部因地質(zhì)構(gòu)造存在溶溝、溶槽。設(shè)計針對進一步了解的地質(zhì)情況對基巖灌漿進行了優(yōu)化，在設(shè)計優(yōu)化時，對左岸壩段的主帷幕深度根據(jù)先導(dǎo)孔揭示存在溶蝕現(xiàn)象部位作了加深，但對庫內(nèi)側(cè)排副帷幕的深度根據(jù)巖溶發(fā)育自上而下逐漸減弱的規(guī)律作了減少，由-23.00m 高程抬高至-13m 高程，既對基巖頂部巖溶發(fā)育區(qū)作了補強，又減少了對深部巖溶弱發(fā)育區(qū)的重復(fù)處理，使帷幕灌漿更加具有針對性。

5.1.2 庫區(qū)左岸防滲

庫區(qū)左岸防滲方式總體遵循上墻下幕的方式，即上部覆蓋層采用防滲墻防滲，下部基巖采用帷幕灌漿進行防滲。

對于上部覆蓋層防滲，原設(shè)計采用高壓擺噴防滲墻，并在現(xiàn)場對不同孔距分別進行了成墻試驗，由于開挖檢查深度有限，僅對淺層成墻情況進行了檢查分析。鑒于覆蓋層土層分部的不均，部分地層搭接良好，但部分較堅硬的卵礫石地層搭接較差，而該卵礫石地層滲透系數(shù)較大，且在覆蓋層深部同樣存在該地層，考慮到高壓擺噴防滲墻成墻質(zhì)量上部好于下部，下部搭接效果在一定程度上有所降低，同時考慮到覆蓋層與基巖接觸面的巖溶發(fā)育對墻幕連接可靠性影響，經(jīng)試驗、分析、比較后確定覆蓋層防滲方式由原設(shè)計高壓擺噴防滲墻調(diào)整為混凝土防滲墻，混凝土防滲墻厚 40 cm，強度等級 C10，抗?jié)B等級 W6。

下部基巖采用帷幕灌漿方式，庫區(qū)左岸位于巖溶發(fā)育區(qū)，經(jīng)先導(dǎo)孔鉆孔取芯、壓水試驗，物探檢測等探知后對防滲底高程作了優(yōu)化，對局部巖溶發(fā)育嚴(yán)重的區(qū)域調(diào)整了帷幕排數(shù)，對 W0+884—W0+936，W1+104—W1+152 部位鉆孔時有明顯掉鉆，不回水等現(xiàn)象出現(xiàn)的區(qū)域，采用在帷幕線上下游增設(shè)先導(dǎo)孔，并進行物探試驗，形成立體式測探，掌握該部位巖溶發(fā)育情況，并做了增加帷幕排數(shù)，對巖溶發(fā)育點重點灌漿補強。

5.2 帷幕灌漿壓力及段長設(shè)計

該工程主壩左岸及庫區(qū)左岸位于巖溶發(fā)育區(qū)，而主壩右岸、副壩及主副壩連接段位于右岸輕微巖溶發(fā)育區(qū)域、或非巖溶區(qū)域，因此帷幕灌漿壓力有顯著區(qū)別。

主壩左岸壩段及庫區(qū)左岸巖溶區(qū)基巖帷幕灌漿最大壓力采用 3MPa，灌漿段長由基巖頂面而下前 5 段分別為 2.0，2.0，3.0，5.0，5.0m，以下均為6.0m 至設(shè)計防滲底線；灌漿壓力由上而下與段長對應(yīng)，前七段分別為 0.3～0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，2.5，2.5MPa，以下均為 3.0MPa，灌漿采用孔口封閉灌漿法。

主壩右岸壩段、副壩及主副壩連接段基巖帷幕灌漿采用孔口封閉灌漿法，灌漿段長由基巖頂面而下第一段 2.0m、第二段 6.0m，以下各段均為6.0m 至 設(shè) 計 防 滲 底 線 ； 灌 漿 壓 力 第 一 段 0.3 MPa，第二段 0.4MPa，以下各段每增加一段壓力增加 0.1MPa。

5.3 帷幕灌漿材料

帷幕灌漿材料主要采用純水泥漿液，水泥采用普通硅酸鹽水泥，強度等級為 42.5，部分區(qū)域采用摻砂、粉煤灰或膨潤土的復(fù)合漿液進行灌注。對于非巖溶區(qū)灌漿，水泥漿液主要采用以下5個水灰比 ：5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.5∶1（重量比 ，下同），漿 液由稀至濃逐級變換；對于巖溶區(qū)灌漿根據(jù)壓水試驗透水率、灌漿注入率等相關(guān)參數(shù)確定主要灌漿、堵漏材料。水泥粉煤灰（砂）漿液主要采用比級為水∶水泥∶粉煤灰（砂）=0.65∶1∶0.3，水泥膨潤土漿液主要采用比級為：水∶水泥∶膨潤土=0.5∶1∶0.2，0.5∶1∶0.25 或 0.5∶1∶0.3。

6 結(jié) 語

油車水庫工程地處宜南山區(qū)，屬于無橫截溪流水系和穿越山體的巖溶發(fā)育系統(tǒng)，巖溶發(fā)育方向大致沿山體下部邊緣或順溪流方向呈不連續(xù)的帶狀展布，巖溶主要以溶溝溶槽形式存在，并主要集中在基巖上部臨近土石分界面部位，與我國西南高山區(qū)垂直大尺度溶洞發(fā)育特點有顯著的區(qū)別，同時巖溶上部又存在較厚的覆蓋層，且該覆蓋層組成復(fù)雜，厚度不均，地層分布不完整，滲透差異性大。需要同時對上部覆蓋層及以下基巖進行防滲處理。該工程防滲線路較長，壩軸線位置及庫區(qū)左岸線路總長約 4.2km，防滲基礎(chǔ)處理費用占工程費用的一半以上。

壩基防滲墻主要坐落于砂卵礫石地層，由于地下水位較高、地層流塑性較大，施工過程中塌孔嚴(yán)重，后經(jīng)采取預(yù)填施工平臺，改變護壁泥漿濃度等措施得以順利實施。庫區(qū)左岸覆蓋層防滲墻與基巖帷幕灌漿存在施工先后與場地布置、機械數(shù)量及工程進度之間的多重矛盾，為協(xié)調(diào)施工順序，場地布置，采用了先墻后幕、先幕后墻的不同施工順序。 先墻后幕：采用墻幕同軸線，墻中預(yù)埋灌漿管，再進行墻下帷幕灌漿；先幕后墻：先施工主帷幕，后在帷幕軸線上游側(cè)施工防滲墻，同時在墻內(nèi)埋管，對墻下土巖接觸面進行補強灌漿?；鶐r內(nèi)溶溝、溶槽發(fā)育，水平方向常串通貫連，漿液灌注較多而不起壓、不返漿，對此采用先堵漏后密實的方案，及時改變漿液濃度，改用摻膨潤土、粉煤灰的混合漿液進行灌注。

［1］米有明，陸雍容，等.江蘇省宜興市有車水庫工程初步設(shè)計報告[R].上?？睖y設(shè)計研究院，2009，07.

［2］米有明，陸雍容，等.江蘇省宜興市油車水庫工程左岸覆蓋層防滲方案調(diào)整報告[R].上?？睖y設(shè)計研究院，2011，03.

［3］SL62-94，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

［4］SL174-96，水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范[S].

［5］孫釗.大壩基巖灌漿[M].北京：中國水利水電出版社，2004，03.

TV697.3+2

A

1002－0624（ 2014）06－0004－03

2014-02-27