□李彥博
(鄭州市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院)
云蒙山水庫庫區(qū)防滲工程設(shè)計(jì)
□李彥博
(鄭州市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院)
云蒙山水庫作為引水入密工程的調(diào)蓄水庫,工程地質(zhì)條件復(fù)雜,水庫庫區(qū)存在突出的巖溶滲漏問題。巖溶主要發(fā)育在崮山組、張夏組厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r中,巖溶形態(tài)以巖溶裂隙為主,其次為溶孔、溶洞。水庫滲漏類型為溶隙分散滲漏和管道混合型滲漏。本次防滲設(shè)計(jì)經(jīng)方案比選后采用膨潤土防水毯結(jié)合粘土防滲措施,處理范圍為水位288.70 m(正常蓄水位288.20 m+ 0.50 m超高)以下庫區(qū)底部及邊坡整體進(jìn)行防滲,并與大壩壩坡粘土斜墻相連,形成一個(gè)整體的“盆型”防滲體系。
水庫;庫區(qū)防滲;設(shè)計(jì)
新密市引水入密工程是從尖崗水庫通過敷設(shè)管道方式向新密市供水,是新密市委市政府為確保新密市用水安全,推動(dòng)社會科學(xué)發(fā)展的惠民工程。工程共分為四部分:取水工程、輸水工程、水廠工程和供水工程。于2014年底開始前期工作,2015年7月開始施工。根據(jù)工程總體規(guī)劃,云蒙山水庫作為引水入密工程的調(diào)蓄水庫。
云蒙山水庫位于新密市東北約6 km來集鎮(zhèn)的云蒙山西溝,屬淮河流域沙潁河水系雙洎河支流,水庫控制流域面積13.50 km2,總庫容401.60萬m3,是一座以防洪為主,兼顧灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的小(1)型水庫。2013年3月水庫完成除險(xiǎn)加固工程。除險(xiǎn)加固后云蒙山水庫壩頂高程為292.80 m,最大壩高35.50 m,壩頂寬度為6 m,泥結(jié)碎石路面,壩頂上游迎水側(cè)設(shè)漿砌石防浪墻,凈高1 m。大壩采用粘土斜墻結(jié)合高噴灌漿防滲。
由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜,河南省水利廳在《關(guān)于對鄭州新密市云蒙山水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的審批》中提出:該水庫庫區(qū)和壩址存在嚴(yán)重滲漏問題,除險(xiǎn)加固工程對于庫區(qū)庫盆滲漏問題暫不處理,地方政府應(yīng)同步實(shí)施庫區(qū)治漏工程,以發(fā)揮水庫興利作用。
新密市引水入密工程將云蒙山水庫作為調(diào)蓄水庫,其防滲工程對水庫調(diào)蓄作用的發(fā)揮意義重大。
2.1 工程等別及建筑物級別
依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)的規(guī)定,由于本工程是新密市引水入密工程的一部分,工程等別應(yīng)與新密市引水入密工程一致。新密市引水入密應(yīng)急水源工程屬Ⅳ等工程,因此本工程也屬Ⅳ等工程,主要建筑物級別為4級,次要建筑物級別為5級。
2.2 庫區(qū)防滲設(shè)計(jì)
根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,水庫庫區(qū)存在突出的巖溶滲漏問題。巖溶主要發(fā)育在崮山組、張夏組厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r中,順層面或裂隙面最為發(fā)育,且在溝谷兩岸及河床底部較為常見,在庫區(qū)主要分布在樁號A0+570~A0+000(壩址)、B0+300~B0+000之間,與庫底覆蓋層滲水塌陷坑分布范圍基本一致。巖溶形態(tài)以巖溶裂隙為主,其次為溶孔、溶洞。水庫滲漏類型為溶隙分散滲漏和管道混合型滲漏。庫底基巖面起伏不大,未發(fā)現(xiàn)大型溶洞、落水洞、地下暗河,巖溶發(fā)育程度中等。淺部巖溶充填物多,深部充填物少:充填物呈全充填一半充填一無充填。漏水塌陷坑數(shù)量較多,但規(guī)模小,呈分散型(非串珠狀線性分布),成因?yàn)榱魍?、接觸沖刷滲透變形破壞形成的。
目前常用的全封閉型防滲體系有粘土鋪蓋、混凝土防滲面板、膨潤土防水毯防滲、復(fù)合土工膜防滲等。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況,選取粘土鋪蓋水平防滲、混凝土面板防滲、膨潤土防水毯防滲、復(fù)合土工膜防滲、膨潤土防水毯結(jié)合粘土防滲五種防滲方案進(jìn)行比較。
工程如采用單一防滲措施,如粘土鋪蓋防滲,由于需要粘土土料較多,且土料要求嚴(yán)格,需尋找專門的土料場,根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,土料場距離工程區(qū)為8.50 km及19 km,運(yùn)距較多,且需要征地,難度較大,填筑壓實(shí)要求較高,工期較長,且根據(jù)規(guī)范要求,對防滲要求較高的工程應(yīng)慎重選用,考慮到本工程為遠(yuǎn)距離調(diào)水,水資源較寶貴,對工程不太適合;如采用混凝土面板防滲,由于本工程邊坡部分為回填邊坡,回填邊坡存在不均勻沉降現(xiàn)象,澆筑混凝土板時(shí)易產(chǎn)生裂縫,且混凝土板間縫也較多,存在滲漏隱患較多,一旦產(chǎn)生漏水現(xiàn)象,較難處理,且混凝土澆筑量大,澆筑混凝土?xí)r需支設(shè)模板,表層需配鋼筋,施工速度較慢,工期較長,投資較高,對本工程也不太適合。如采用單一復(fù)合土工膜防滲,復(fù)合土工膜之間采用焊接,土工材料本身及焊縫不可避免的存在質(zhì)量缺陷問題,仍會產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象;膨潤土防水毯具有自愈功能,適用于地基變形較大,投資比復(fù)合土工膜要高,但由于本工程地質(zhì)條件復(fù)雜,采用單一防滲措施防滲效果無法保證。
由于云蒙山水庫庫區(qū)存在灰?guī)r及巖溶現(xiàn)象,對于灰?guī)r巖溶地區(qū)水庫的防滲處理,一直是水利工程的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。例如輝縣的百間寺水庫,庫區(qū)也存在灰?guī)r巖溶現(xiàn)象,整個(gè)庫區(qū)采用盆型防滲體系。采用粘土、復(fù)合土工膜、混凝土面板綜合防滲措施。2014年蓄水后在庫岸和左岸出現(xiàn)10余處滲透破壞的塌陷坑,庫水漏失嚴(yán)重;又采取措施處理后才取得較好的防滲效果。防滲工程總投資1億多元。
工程地質(zhì)條件基本與百間寺水庫相同,也建議采取多種防滲措施解決滲漏問題。由于粘土鋪蓋及混凝土面板防滲對本工程不太適合,建議采用以復(fù)合土工膜或膨潤土防水毯防滲為主,并結(jié)合粘土防滲措施。復(fù)合土工膜及膨潤土防水毯均適合本工程。但考慮到復(fù)合土工膜接縫采用焊縫,對施工要求較高,且存在焊接質(zhì)量較難保證問題;膨潤土防水毯采用搭接,且對地形適應(yīng)較強(qiáng),同時(shí)膨潤土防水毯具有一定的自愈功能。建議采用膨潤土防水毯結(jié)合粘土防滲。
以上幾種方案的主要工程量及投資見表1。
以上可以看出,粘土鋪蓋由于土方量大,需要專門的土料場,土方運(yùn)距較遠(yuǎn),工程投資較多;混凝土防滲面板混凝土量較多,工程投資最高,且施工工期較長;膨潤土結(jié)合粘土防滲總投資與復(fù)合土工膜、膨潤土防水毯相差不大。
表1 防滲方案工程量及投資比較表
綜上所述,考慮到工程地質(zhì)條件復(fù)雜,比選后采用膨潤土防水毯結(jié)合粘土防滲措施。
水庫正常蓄水位為288.20 m,本次庫區(qū)防滲處理范圍為水位288.70 m(正常蓄水位288.20 m+0.50 m超高)以下庫區(qū)底部及邊坡整體進(jìn)行防滲,并與大壩壩坡粘土斜墻相連,形成一個(gè)整體的“盆型”防滲體系。
設(shè)計(jì)先清除庫區(qū)樹木、樹根等,清除后對庫底表層進(jìn)行壓實(shí)平整處理,處理后庫底上鋪設(shè)1 m厚粘土鋪蓋,既可以起到一定的防滲作用,也可以防止下部對膨潤土防水毯破壞。粘土鋪蓋要求采用粘性土,土料要求采用粘粒含量在15%~40%、塑性指數(shù)7~20、有機(jī)質(zhì)含量<2%、水溶鹽含量<3%的粘性土,填土的含水量應(yīng)按最優(yōu)含水量控制,允許偏差為±3%。壓實(shí)度要求≥0.96,碾壓后滲透系數(shù)≤1×10-5cm/s。同時(shí),考慮到上部對膨潤土防水毯的防護(hù),鋪設(shè)完成后,在上部鋪設(shè)1.00 m厚粘土保護(hù)層(庫區(qū)開挖土料)。
對土質(zhì)邊坡及巖質(zhì)邊坡庫岸進(jìn)行削坡或培坡處理,在高程276.00 m、282.00 m處分別設(shè)置2 m寬馬道,考慮到下部經(jīng)常蓄水,高程276.00 m馬道以下坡度為1∶4,高程276.00 m馬道以上坡度為1∶3。對于巖質(zhì)邊坡,要求膨潤土防水毯下鋪設(shè)≥1.00 m厚粘土層,以避免防水毯被刺破。處理完成后上鋪設(shè)膨潤土防水毯,鋪設(shè)完成后在上部鋪設(shè)1.00 m厚粘土保護(hù)層(庫區(qū)開挖土料)。
庫區(qū)防滲體系與原壩坡粘土斜墻及岸坡連接,庫區(qū)末端與庫底防滲相連。
由于云蒙山水庫庫區(qū)存在灰?guī)r及巖溶問題,在目前的技術(shù)條件下,采用膨潤土防水毯及粘土復(fù)合防滲是較優(yōu)方案。但施工時(shí)仍需要保證施工質(zhì)量,如嚴(yán)格控制粘土土料質(zhì)量及壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)、保證膨潤土防水毯材料的質(zhì)量、施工時(shí)避免對膨潤土防水毯造成破壞、對于膨潤土防水毯的搭接應(yīng)嚴(yán)格控制,防止產(chǎn)生缺陷等,才能達(dá)到防滲處理效果。
對于灰?guī)r巖溶水庫的處理,一直是水利工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題,國內(nèi)處理類似的工程經(jīng)驗(yàn)不多。建議前期蓄水高度不要太高,蓄水至一定深度后,穩(wěn)定一段時(shí)間,對庫區(qū)進(jìn)行觀測,看是否有異?,F(xiàn)象,如沒有,可以加大蓄水深度,穩(wěn)定一段時(shí)間后再觀測,逐漸提高蓄水深度。如有異?,F(xiàn)象,分析查明原因并處理后再進(jìn)行蓄水。同時(shí),水庫蓄水后,應(yīng)加強(qiáng)對水庫岸坡穩(wěn)定、水庫蓄水情況、水庫周邊情況進(jìn)行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)上報(bào)處理。云蒙山水庫作為新密市引水工程的調(diào)蓄水庫,水庫蓄水前應(yīng)制定蓄水方案,逐步抬高蓄水高度,同時(shí)建議新密市根據(jù)用水需要確定合理的蓄水高程,降低水庫蓄水高度。
TV139.1
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1673-8853(2017)07-0054-02
2017-05-09
編輯:劉長垠韋詩佳
李彥博(1982-),男,工程師,主要從事水利工程的設(shè)計(jì)工作。