雙塔水庫壩體防滲體系研究

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211)

雙塔水庫壩體防滲體系研究

劉宗全

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211)

近年來，雙塔水庫滲漏嚴重，本文通過分析壩體滲漏原因，提出了完整封閉防滲體系及處理方案，采取有效工程措施進行除險加固，完成壩體截滲目標。工程實施后，將大大提升水庫安全運行和蓄水能力，社會、生態(tài)效益顯著，可為類似工程提供借鑒。

雙塔水庫；防滲體系；研究

1 工程概況

雙塔水庫始建于1958年，1960年3月建成蓄水。是一座以灌溉為主，兼顧城鄉(xiāng)和生態(tài)用水、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫，設計庫容2.4億m3，100年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核。水庫樞紐主要建筑物有主壩、副壩、輸水洞、正常溢洪道、輸水渠、泄洪渠等。主壩為黏土心墻砂礫石壩，壩長1040m，壩頂寬8m，最大壩高26m。壩頂高程1332.80m，正常蓄水位1330.30m，設計洪水位1330.60m，汛前限制水位1326.20m。水庫承擔著保障下游灌區(qū)46萬畝耕地的灌溉、周邊地區(qū)工業(yè)供水和下游生態(tài)輸水任務。

2 工程存在的問題

雙塔水庫主壩壩址，地處疏勒河中游丘陵基巖侵蝕形成的寬淺河谷上，河谷寬約1.1km，河槽底寬315m，位置在壩軸線樁號0+575～0+890處，河槽內為沖洪積砂卵礫石層，厚度一般為5～6m，最大堆積厚度12.7m。兩岸為低緩的丘陵，左岸地勢相對較高，右岸低緩且埡口地形較多，庫區(qū)無區(qū)域斷裂構造通過，庫盆主要由相對不透水的新近系砂質泥巖夾泥質砂巖及前震旦系片麻狀花崗巖組成，庫區(qū)外圍無低鄰谷存在，兩岸地下水補給河水，水庫不存在永久性滲漏問題。

水庫建成蓄水后，主壩左、右壩肩和主河槽段壩后一直存在滲流現(xiàn)象，因此，水庫采取降低水位的方式運行，限制水位不得超過1329.80m，蓄水位從未達到過正常高水位1330.30m，兩水位間庫容為1300萬m3，嚴重制約了水庫效益的發(fā)揮。

3 原因分析

3.1 滲流分析

水庫1985—2014年實測情況為：1985—1993年實測滲漏量為4L/s左右；1994年在運行水位與以往年份基本相同的情況下，滲流量增大到7.9L/s；1996年以后滲流量呈下降趨勢，2010年后小于2L/s；滲流量變化趨勢為：水庫壩體在主河槽段設置混凝土防滲墻后，在最初運行的幾年時間里，滲流量基本無變化，十年后突然增大，而后逐漸減小(見下表和圖1)。

主壩壩后實測歷年滲流量表

圖1 滲流量隨時間變化曲線

經(jīng)分析水庫滲流量變化過程發(fā)現(xiàn)，與一般土石壩滲流規(guī)律不符(一般土石壩滲流量變化規(guī)律是隨著運行時間的增加，滲流量逐漸減小)。這說明在未修建防滲墻部位的壩體在最初運行的10年間，大壩高于當時淤積面的某個部位滲流量在不斷增大，并且極有可能在1994年后發(fā)生了滲透破壞。后來隨著淤積面的抬升，堵塞了滲流通道，滲流量逐漸減小，滲流才趨于正常。

3.2 壩體地質情況分析

3.2.1 左壩肩地質勘察

主壩左壩肩0+000～0+575壩段壩體經(jīng)現(xiàn)場地質調查，0+000～0+170及0+230～0+300兩壩段在壩后坡腳處均有滲漏，且在0+245、0+400處有比較集中的出水點。為此，分別在壩頂0+124、0+234、0+500實施勘探鉆孔，揭露的壩基巖芯顯示：壩基基巖巖性為前震旦系片麻狀花崗巖，暗灰—灰白色，主要礦物成分為長石、石英，次為黑云母等。鉆孔巖石多為碎塊狀，少數(shù)為柱狀，柱狀巖芯可見傾角大于80°和小于40°的兩組裂隙，壩基巖石表層2～3m基巖強風化層巖石質量指標RQD=20%～30%，巖體破碎。從取出的巖芯可判斷壩基巖石表部強風化層厚度一般為2～3m，局部5～7m。

在3處壩體與壩基接觸面及基巖表部強風化層中進行鉆孔注水試驗，其滲透系數(shù)分別為K=2.0×10-2cm/s、K=8.0×10-3cm/s、K=3.4×10-2cm/s，屬強—中等透水地質。據(jù)基巖面以下鉆孔壓水試驗，壩基巖石表部強風化層巖石透水率一般為5Lu100Lu，屬強透水地質；其下6～12m巖石透水率為5Lu

3.2.2 主河槽段地質勘察情況

1979年9月，為解決壩體滲漏問題，在水庫主河槽段0+575～0+890壩體的壩軸線上游2m位置處設置混凝土防滲墻進行防滲處理，防滲墻全長315m，深入基巖深度0.7～3.1m，墻頂高程1328.00m，厚度為0.8m。

此次勘察分別在壩頂0+640、0+720、0+800、0+880原混凝土防滲墻墻體實施勘探鉆孔，揭露的壩基巖芯顯示：原混凝土防滲墻墻體鉆孔30.5～40.9m，整孔墻體混凝土基本連續(xù)，巖芯呈柱狀、短柱狀，長度10～60cm，混凝土密實情況較好。墻體經(jīng)注水實驗測得，滲透系數(shù)K=1.1×10-6～1.7×10-6cm/s。墻體下部基巖鉆孔20m，巖芯為片麻狀花崗巖，呈短柱狀，顏色為灰白色，巖芯長度2～24cm，無明顯蝕變，據(jù)基巖面以下鉆孔壓水試驗，基巖透水率為q=4.24～173.64Lu，屬強透水地質。

3.2.3 右壩肩地質勘察情況

主壩右壩肩0+890～1+040壩段壩體存在埡口，埡口段壩軸線與主壩軸線夾角約45°，呈V形，長約50m，深約26m，壩頂高程1332.60～1334.60m。在壩頂1+030實施勘探鉆孔，揭露的壩基巖芯顯示：壩基基巖巖性為前震旦系片麻狀花崗巖，巖體表層強風化深度2～3m，巖體破碎，裂隙發(fā)育。據(jù)基巖面以下0.9m所做的鉆孔注水試驗，其滲透系數(shù)為K=1.8×10-2cm/s，屬強透水地質。另據(jù)鉆孔壓水試驗，基巖面以下0.9～6.0m，巖石透水率約為q=3.1Lu，屬弱透水中帶；6m以下巖石透水率q<3Lu，屬弱透水下帶。

3.2.4 勘察成果分析

水庫主壩壩基和壩肩總體工程地質條件較好，不存在壩基深層滑動等地質問題。但因受建設期施工條件等因素限制，主壩壩基和壩肩巖體表部2～3m基巖強風化層未清除，后期雖在主河槽段壩體內加設了混凝土防滲墻，但滲漏存在于壩體與壩基巖石結合面以及壩基表部基巖強風化層中，沿壩體坡腳基巖面呈帶狀分布；右壩肩埡口在庫水位接近基巖強風化層后的高水位運行時，存在沿壩基表層基巖裂隙滲漏。滲流觀測數(shù)據(jù)及分析結果也從側面印證了地質勘查成果。

4 封閉防滲處理措施

4.1 方案概述

鑒于水庫滲流實際情況，為保證水庫安全穩(wěn)定運行，需建立完整封閉的防滲體系，利用有效工程措施達到壩體截滲的目標。

4.1.1 完善主壩壩體防滲系統(tǒng)

在左壩肩0+000～0+575和右壩肩0+890～1+040兩壩段壩體內增設混凝土防滲墻，與原主壩防滲墻相接；加高0+575～0+890壩段原混凝土防滲墻至高程1332.00m，防止高水位蓄水時發(fā)生壩體滲漏。

4.1.2 完善主壩壩基防滲系統(tǒng)

對主壩壩基透水率q>5Lu的基巖進行帷幕灌漿處理。

4.2 工程措施

4.2.1 混凝土防滲墻

4.2.1.1 防滲軸線

現(xiàn)狀主壩樁號0+575～0+890壩段混凝土防滲墻，在壩軸線上游2m，位于上游壩坡上。左壩肩0+000～0+575和右壩肩0+890～1+040兩壩段新建防滲墻布置于壩軸線下游，防滲墻軸線距壩軸線0.65m，新建防滲墻軸線與原防滲墻軸線折線封閉連接(見圖2)。

圖2 新舊防滲墻布置

4.2.1.2 防滲墻底線

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2001)，結合水庫巖性實際情況，利用抓斗清除壩基基巖面強風化層，新建防滲墻基礎深入壩基基巖面弱風化層以下0.5～1.0m。

4.2.1.3 防滲墻厚度

根據(jù)規(guī)范要求混凝土防滲墻最小厚度不小于0.6m，同時墻體中需埋設內徑110mm的壩基帷幕灌漿管，參照國內已建工程常用墻厚及目前施工機械條件，擬定墻厚為0.8m，與原主河槽段防滲墻厚度保持一致，以允許滲透比降法J=H/L進行驗證。式中，J為滲透比降；H為設計水頭差(24.30m)；L為防滲墻厚度(0.80m)。

計算得出J=30.40，符合規(guī)范建議的混凝土防滲墻允許滲透比降控制值。

4.2.1.4 防滲墻技術參數(shù)

防滲墻墻體材料根據(jù)其抗壓強度及彈性模量，分為剛性和柔性兩種。剛性墻體一般抗壓強度大于5MPa，彈性模量大于1000MPa，適應變形能力較差，在土壓力及周圍土體變形的作用下，引起墻體內應力有時比混凝土強度高出很多，致使墻體發(fā)生局部開裂，反而導致抗?jié)B能力降低。柔性墻體彈性模量與周圍土體變形模量相近，抗?jié)B性與剛性墻體相同，且造價較低。目前國內許多工程采用柔性防滲墻體進行防滲取得了成功，根據(jù)水庫壩體及壩基情況，推薦使用柔性防滲墻體材料。

墻體技術參數(shù)：28天試塊抗壓強度小于5MPa；彈性模量小于1000MPa；抗?jié)B等級W8；允許滲透比降[J]<80；滲透系數(shù)K≤1×10-7cm/s。

4.2.2 帷幕灌漿

根據(jù)地質勘察成果，主壩全壩段基巖表部強風化層屬強透水地質，因此，對全壩段基巖進行帷幕灌漿處理，方式為防滲墻下灌漿，灌漿軸線與防滲墻中心線重合。

4.2.2.1 帷幕灌漿技術參數(shù)

帷幕灌漿孔深入相對不透水層、透水率q<5Lu的基巖以下5m，對局部透水性大的部位根據(jù)實際情況加密或加深，在壩基防滲墻中心線位置設置單排灌漿孔，孔距1.5m，按分序加密分3序施工，每20m布置1個先導孔(見圖3)。

圖3 帷幕灌漿孔布置

4.2.2.2 灌漿材料及工藝

灌漿材料采用42.5普通硅酸鹽水泥漿液。水泥漿采用水灰比3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1五個比級，由稀至濃逐漸變換。防滲墻先于帷幕灌漿施工，防滲墻體內埋管內徑110mm，墻下鉆孔孔徑76mm，采用自上而下分段阻塞法灌漿，灌漿壓力擬采取壩前水頭的1.5倍。為保證灌漿質量和防滲效果，施工前應進行灌漿試驗，進一步率定帷幕參數(shù)、灌漿材料、工藝和壓力。

4.2.3 高壓旋噴灌漿

新建防滲墻與原防滲墻連接部采取高壓旋噴灌漿措施進行處理，在原防滲墻軸線下游側設一排直徑80cm的旋噴防滲墻，平行于原防滲墻軸線兩側，各延伸4m。采用套接方式施工，旋噴樁每樁搭接20cm，跟管鉆進至基巖進行墻體底部基巖灌漿。

5 結 語

為確保水庫防洪安全和穩(wěn)定運行，根據(jù)水庫存在的實際問題，采取針對性的工程加固措施，形成完成封閉的防滲體系。加固后可恢復水庫正常蓄水位，防洪、灌溉效益顯著。

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StudyonAnti-seepageSystemofShuangtaReservoirDamBody

LIU Zongquan

(GansuShuleRiverBasinWaterResourcesAdministration,Yumen735211,China)

In recent years, Shuangta Reservoir suffers from serious leakage. In the paper, a complete sealing and anti-seepage system and treatment plan are proposed through analyzing the dam body seepage couses reasons. Effective engineering measures are adopted for risk removal and reinforcement for completing cutting seepage objectives of dam body. After the project is implemented, the reservoir safe operation and water holding capacity can be greatly improved with significant social and ecological benefits, thereby providing reference for similar projects.

Shuangta Reservoir; anti-seepage system; study

TV62+2

A

1673-8241(2017)09-0035-05

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.011