巖溶地區(qū)水庫不同防滲處理方案對比分析

曹麗娟，過 杰，陳科巨，王 健

（1.江蘇省常熟市虞山水利管理服務(wù)站，江蘇 常熟 215501；2.無錫市水利設(shè)計研究院有限公司，江蘇 無錫 214023）

巖溶地區(qū)水庫不同防滲處理方案對比分析

曹麗娟1，過 杰2，陳科巨2，王 健2

（1.江蘇省常熟市虞山水利管理服務(wù)站，江蘇 常熟 215501；2.無錫市水利設(shè)計研究院有限公司，江蘇 無錫 214023）

為尋找適合巖溶地區(qū)水庫的防滲處理方案，文章以某水庫為例，采用垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋等三種不同的防滲方案，并對其防滲效果和工程造價進(jìn)行計算和對比分析，確定了最優(yōu)防滲方案，為該水庫和此類巖溶地區(qū)水庫的防滲處理提供科學(xué)的指導(dǎo)。

巖溶；水庫；防滲帷幕；水平鋪蓋；土工膜

我國是巖溶廣泛分布的國家之一，在我國境內(nèi)許多地區(qū)均有巖溶發(fā)育。在此類地區(qū)進(jìn)行水利工程建設(shè)過程中，往往會遇到巖溶滲漏問題，對工程的實(shí)施及其效益的發(fā)揮造成極大的影響［1-4］。在國外，巖溶地區(qū)修建的最早的水庫是1845年法國的阿朗壩，1980年前蘇聯(lián)建成的英古里壩是此類地區(qū)修建的最高的拱壩，土耳其在1975年建成的凱班水庫是巖溶地區(qū)庫容最大的水庫。在我國，巖溶地區(qū)修建的最早的水庫是官廳水庫和六郎洞水庫，隨著巖溶地區(qū)水庫建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，自20世紀(jì)80年代以來，我國相繼建成了烏江渡水電站、大化水電站、魯布革水電站、天生橋一級水電站、隔河巖水電站、萬家寨水電站等一大批大型水利樞紐。這些工程的興建積累了豐富的勘察設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和施工技術(shù)，我國巖溶地區(qū)修建水庫的技術(shù)日益成熟。防滲方案是關(guān)系到巖溶地區(qū)水庫能否正常蓄水的關(guān)鍵所在［5-7］。水庫的防滲方法主要有避、 堵、 隔、 圍、鋪、截、導(dǎo)（排）、觀等方法，壩址區(qū)常采用堵、鋪、截、導(dǎo)（排），庫區(qū)常采用堵、隔、圍。本文以某水庫為例，采用垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋等三種不同的防滲方案，并對其防滲效果和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計算和對比分析，確定了最優(yōu)防滲方案，為該水庫和此類巖溶地區(qū)水庫的防滲處理提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1 工程概況

水庫自1959年11月開工興建，于1960年4月建成，水庫面積約1.6km2，大壩上游流域面積48.5km2，總庫容約1480萬m3，是一座中型水庫。水庫由主壩、副壩、溢洪道、輸水管等組成。主壩為粘土斜墻壩，壩高24.5m，壩頂高程94.2m，防滲墻頂高程93.2m，壩長250m，壩頂寬4.5m；副壩為均質(zhì)土壩，長800m，寬4.5m，壩高9m，壩頂高程93.6m；溢洪道為開敞式，最大泄量1260m3/s；輸水管為鋼筋混凝土壓力圓管，直徑0.8m，最大泄量4.1m3/s。該水庫自建成后，庫區(qū)及主、副壩地基均存在滲漏問題，受巖溶滲漏影響，一直未正常蓄水，在洪水期會短時間蓄水，歷史最大蓄水量僅439.5萬m3。水庫庫區(qū)地形為盆地，其四周為灰?guī)r殘丘，西北高東南低，河流流向自西北向東南，西北部高程大于200m，殘丘高程約100m，盆地高程在75m至90m之間，東南方向?yàn)楹恿飨虑行纬傻膷{谷地形，主壩便修建于峽谷內(nèi)。經(jīng)過對該水庫庫盆地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察及綜合分析，發(fā)現(xiàn)整個庫區(qū)幾乎都有滲漏，多呈點(diǎn)狀分布，難以完全調(diào)查清楚，基巖的裂隙呈大角度或垂直分布，裂隙分布隨深度減小不明顯且分布不規(guī)律，防滲方案不易確定且工作量和施工難度均較大，防滲效果極難保證。

2 防滲方案及其對比分析

水庫的防滲處理方案一般有：粘土水平鋪蓋，常用于壩基為砂卵礫石層時；垂直防滲帷幕，用水泥灌漿形成截水帷幕或防滲墻體；砂漿或混凝土封堵，常用于庫區(qū)斷層破碎帶或溶洞；圍堤或圍井，常用于圍堵庫區(qū)落水洞或其他垂直滲漏通道。根據(jù)水庫的地質(zhì)條件，本次擬采用垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋等三種不同的防滲方案來進(jìn)行巖溶滲漏處理。

2.1 垂直防滲

根據(jù)庫區(qū)壓水試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果（表1），采用垂直防滲帷幕處理方案時，需處理主、副壩壩基及兩者之間的山體，處理深度需穿過相對透水層嵌入相對不透水巖層。經(jīng)過對表1中結(jié)果進(jìn)行分析，垂直防滲處理深度的底高程可以控制到33m以下。

表1 庫區(qū)及巖溶通道壓水試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中的單層均質(zhì)透水壩基滲漏量計算公式，將防滲帷幕視為不透水，其余參數(shù)仍為未處理時的參數(shù)，對主、副壩壩基及兩者之間的山體在不同深度防滲帷幕處理后的滲漏量進(jìn)行計算，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同防滲帷幕深度處理后的滲漏量

由圖1可知：將防滲帷幕視為不透水時，其深度大于45m后，曲線趨于平緩，表明深度大于45m后隨處理深度的進(jìn)一步增加，截滲的效果變化較小。因此，綜合考慮地質(zhì)條件和工程投資的方面的限制，帷幕灌漿處理深度定為50m，即達(dá)到高程25m，以此深度灌漿后，其滲漏量約為0.29m3/d，而防滲處理前的滲漏量為4.64m3/d，相當(dāng)于處理后可以減少主、副壩及其之間山體范圍的滲漏量約93.8%；庫區(qū)21天的滲漏量約110.1萬 m3，平均滲漏量為5.244m3/d，相當(dāng)于庫區(qū)減少約82.9%。

2.2 局部水平防滲

局部水平防滲是采用粘土對庫區(qū)內(nèi)出露的巖石和砂礫石層進(jìn)行覆蓋，并在四周砌筑齒墻至基巖，將大壩上游兩端做防滲坡面，盡可能的增加滲徑，降低水力梯度，進(jìn)而減小單寬滲流量。根據(jù)地質(zhì)勘察資料和地形圖，運(yùn)用FEFLOW軟件繪制庫區(qū)地面高程等值線圖并在圖中標(biāo)示出庫區(qū)現(xiàn)代河床的分布，如圖2所示。

圖2 地面高程等值線圖及現(xiàn)代河床分布范圍

根據(jù)圖2，并采用達(dá)西公式計算庫區(qū)現(xiàn)代河床分布的砂卵礫石在全部鋪蓋后的滲漏量，鋪蓋厚度分別取為1m、2m和3m。根據(jù)水庫以前的蓄洪后滲漏觀測資料，滲漏時間自7月23日6時至7月30日6時，滲漏時間為7天。計算結(jié)果如圖3所示。另外對鋪蓋厚度為1m、2m和3m時，庫區(qū)現(xiàn)代河床部分不同高程各自厚度的土方量以及總土方量進(jìn)行計算，結(jié)果見表2。

表2 庫區(qū)現(xiàn)代河床部分不同高程及鋪蓋厚度的土方量

圖3 現(xiàn)代河床范圍水平鋪蓋前后滲漏量對比

由圖3可知：經(jīng)局部水平鋪蓋后，庫區(qū)滲漏量明顯減小，不同鋪蓋厚度的滲流量隨著時間推移和庫水位的降低，減小幅度不大，說明庫水位減少對鋪蓋后滲漏量影響較輕，鋪蓋厚度為2m和3m時的滲漏量相差不大，2m時只稍大于3m。鋪蓋為2m時的土方量為93.68萬m3，是3m時的66.7%，因此局部水平鋪蓋厚度應(yīng)定為2m。經(jīng)計算，歷時21天水平鋪蓋厚度2m的總滲漏量為13.65萬m3，而鋪蓋前整個庫區(qū)21天的滲漏量約110.1萬 m3，因此庫區(qū)采用局部鋪蓋后滲漏量可減少約87.6%。

2.3 整體水平防滲

整體水平防滲是在整個庫區(qū)采用鋪土工膜的方案將庫水阻隔。根據(jù)工程的特點(diǎn)，擬選用型號300g/m2二布一膜的復(fù)合土工膜。土工膜對建基面的平整度、密實(shí)度要求較高，焊接處易出現(xiàn)裂縫，壓實(shí)不當(dāng)會被損壞，且土工膜有一定的壽命。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合土工膜可以減少庫區(qū)90%以上的滲漏量。

2.4 各防滲方案的經(jīng)濟(jì)評價

根據(jù)對垂直防滲、局部水平防滲和整體水平防滲施工方案工程量及單價的計算，統(tǒng)計出各方案的工程造價，具體見表3。

表3 庫區(qū)各防滲處理方案造價對比

由表3可知：整體水平防滲方案處理效果最好，但受土工膜質(zhì)量及壽命等制約；垂直防滲方案的造價最高，防滲效果最差；局部水平防滲造價最低，總體防滲效果較好。綜上分析，該水庫的防滲處理方案建議采用局部水平防滲方案。

3 結(jié)論

以巖溶地區(qū)某水庫為例，分別對垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋這三種防滲方案實(shí)施后的庫區(qū)滲漏量進(jìn)行了計算，并與處理前的滲漏量進(jìn)行了對比，確定了減少的滲漏量，此后對各防滲方案的工程量及工程造價進(jìn)行了計算，整體水平防滲方案處理效果最好，但受土工膜質(zhì)量及壽命等制約；垂直防滲方案的造價最高，防滲效果最差；局部水平防滲造價最低，總體防滲效果較好。綜上分析，該水庫的防滲處理方案建議采用局部水平防滲方案。

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1672-2469（2017）10-0162-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.046

2017-08-08

曹麗娟（1984年-），女，工程師。