榆陽區(qū)尤家峁水庫防滲方案探析

王 軍

（陜西省榆林市榆陽區(qū)南郊抽水站，陜西 榆林 719000）

1 概況

陜西省榆林市尤家峁水庫位于榆林市榆陽區(qū)境內(nèi)的榆溪河支流沙河中上游的芹河鄉(xiāng)尤家峁村，1988年10月建成并投入運(yùn)用，是以城市供水為主，兼顧灌溉、防洪、防沙治沙、漁業(yè)養(yǎng)殖及旅游開發(fā)等綜合利用的水利樞紐工程。水庫樞紐由大壩、放水洞、西沙渠注水陡坡等建筑物組成；大壩由主壩和副壩組成，為水力沖填均質(zhì)水墜沙壩，最大壩高29 m。興利庫容912萬m3，防洪庫容444萬m3，相應(yīng)總庫容1566萬m3。尤家峁水庫蓄水運(yùn)用二十多年來，由于壩體質(zhì)量原因，一直處于低水位運(yùn)行，最高蓄水位1092.50m時(shí)壩體滲漏嚴(yán)重，壩后溢出點(diǎn)較高，形成多條滲漏通道，最大滲漏量約為0.2 m3/s～0.3 m3/s，不僅造成水源浪費(fèi)，還威脅到大壩安全，必須對水庫進(jìn)行防滲處理。

2 滲漏原因分析

尤家峁水庫左岸緊鄰黃土梁崗區(qū)，其分布高程遠(yuǎn)高于庫水位，故左岸不存在滲漏問題；水庫右岸黃土梁崗區(qū)距庫岸較遠(yuǎn)，梁崗區(qū)與庫岸之間為榆溪河二級階地，階面高程低于庫水位，故存在滲漏問題。雖然采取多種防滲措施，但效果均不理想。尤家峁水庫大壩滲透破壞從表象來看主要有大壩接觸滲透破壞、壩體滲透破壞和壩下滲透破壞三種。目前大壩主要問題壩下漏水量較大，同時(shí)壩體侵潤線較高。

2.1 防滲帷幕墻未穿透至相對隔水層以下

根據(jù)主壩壩軸線剖面和橫剖面圖分析，前期高壓擺噴形成的防滲帷幕墻在樁號0＋320～0＋440 m處，防滲帷幕墻未穿透②層細(xì)砂和③-2層細(xì)砂，遺留有滲水通道。

2.2 防滲帷幕墻大部分深入相對隔水層厚度較小

從勘察剖面分析，幕墻深入下部相對隔水層的厚度為6.0 m～10.0 m，與其同部位的壩后未見有滲水點(diǎn)和潮濕現(xiàn)象。其后段幕墻深入相對隔水層厚度約為1.5 m～2.3 m，雖然進(jìn)入相對隔水層，但其深度明顯偏小，與其對應(yīng)的壩后漏水嚴(yán)重。因此說明防滲帷幕墻體，要達(dá)到良好的防滲效果，墻體必須深入下部相對隔水層的深度宜不小于5.0 m。

2.3 防滲帷幕墻長度不夠

從主壩壩軸線剖面可以看出，防滲墻樁號0＋795 m（放水塔附近）后透水層厚度遠(yuǎn)大于30 m，且壩基以下仍為中等透水性的砂層，這也是壩后漏水為什么右岸最大的原因。目前觀測到的該處滲漏量小于壩基，是由于后期運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)該處漏量很大，已危及到大壩安全，隨后管理方對該處進(jìn)行了大量的蓋壓處理，故該處實(shí)際的滲漏量要遠(yuǎn)大于觀測值。

2.4 擺噴防滲帷幕墻質(zhì)量不理想

通過三條壩體侵潤線觀測孔結(jié)果，幕墻上下游水頭差約2.5 m～4.0 m，而且下游侵潤線水力坡度極緩。若防滲帷幕墻質(zhì)量能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，理論分析形成上下游水頭差將不低于10.0 m，故不排除高壓擺噴形成防滲帷幕墻局部有防滲天窗現(xiàn)象。

3 防滲處理建議

3.1 相對隔水層選擇意見

由主壩壩軸線剖面和橫剖面圖可知，較為理想的相對隔水層是下部侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2z）細(xì)砂巖，巖層中厚層狀結(jié)構(gòu)，層厚穩(wěn)定，屬弱透水性，但其埋深大于60.0m。從試驗(yàn)成果看位于其上的中更新統(tǒng)風(fēng)洪積堆積（Q2eol＋pl）黃土狀壤土，厚23.0 m～35.0 m，一般埋深 30.0 m～40.0 m，滲透系數(shù) 5.54×10-6cm/s～9.04×10-5cm/s，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）屬微透水層，可視為壩區(qū)防滲處理的相對隔水層。

3.2 防滲范圍建議

由于已有防滲帷幕墻，不排除有質(zhì)量缺陷，同時(shí)也難以修復(fù)，綜上，建議重新進(jìn)行防滲帷幕處理。為了確保壩體安全及水庫能發(fā)揮正常效益，建議處理長度結(jié)合副壩地質(zhì)條件統(tǒng)一考慮，且應(yīng)不低于1.2 km。

4 壩體防滲處理措施

針對尤家峁水庫滲流情況，現(xiàn)從壩基、壩體兩方面提出防滲處理方案。

4.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算與分析

由于該水庫洪水全攔全蓄，且放水洞放水流量較小（最大放水流量6 m3/s），設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位均可能形成穩(wěn)定滲流，故僅對上游正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位時(shí)形成穩(wěn)定滲流期進(jìn)行滲流計(jì)算。

滲流穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院的理正滲流分析軟件進(jìn)行。本次計(jì)算斷面選取有代表性的4個(gè)斷面分別計(jì)算，防滲前典型斷面見圖1，防滲前計(jì)算結(jié)果見表1，防滲后典型斷面見圖2，防滲后計(jì)算結(jié)果見表2，通過計(jì)算結(jié)果表可知，防滲前在正常蓄水位水庫壩體滲漏量為6185 m3/d，防滲幕墻加土工膜防滲后在正常蓄水位水庫壩體滲漏量為625 m3/d，日節(jié)約滲水量6160 m3/d。通過典型圖可以看到大壩防滲前溢出點(diǎn)基本都處于壩后坡中下游坡度，這是形成壩后流土及沖刷破壞的主要原因。

圖1 壩3-3斷面防滲前正常蓄水位計(jì)算浸潤線

圖2 壩3-3斷面防滲后正常蓄水位計(jì)算浸潤線

表1 防滲前壩體典型斷面滲漏量統(tǒng)計(jì)表 單位m3/d

表2 防滲后壩體典型斷面滲漏量統(tǒng)計(jì)表 單位m3/d

在計(jì)算過程中防滲幕墻滲透系數(shù)按5×10-6cm/s計(jì)。

4.2 壩基防滲方案

（1）方案選擇

根據(jù)地質(zhì)勘探情況及工程現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場查勘情況，初步選定壩基防滲軸線為：沿壩軸線在上游壩坡高程線，布設(shè)垂直防滲幕墻方案。

根據(jù)尤家峁水庫壩基地質(zhì)情況，其壩基主要為細(xì)砂層，中間夾有2 m～7 m厚砂質(zhì)壤土層。底部為砂巖。由上述地層情況，本次設(shè)計(jì)考慮由于砂質(zhì)壤土層滲透系數(shù)K=8.9×10-6cm/s相對較小，將其作為相對不透水層考慮截滲深度，防滲幕墻按深入相對不透水層1.0 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)上述情況，本次設(shè)計(jì)尤家峁水庫壩基防滲的截滲范圍主要是壩基細(xì)沙及壩體填沙層，依據(jù)地質(zhì)剖面圖，初步考慮其截滲方案為：帷幕灌漿、塑性砼墻、深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結(jié)合防滲3種方案。但由于帷幕灌漿方案截滲效果難以保證，塑性砼墻方案成孔困難，塌孔嚴(yán)重，質(zhì)量不易控制，所以采用施工不需要開槽，不破壞壩體，不存在塌孔問題，工程質(zhì)量可靠，防滲效果好，工程造價(jià)低、成孔有保障的深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結(jié)合垂直截滲方案。

（2）深層水泥攪拌樁及高壓旋噴樁技術(shù)指標(biāo)

深層攪拌地下連續(xù)墻采用一次成墻工藝，每個(gè)單元墻3根水泥土攪拌樁。攪拌軸間距320 mm，攪拌頭直徑400 mm，墻體有效厚度不小于200 mm。每個(gè)單元墻長度為960 mm，前后單元墻的首尾樁采取套接，單元墻有效長度640 mm（圖3）。

圖3 深層攪拌地下連續(xù)墻樁間搭接示意圖

地下連續(xù)墻攪拌樁水泥摻入量10%～18%，水灰比為1.5～2.0（水泥摻入量及水灰比根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)最終確定）。地下連續(xù)墻墻體彈性模量不大于1000 MPa，滲透系數(shù)K＜1.0×10-6cm/s，允許滲透坡降 J＞200，抗壓強(qiáng)度 R28≥0.5 MPa。

高噴旋噴樁采用三管法施工，間距0.8 m，樁徑不小于1.1 m，墻體彈性模量不大于1000 MPa，滲透系數(shù)K＜1.0×10-6cm/s，允許滲透坡降J＞200，抗壓強(qiáng)度R28≥2.0 MPa。

4.3 壩體防滲處理

壩體防滲的尤家峁水庫的防滲重點(diǎn)。根據(jù)壩體測量資料、地質(zhì)資料及水文、水位、水庫規(guī)模等初步選取兩套方案比選，見表3。

表3 方案一與方案二比較表

方案一：垂直防滲布設(shè)方案。壩體防滲范圍從右岸副壩西段沙丘處至左岸已有擺噴幕墻端點(diǎn)偏移4 m為終點(diǎn)止，防滲幕墻全長1418 m，防滲墻軸線在壩前距壩軸線16.9 m（副壩段）、20.9 m（主壩段）。防滲幕墻頂高程1096.00 m，防滲幕墻底高程1052 m～1078 m與壩基相對不透水層相接，防滲幕墻根據(jù)施工地質(zhì)深入不透水層深度不小于1 m，防滲幕墻成墻面積42809 m2。

方案二：斜坡防滲加垂直防滲組合布設(shè)方案。壩體防滲范圍從左岸已有擺噴幕墻端點(diǎn)偏移2 m為起點(diǎn)至副壩西段沙丘處止，防滲幕墻全長1361 m，防滲墻軸線在壩前距壩軸線45 m。防滲幕墻末端段幕墻1＋265.66 m至幕墻1＋361.44 m，頂部高程由1091.00 m漸變至1096.00 m，幕墻1＋265.66 m后高程為1091.00 m。防滲幕墻底高程1050 m～1078 m與壩基相對不透水層相接，防滲幕墻根據(jù)施工地質(zhì)深入不透水層深度不小于1 m，防滲幕墻成墻面積35355 m2，高程1091 m～1097 m采用土工膜（PE材質(zhì)兩布一膜，1000 g/m2）接防滲幕墻防滲，土工膜上依次是1.5 m厚壩體填筑土防凍層、10 cm砂礫層、10 cm厚預(yù)制砼塊。

綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，方案一垂直防滲深度較大，施工難度較大，防滲效果不易控制，且不經(jīng)濟(jì)，方案二中砼防滲墻結(jié)合斜坡土工膜防滲中，砼防滲墻在成墻方面較為困難，塌孔后不易處理，且不經(jīng)濟(jì)，方案二中擺噴幕墻結(jié)合斜坡土工膜防滲中，擺噴較為經(jīng)濟(jì)，但擺噴相對防滲效果差，施工干擾大，防滲幕墻在30 m以下深度偏差大等技術(shù)缺陷，本次設(shè)計(jì)采用方案二深層水泥攪拌樁及旋噴樁結(jié)合防滲，墻深26 m內(nèi)采用深層水泥攪拌樁，墻深26 m～30 m內(nèi)采用單排高壓旋噴樁、墻深26 m至41 m選用雙排高壓旋噴樁。此方案不僅技術(shù)方面有保證防滲效果較為理想，且較為經(jīng)濟(jì)，故采用此方案。

5 結(jié)語

由于地質(zhì)地基和工程施工建設(shè)中的多種問題，造成尤家峁水庫建成后，滲漏問題嚴(yán)重，一直影響到水庫效益的發(fā)揮和大壩安全問題。通過地質(zhì)勘察，結(jié)合國內(nèi)大壩除滲成熟設(shè)工設(shè)施方案，并經(jīng)過方案比選，提出壩基采用深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結(jié)合的防滲方案，壩體采用斜坡防滲加垂直防滲組合方案。尤家峁水庫壩體防滲處理后，可加大水庫庫容利用率，每年可向下游兩個(gè)灌區(qū)3萬畝農(nóng)田供水，年平均補(bǔ)水800萬m3。