所梅樂水庫防滲方案設(shè)計(jì)

高文強(qiáng)，鄧 燕

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司）

1 巖溶地區(qū)水庫防滲技術(shù)現(xiàn)狀

針對巖溶地區(qū)水庫滲漏問題，根據(jù)不同的地質(zhì)和地形情況，采用不同的方法進(jìn)行防滲處理，巖溶地區(qū)水庫綜合防滲方法概括起來就是避、堵、隔、圍、鋪、截、導(dǎo)（排）、觀八種。一般在壩址區(qū)多采用堵、鋪、截、導(dǎo)（排）的方法，在水庫庫區(qū)多采用堵、隔、圍的方法。具體方法包括鋪蓋法、堵塞法、圍井法、帷幕灌漿等。

2 水庫防滲設(shè)計(jì)

2.1 水庫概況

所梅樂水庫是南盤江左岸一級支流足馬河流域的一座注入式?。?）型水庫，總庫容231.76 萬m3，壩址位于所梅樂村旁天然溶蝕盆地。所梅樂水庫主要建筑物由粘土斜墻風(fēng)化料壩、導(dǎo)流泄洪輸水隧洞及庫區(qū)防滲工程組成。壩頂寬5.00 m，長238.70 m，最大壩高40.60 m。

2.2 庫區(qū)巖溶發(fā)育及特征

所梅樂水庫庫區(qū)、壩區(qū)大部被第四系殘坡積土層覆蓋，左岸有大面積泥質(zhì)粉砂巖、砂巖分布；右岸及河床部位以白云質(zhì)灰?guī)r為主，鉆揭露白云質(zhì)灰?guī)r中含有泥質(zhì)粉砂巖、砂巖夾層。地表岀露白云質(zhì)灰?guī)r及鉆孔揭露白云質(zhì)灰?guī)r巖芯有溶蝕現(xiàn)象，主要以小型溶孔、溶隙、溶槽為主，溶蝕率3.80%～20.00%。鉆孔鉆進(jìn)過程中，未見掉鉆、卡鉆等現(xiàn)象，未揭露有溶洞發(fā)育。

3 巖溶處理設(shè)計(jì)

3.1 防滲方案選擇

根據(jù)地勘資料，所梅樂水庫主要以溶隙滲漏為主，采用水平防滲方案和垂直防滲兩種方案進(jìn)行比較。

3.1.1 水平防滲

3.1.1.1 粘土鋪蓋防滲材料

粘土鋪蓋防滲屬于傳統(tǒng)的防滲方法，鋪蓋的厚度視壓實(shí)后粘土滲透系數(shù)和允許水力坡降而定，對于天然土料，《水利水電巖溶工程地質(zhì)》給出的建議值為人工壓實(shí)后，其厚度一般相當(dāng)水庫水頭的1/10～1/15。所梅樂水庫粘土鋪蓋厚度庫盆按3.00 m 設(shè)計(jì)，庫岸防滲厚度由3.00 m 漸變到1.50 m，土料壓實(shí)度不低于0.95。斜坡段采用預(yù)制混凝土護(hù)坡，厚度12.00 cm。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，該方案需要滲透系數(shù)＜1.00×10-5cm/s 的土料。對于有優(yōu)質(zhì)粘性土的地區(qū)具有投資省、施工方便的特點(diǎn)，并且有利于生態(tài)交換，相對于土工膜鋪蓋，不需要設(shè)置復(fù)雜的排水排氣系統(tǒng)；缺點(diǎn)是土方工程量大，鋪蓋厚度按3.00 m計(jì)算，需要土方63.00萬m3。由于需要粘土土料較多，并且防滲的粘土必須有較小的滲透系數(shù)，需尋找專門的土料場，土料場距離工程區(qū)6.00 km，需要征地，粘土開挖后場地恢復(fù)工作量大；征地工作協(xié)調(diào)難度較大，填筑壓實(shí)要求較高，施工過程中，采用分層碾壓，控制最大干容量和最優(yōu)含水量，工期較長，防滲體易出現(xiàn)裂縫和邊界連接易滲漏等缺點(diǎn)，考慮到本工程水源為遠(yuǎn)距離引水，年允許漏失水量僅為22.10萬m3，對工程不太適合。

3.1.1.2 混凝土面板防滲材料

采用混凝土面板防滲，厚度按照水頭的1/70計(jì)算，混凝土板厚度庫底厚50.00 cm，岸坡混凝土厚度由50.00 cm自下而上變?yōu)?0.00 cm，單塊面板尺寸5.00 m×5.00 m，為提高面板對基礎(chǔ)不均勻沉降的適應(yīng)性，在庫岸變坡、與大壩和隧洞相接處等應(yīng)力應(yīng)變集中區(qū)，適當(dāng)減少分縫尺寸?；炷练罎B鋪蓋的主要缺點(diǎn)是澆筑混凝土板易產(chǎn)生裂縫，混凝土板容易因不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫，并且板間分縫較多，存在滲漏通道，一旦產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，很難處理，且混凝土澆筑量大，澆筑混凝土?xí)r需支設(shè)模板，表層需配置防裂鋼筋，施工速度較慢，養(yǎng)護(hù)復(fù)雜，工期較長，該方案工程投資6 558.00萬元。

3.1.1.3 復(fù)合土工材料

防滲鋪蓋材料主要有復(fù)合土工膜和天然鈉基膨潤土防滲毯兩種。復(fù)合土工膜根據(jù)無紡?fù)凉げ嫉膶訑?shù)分為一布一膜和兩布一膜，土工膜抗拉、抗?jié)B、抗撕裂、頂破（CBR）等物理力學(xué)性能指標(biāo)高。天然鈉基膨潤土防水毯又名GCL，其防滲性能優(yōu)于壓實(shí)黏土而低于土工膜，吸附和生態(tài)性能優(yōu)于土工膜，低于粘土。在防滲要求較高或者地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的場地，GCL不能替代土工膜。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，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和存在蘆葦?shù)戎参锟赡軐Ψ罎B層造成破壞以及對防滲要求不高的場所，防滲投資比復(fù)合土工膜要高。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。工程實(shí)踐已經(jīng)證明，土工膜常因制造和施工因素造成缺陷（漏水的孔洞或縫）成為滲漏的主要通道，若在此種土工膜下增加一個滲透性較小的土層，則可大大減少滲漏量。因此，只使用優(yōu)質(zhì)的土工膜來達(dá)到優(yōu)異的防滲效果在現(xiàn)實(shí)中是行不通的，GCL作為次防滲層在整個防滲系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

3.1.1.4 復(fù)合土工材料防滲材料

復(fù)合土工材料防滲鋪蓋的缺點(diǎn)是復(fù)合土工材料下需要設(shè)置復(fù)雜的排水排氣設(shè)施，對施工質(zhì)量要求高。從水平防滲材料來說，本工程推薦天然鈉基膨潤土（GCL）防水毯+HDPE 土工膜。該方案工程投資5 036.00萬元。

3.1.2 垂直防滲

所梅樂水庫地層以細(xì)小裂隙為主，垂直防滲沿庫區(qū)周邊和壩基進(jìn)行帷幕灌漿，其中庫區(qū)帷幕灌漿線平面布置沿等高線1 992.00 m 布置，單排孔，孔距1.50 m，分三序孔施工，防滲平面總長度2 105.00 m。庫區(qū)帷幕鉆孔最大深度90.23 m，最小深度16.43 m，平均深度55.38 m，總鉆孔長度77 718.00 m；灌漿深度按深入5Lu 線5.00 m 控制。壩基帷幕防滲灌漿線沿壩軸線布置，與庫區(qū)帷幕灌漿連接。工程總投資5 278.00萬元。

3.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)比選

相對于水平防滲方案，帷幕灌漿的優(yōu)點(diǎn)主要有：不會產(chǎn)生地下水及地下巖溶管道氣體對鋪蓋的頂托刺破現(xiàn)象而造成防滲失效現(xiàn)象。不必對庫區(qū)內(nèi)外巖溶管道進(jìn)出口作封堵或反濾設(shè)計(jì)，不必對庫區(qū)內(nèi)淤泥（不良地基土）作換填或挖除等方式處理，不必對庫區(qū)覆蓋層進(jìn)行開挖，減少開挖土石方量。

相對于鋪蓋方案，帷幕方案的缺點(diǎn)主要有：會改變工程區(qū)地下水現(xiàn)狀運(yùn)移規(guī)律，防滲深度大。需準(zhǔn)確查明滲漏斷面及漏水通道的邊界條件，帷幕灌漿孔較深，特別是巖溶管道和溶隙深層發(fā)育時，注漿量大且工程量不易控制。防滲帷幕體因被沖蝕、淋濾或管涌而出現(xiàn)局部破壞或老化，從而導(dǎo)致滲漏量的增加，因此在水庫運(yùn)行若干年后，要進(jìn)行防滲處理補(bǔ)強(qiáng)。

3.1.4 防滲方案選擇

所梅樂水庫水平防滲和垂直防滲兩種方案工程投資相差不多，施工工期、工程占地相近，兩方案均存在一定風(fēng)險，所梅樂水庫庫盆滲漏幾乎是發(fā)生在整個庫盆區(qū)，滲漏位置通道呈面狀分布，完全調(diào)查清楚難度很大，若采取水平防滲，鋪蓋面積17.35萬m2，盡管該方案設(shè)置了完善的排水排氣系統(tǒng)，仍存在鋪蓋局部被擊穿的風(fēng)險和地下巖溶管道氣體對鋪蓋的頂托現(xiàn)象而造成水庫滲漏，增加運(yùn)行管理風(fēng)險。如果采取垂直防滲處理措施，由于巖溶地質(zhì)條件的復(fù)雜性，鉆探資料很難查清所有的溶洞大小、位置、深度等參數(shù)，會造成后期工程量變化大，存在較多的設(shè)計(jì)變更，對控制工程投資不利。結(jié)合現(xiàn)有地勘資料與垂直防滲相比，水平防滲風(fēng)險相對較小，因此推薦膨潤土防水毯+土工膜復(fù)合防滲防滲鋪蓋。

3.2 防滲方案設(shè)計(jì)

庫盆經(jīng)整平并清除較大粒徑后鋪設(shè)4 000.00 g/m2GCL 防水毯作為次防滲層，為方便施工過程中監(jiān)測HDPE 膜是否破損，主防滲層采用膜布分離方式，即先鋪設(shè)0.80 mm 厚HDPE膜，然后再在膜上鋪設(shè)300.00 g/m2無紡布保護(hù)層，最后覆蓋60 cm厚風(fēng)化料護(hù)面；對于邊坡，經(jīng)修整后，鋪設(shè)20.00 cm厚砂石混合墊層，然后鋪設(shè)4 000.00 g/m2GCL防水毯次防滲層，防水毯上上鋪設(shè)一布一膜，規(guī)格型號為0.80 mm厚HDPE膜和300.00 g/m2，土工布和膜采用弱連接；為保證邊坡上主防滲層膜穩(wěn)定，選用加糙膜；一布一膜上鋪設(shè)0.30 m厚砂、碎石混合墊層上墊層，上墊層上采用12.00 cm厚C15混凝土護(hù)面，庫區(qū)防滲體系與原壩坡粘土斜墻及岸坡連接，庫尾與庫底防滲相連。所梅樂水庫土工膜膜下設(shè)排水排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)由排水管道、次排水盲溝和順坡排水排氣盲溝組成。膜下水通過膜下礫石墊層排到順坡排水排氣盲溝和次排水盲溝，再由順坡排水排氣盲溝和次排水盲溝排到排水管道，最終由排水管道排到排水輸水隧洞。膜下產(chǎn)生的氣體通過膜下礫石墊層排到順坡排水排氣盲溝，再由順坡排水排氣盲溝頂部的排氣管排出外部。

4 結(jié)語

所梅樂水庫巖溶發(fā)育范圍在庫區(qū)普遍存在，并且?guī)炫璨淮?，通過方案比選，對庫區(qū)防滲采用GCL+土工膜復(fù)合防滲是較優(yōu)方案，但施工時仍需要保證施工質(zhì)量，如嚴(yán)格控制土料質(zhì)量及壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)、保證膨潤土防水毯和土工膜材料的質(zhì)量、施工時避免對防滲層造成破壞、對于土工復(fù)合材料的搭接應(yīng)嚴(yán)格控制，防止產(chǎn)生施工和制造質(zhì)量缺陷等，才能達(dá)到防滲處理效果。

對于溶洞和溶隙發(fā)育的地質(zhì)條件下水庫的防滲設(shè)計(jì)，一直是水利工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，國內(nèi)處理類似工程經(jīng)驗(yàn)不多。所梅樂水庫作為灌區(qū)水源工程，水庫蓄水前應(yīng)制定詳細(xì)的蓄水方案，初次蓄水時，建議水位上升高度 2.00 m/d，同時應(yīng)密切監(jiān)測水庫周邊水量滲漏情況。