頂云哨水庫(kù)工程防滲方案的選擇

穆仁會(huì)

(貴州新中水工程有限公司，貴陽(yáng) 550000)

0 引 言

水庫(kù)工程，其作為能夠?yàn)樗幍貐^(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生產(chǎn)生活用水以及安全性提供保障的基礎(chǔ)設(shè)施，維護(hù)人民群眾生產(chǎn)生活安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵。然而，我國(guó)國(guó)土資源豐富，使得水庫(kù)工程建設(shè)易受所處水文地質(zhì)條件復(fù)雜性與不穩(wěn)定性影響，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，這就大幅降低了工程項(xiàng)目運(yùn)行控制的可靠性。防滲方案的慎重選擇，是改善這一現(xiàn)狀的有效方法。為此，工程建設(shè)者應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目對(duì)防滲控制局限與影響因素進(jìn)行分析，以掌握設(shè)施防滲現(xiàn)狀。如此，就可為水庫(kù)工程防滲方案的科學(xué)合理確定提供技術(shù)支撐，進(jìn)而使設(shè)施系統(tǒng)的運(yùn)行效果充分發(fā)揮出來(lái)。

1 頂云哨水庫(kù)工程的防滲現(xiàn)狀

頂云哨水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)階段壩址的控制流域面積為1.17km2，主河道河長(zhǎng)1.69km，河床平均比降75‰。設(shè)計(jì)壩型為高填充自密實(shí)混凝土砌石重力壩。所處河流南路河位于珠江流域北盤(pán)江水系三級(jí)支流，庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)主要發(fā)育有F1、F2斷層及次一級(jí)斷層f1、f2，經(jīng)水庫(kù)滲漏分析，水庫(kù)蓄水后存在沿風(fēng)化帶繞壩滲漏以及沿F1、f1、f2斷層滲漏，庫(kù)盆存在沿風(fēng)化帶繞壩滲漏問(wèn)題，工程所處的水文地質(zhì)條件復(fù)雜，增加了防滲工程建設(shè)使用的控制難度。為此，工程建設(shè)者應(yīng)對(duì)該水庫(kù)工程防滲現(xiàn)狀進(jìn)行分析，即對(duì)不同防滲方式優(yōu)勢(shì)缺陷進(jìn)行掌握，進(jìn)而確定最具適用性的方案。

經(jīng)對(duì)頂云哨水庫(kù)工程實(shí)際建設(shè)情況進(jìn)行分析，得出可供選擇的防滲處理方式有兩種，即垂直防滲與水平防滲。

垂直防滲是指，將灌注抗?jié)B材料制成的連續(xù)豎向阻截滲流設(shè)施作用于與擋水建筑物相連的岸坡與地基內(nèi)。如水泥土截水墻、混凝土防滲墻以及帷幕灌漿等，就可通過(guò)減少滲漏量進(jìn)而達(dá)到防滲目標(biāo)。其優(yōu)勢(shì)在于耐久性好、強(qiáng)度高以及后期維護(hù)費(fèi)用低。水平防滲是指，在地形條件允許下，與土壩斜墻防滲或是混凝土壩的壩體相連，以構(gòu)建成防滲體。此防滲方式的整體性強(qiáng)、延展性好且變形適應(yīng)能力強(qiáng)[1]。

在地形地質(zhì)方面，右岸庫(kù)腰段F1斷層傾向庫(kù)盆，且在正常蓄水位以下穿過(guò)庫(kù)盆，為區(qū)域性陡傾角大斷層，影響帶8-10m，存在深層滲漏問(wèn)題[2]。在施工技術(shù)條件方面，交通便利，工程地處地理位置及外部物資供應(yīng)條件較好，工程所需建筑材料及其他產(chǎn)品可由當(dāng)?shù)鼗蚓徒?yīng)，施工條件相當(dāng)。施工工藝方面，水平防滲采用新的防滲技術(shù)，是目前較先進(jìn)的防滲工藝，施工速度較快。垂直防滲采用先導(dǎo)孔后注漿，也具有快速筑壩的特點(diǎn)[3]。如圖1所示，為水平防滲的剖面示意圖。

圖1水平防滲典型剖面圖

對(duì)于土工膜的選擇，工程永久擋水建筑物為5級(jí)，壩高為28.0m，水庫(kù)工程防滲系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)根據(jù)相關(guān)管理部門(mén)制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確定土工膜防滲級(jí)別為3級(jí)。此外，防滲控制應(yīng)優(yōu)先遵循安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性等原則選用土工膜。具體來(lái)說(shuō)，土工膜的宜選用合成樹(shù)脂類(lèi)的聚乙烯土工膜(PE)、聚氯乙烯土工膜(PVC)等；為了適應(yīng)強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定的要求，可采用土工織物復(fù)合、加筋、表面加糙的土工膜；宜選用吹塑法、壓延法聲場(chǎng)的土工膜；應(yīng)具有很好的抗?jié)B透性、抗變形能力和耐久性；采用土工膜的性能指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

由上述內(nèi)容可知，頂云哨水庫(kù)工程防滲方案的選擇應(yīng)從綜合性角度出發(fā)，來(lái)確定實(shí)際建設(shè)方案，進(jìn)而保證工程建設(shè)使用的質(zhì)量效果[4]。

2 頂云哨水庫(kù)工程防滲方案比選

2.1 防滲方案確定

1)水平防滲方案：

經(jīng)水庫(kù)滲漏分析：水庫(kù)蓄水后存在沿風(fēng)化帶繞壩滲漏、沿F1、f1斷層影響帶滲漏、沿溶隙滲漏問(wèn)題，可通過(guò)工程防滲處理。

由于右岸庫(kù)腰段F1斷層傾向庫(kù)盆，且在正常蓄水位以下穿過(guò)庫(kù)盆，為區(qū)域性陡傾角大斷層，影響帶8-10m，存在深層滲漏問(wèn)題，庫(kù)水通過(guò)斷層向右岸或者下游滲漏的可能性較大，采用垂直防滲不能處理庫(kù)腰段的滲漏問(wèn)題，從而采取水平防滲。由于工程區(qū)淹沒(méi)面積較小，且?guī)炫栉挥谌龡l斷層間的一斷夾塊里面，區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀變化較大，風(fēng)化層較深，整個(gè)庫(kù)盆采取水平防滲方案，水平防滲面積為54962m2。

2)垂直防滲方案：

防滲帷幕線沿軸線向兩岸布置，以正常蓄水位為防滲頂界，左岸延伸至夜郎組第二段中部(T1y2-2)泥巖地層地下水位與正常蓄水位的交界處，右岸發(fā)育有F1正斷層，在斷層影響帶建議加強(qiáng)防滲處理，加深帷幕下限防滲處理。防滲帷幕沿?cái)鄬幼呦虿贾?，延伸至夜郎組第二段下部(T1y2-1)泥巖地層地下水位與正常蓄水位的交界處，河床延伸至(T1y2-1)揭露的第一層泥巖，防滲底界以巖體透水率≤5Lu為控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入至微新巖體，帷幕端點(diǎn)至正常蓄水位與地下水位線的交點(diǎn)，進(jìn)入至微新巖體；按單排孔，孔間距2m布置；防滲線總長(zhǎng)約503m，總防滲面積約18025m2。

由于庫(kù)水通過(guò)斷層向右岸或者下游滲漏的可能性較大，因此，采用垂直防滲處理庫(kù)腰段的滲漏問(wèn)題不可靠，采取水平防滲方案更加安全可靠[5]。本工程水庫(kù)蓄水后存在沿風(fēng)化帶繞壩滲漏、沿F1、f1斷層影響帶滲漏、沿溶隙滲漏問(wèn)題，可通過(guò)水平防滲或垂直防滲處理。故本階段對(duì)水平防滲和垂直防滲進(jìn)行防滲方案對(duì)比[6]。

根據(jù)施工安排，水平防滲方案工期為3個(gè)月，垂直防滲方案工期為3個(gè)月,兩種防滲方案施工工期相當(dāng)，但垂直防滲制約水庫(kù)建成工期，故水平防滲方案具有一定優(yōu)勢(shì)。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，水平防滲布滿整個(gè)庫(kù)盆，水平防滲面積為54962m2，總投資620.66萬(wàn)元。垂直防滲線總長(zhǎng)約503m，總防滲面積約18025m2，總投資696.35萬(wàn)元。工程投資方面，水平防滲較優(yōu)。

綜合多方角度，即從地形地質(zhì)條件、施工技術(shù)與條件、工程投資3個(gè)方面進(jìn)行了比較，確定了水平防滲投資小且安全可靠。故，選取水平防滲為本工程的防滲方案。

2.2 土工膜選用

就目前來(lái)看，廣泛運(yùn)用于市場(chǎng)環(huán)境的土工膜材料有：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)以及乙烯乙酸乙烯改性瀝青共混(ECB)等。其中乙烯乙酸乙烯改性瀝青共混土工膜(ECB)，主要運(yùn)用于隧洞工程的防滲控制，很少運(yùn)用于水利工程建設(shè)。對(duì)于水利工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，多采用聚乙烯(PE)土工膜，即高密度聚乙烯土工膜(HDPE)。故而，本工程防滲系統(tǒng)建設(shè)只從聚氯乙烯(PVC)與高密度聚乙烯(HDPE)土工膜中進(jìn)行分析對(duì)比。

從防滲塑料薄膜，即土工膜特性角度分析，發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯(PVC)土工膜采用的原料通常是聚氯乙烯，其是氯乙烯單體在過(guò)氧化物、偶氮化合物等引發(fā)劑，或在光、熱作用下按自由基聚合反應(yīng)機(jī)理聚合而成的聚合物，生產(chǎn)工藝一般采用擠出壓延工藝，PVC土工膜幅寬為2-3m，土工膜價(jià)格為12.5元/m2。聚氯乙烯(PVC)土工膜的特點(diǎn)：比重較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。

研究表明，HDPE土工膜在被廣泛運(yùn)用于各類(lèi)工程領(lǐng)域環(huán)境，其主要成分為： 97.5% 的高密度聚乙烯、約2.5%碳黑、抗氧劑以及紫外線吸收劑等[7]。產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝多選用吹塑工藝，或是擠出壓延工藝。經(jīng)對(duì)以往水庫(kù)工程建設(shè)采用HDPE土工膜實(shí)際情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其防滲優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)防滲系數(shù)高，即1×10-17cm/s。

2)防滲使用溫度環(huán)境范圍在-70℃-110℃之間，具有很好的耐寒與耐熱性能。

3)因具備很好的抗張力強(qiáng)度能力，所以，工程項(xiàng)目提出的抗拉強(qiáng)度高標(biāo)準(zhǔn)要求能夠得到滿足。

4)化學(xué)穩(wěn)定性高，是具有抗酸、抗堿以及抗油等物質(zhì)腐蝕的材料。

5)耐候性突出，不僅具備很強(qiáng)的抗老化能力，還能在長(zhǎng)期裸露環(huán)境下不受影響。

6)因整體性能高與比重小，能夠有效保證防滲工程建設(shè)的斷裂伸長(zhǎng)率與抗拉強(qiáng)度。

7)可運(yùn)用不同地質(zhì)條件與氣候條件。

8)能夠很好適應(yīng)不均勻沉降的應(yīng)變性能。

9)生產(chǎn)制造使用的原生塑料與炭黑粒子優(yōu)質(zhì)，沒(méi)有防腐劑添加。

由于本工程的工程任務(wù)為供水，土工膜需布置在整個(gè)庫(kù)盆，最大水頭壓力為26.92m。通過(guò)上述比較，HDPE土工膜能較好的適應(yīng)本工程的地形地質(zhì)條件、工作水頭、工作環(huán)境，并具有耐久性好、延伸性較強(qiáng)、變形能力較高、耐腐蝕強(qiáng)、耐低溫能力強(qiáng)、抗凍性能較好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)比較分析后本次設(shè)計(jì)選用HDPE土工膜為主要防滲材料進(jìn)行水平防滲。工程的最大水頭壓力為26.92m，HDPE土工膜為厚2.0mm的雙糙面單膜。

在設(shè)計(jì)選用水庫(kù)工程防滲方案時(shí)，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目所處地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)因素以及建設(shè)要求進(jìn)行綜合比選，進(jìn)而保證土工膜與各部位的防滲處理達(dá)到預(yù)期效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜述所述，水庫(kù)工程防滲建設(shè)所處水文地質(zhì)條件存在不穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)其控制，應(yīng)結(jié)合工程建設(shè)要求、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及以往建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提高方案選擇、防滲處理方式以及土工膜使用的可靠性。事實(shí)證明，只有這樣，才能使最具適用性的防滲方案作用于實(shí)踐，進(jìn)而服務(wù)于所處地區(qū)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。故，工程建設(shè)者應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于實(shí)踐，進(jìn)而推動(dòng)涉及行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。