柳樹泉農(nóng)場沙棗泉匯流工程水庫滲漏分析及處理

周永軍

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830002）

1 工程概況

沙棗泉匯流工程位于新疆哈密柳樹泉農(nóng)場沙棗泉灌區(qū)南緣，柳樹泉農(nóng)場沒有獨(dú)立的水源，全場農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水以地下水（井水、坎兒井水、泉水）為主，河水為輔，農(nóng)場北部沙棗泉灌區(qū)坎兒井水冬天散失于戈壁灘，水資源存在工程性缺水問題。

沙棗泉匯流工程是將柳樹泉農(nóng)場北部西沙棗泉和東沙棗泉冬閑水（17 條坎兒井水、3 眼泉水）及灌溉余水引蓄入庫，解決南部柳樹泉灌區(qū)春旱缺水矛盾；解決三道溝輸水干渠引水不連續(xù)，灌溉面積毛灌溉定額高等問題。通過修建沙棗泉水庫合理配置水資源，減少地下水開采，為灌區(qū)高新節(jié)水農(nóng)業(yè)創(chuàng)造條件。

沙棗泉匯流工程由水庫、引水渠、東匯水渠、西匯渠和分支匯水渠組成。沙棗泉水庫總庫容430 萬m3，屬平原注入式水庫，水庫屬?。?）型工程。水庫引水渠設(shè)計(jì)流量0.67 m3/s，全長5 039 m，引三道溝干渠調(diào)蓄水量、東匯水渠設(shè)計(jì)流量0.753~0.934 m3/s，全長5 386 m，主要匯集沙棗泉灌區(qū)的坎兒井和三道溝來水；西匯水渠設(shè)計(jì)流量0.026~0.054 m3/s，全長2 452 m，主要匯集上游坎兒井水引至水庫。

沙棗泉匯流工程根據(jù)當(dāng)?shù)厮礂l件，充分匯集分散的坎兒井水入庫，解決農(nóng)場南部灌區(qū)農(nóng)業(yè)春旱缺水。

沙棗泉匯流工程2011 年始建，水庫2012 年建成蓄水。

2 水庫防滲設(shè)計(jì)

2.1 庫區(qū)地質(zhì)條件

（1）地形地貌：工程區(qū)位于哈密盆地內(nèi)，區(qū)內(nèi)地勢總體東北高，西南低，海拔高程650~2 300 m，受緯向構(gòu)造的影響，地形呈明顯的分帶性。北部盆地南緣為侵蝕構(gòu)造低中山區(qū)和向南傾斜的沖洪積平原區(qū)。測區(qū)由北向南依次分為三個(gè)地貌單元：侵蝕構(gòu)造低中山區(qū)、山前洪積傾斜礫質(zhì)平原區(qū)、沖積細(xì)土平原區(qū)。

（2）地層巖性:沙棗泉水庫處于哈密坳陷盆地內(nèi)，區(qū)域地層發(fā)育從古生界的泥盆、石炭系、二疊系到中生界的侏羅系，新生界的第三系、第四系。

（3）地質(zhì)構(gòu)造及地震:工程區(qū)處于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差的相對次穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)GB 18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，工程區(qū)地震動峰值加速度分區(qū)為0.10 g，場地地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為Ⅶ度。綜合區(qū)域地震活動性、地質(zhì)構(gòu)造、地震危險(xiǎn)性分析等因素綜合分析，工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性屬較差區(qū)。

（4）水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地表水、地下水總體流向均為由東北向西南流向，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件受地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造的影響具有明顯分帶性；地下水隨含水層巖性的逐漸變細(xì)和地形坡度的變緩，徑流速度逐漸減弱，同時(shí)垂向運(yùn)移轉(zhuǎn)化逐漸成為主要運(yùn)動方式，潛水位逐漸升高，當(dāng)表面坡度出現(xiàn)較大落差時(shí)，潛水溢出地面，形成泉水,地下水主要類型為第四系孔隙潛水和承壓水。

（5）庫區(qū)地質(zhì)條件

沙棗泉水庫庫區(qū)揭露的地層主要為第三系中新統(tǒng)桃樹園組（N1t）和第四系上更新—全新統(tǒng)洪積堆積（Q3-4pl）。

2.2 大壩、庫盤防滲設(shè)計(jì)

（1）大壩

壩線全長2 709 m，正常蓄水位1 081.6 m，壩頂高程為1 083.5 m，防浪墻頂高程為1 084.7 m，防浪墻高出壩頂1.2 m。上、下游壩坡比均為1∶2。

壩前坡從外向里結(jié)構(gòu)：現(xiàn)澆C 20 砼板厚（15 cm）+砂漿墊層（3 cm）+兩布一膜（布重200 g/m2，膜厚0.5 mm）+砂漿墊層（3 cm）?，F(xiàn)澆砼護(hù)坡板厚度15 cm，砼強(qiáng)度等級為C 20，抗凍等級為F 200，抗?jié)B等級為W4，現(xiàn)澆砼板分塊尺寸為：長×寬=3 m×3 m，板縫寬2 cm，錯(cuò)縫現(xiàn)澆，采用高壓閉孔板填縫。壩前坡腳設(shè)置C 20 砼阻滑墻，采用邊坡為1∶1 的梯形斷面。壩頂寬5 m，泥結(jié)碎石路面厚20 cm；防浪墻為插筋砼，墻身高出壩頂1.2 m。下游壩肩設(shè)預(yù)制砼路緣石，長×底×高=0.4 m×0.15 m ×0.1 m，每節(jié)長0.4 m，詳見壩體橫斷面圖。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求壩體填筑方相對密度不低于0.75。

（2）庫盤防滲

根據(jù)鉆孔和探坑的揭露，水庫庫盤地層自上而下可分為三層：地表分布厚度1.5~7.5 m 第四系松散礫石層，第四系松散層下伏強(qiáng)風(fēng)化的細(xì)礫巖和泥質(zhì)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化地層以下為相對隔水的弱風(fēng)化的泥質(zhì)砂巖和泥巖。

從投資方面全庫盤防滲方案遠(yuǎn)低于垂直防滲方案。本工程采用全庫盤防滲：采用砂礫土厚50 cm+兩布一膜(布重200 g/m2，膜厚0.5 mm)+風(fēng)積砂墊層（厚10 cm）。庫盤防滲工程實(shí)施之前，須先清理、平整、壓實(shí)庫盤。在庫盤防滲復(fù)合土工膜下增設(shè)風(fēng)積砂墊層，提高了庫盤防滲的安全性，而投資增加的并不是很高，在鋪膜滿足穩(wěn)定要求的前提下，充分利用現(xiàn)有地勢、削緩陡坡、填平低洼處，盡量使庫盤大致平緩,整治后的庫盤坡比不陡于1∶30。

3 水庫滲漏分析

3.1 水庫滲漏及檢查

2014 年1 月31 日，柳樹泉農(nóng)場水庫管理人員在例行巡壩時(shí),發(fā)現(xiàn)沙棗泉水庫南壩段放水涵洞右側(cè)壩后坡腳出現(xiàn)一塊約3 m2的濕潤區(qū)，壩后滲流出現(xiàn)異常，立即上報(bào)上級主管部門，此時(shí)水庫水位為1 079.74 m，對應(yīng)的庫容為355.60 萬m3。出現(xiàn)該情況后，設(shè)計(jì)項(xiàng)目組對上游壩坡護(hù)面及分縫，壩后濕潤區(qū)，防浪墻及壩頂路面及管理設(shè)施等項(xiàng)目現(xiàn)狀情況進(jìn)行了檢查。

（1）上、下游壩坡

對大壩現(xiàn)場外觀檢查，各壩段上游壩坡砼板護(hù)坡完整，無滑動、沉陷、斷裂、淘蝕及沖刷破損等現(xiàn)象；下游壩坡無裂縫、坑洞。除放涵洞壩后坡腳局部出現(xiàn)濕潤，無明水出現(xiàn)。

（2）壩頂

壩頂瀝青混凝土路面寬5 m，壩頂未發(fā)現(xiàn)裂縫、沉降等現(xiàn)象，路面平整；現(xiàn)澆砼防浪墻完好，未發(fā)現(xiàn)裂縫斷裂；壩頂下游壩肩設(shè)置有照明電路，照明電燈每50 m 設(shè)一根，照明電桿垂直無變形。

（3）壩體與壩基

壩基地層巖性為第四系上更新—全新統(tǒng)沖洪積堆積礫石層以及第三系中新統(tǒng)桃樹園組（N1t）細(xì)礫巖與泥質(zhì)砂巖互層和泥巖。

壩體填筑料采用庫盤內(nèi)及西壩壩后兩個(gè)料場，料場巖性為礫石土，壩體防滲體采用復(fù)合土工膜防滲。庫盤第四系礫石層厚度1.5~7.5 m，屬中等水層；水庫設(shè)計(jì)采用全庫盤防滲，并與壩體復(fù)合土工膜連成整體，形成全封閉系統(tǒng)。

現(xiàn)場檢查時(shí)放水涵洞處壩后坡腳出現(xiàn)局部濕潤區(qū)，無明水出現(xiàn)。

（4）工作橋排架柱及豎井與周邊護(hù)坡結(jié)合部位

工作橋排架柱基礎(chǔ)與周邊土工膜連接完好。豎井三面護(hù)坡板出現(xiàn)裂紋，西側(cè)護(hù)坡板出現(xiàn)沉陷變形，其中一塊護(hù)坡板高于四周約1.2~2 cm，堅(jiān)井東、西、南三面近處護(hù)坡板用榔頭敲擊，有局部護(hù)坡板與基礎(chǔ)脫空現(xiàn)象。

豎井周圍護(hù)坡板存在裂紋及局部脫空現(xiàn)象，初步判斷漏點(diǎn)存在于放水涵洞豎井周圍，結(jié)合浸潤線觀測值，其所在范圍為1 073.0~1 074.9 m 范圍內(nèi)的護(hù)坡板。將周邊脫空護(hù)坡板打開，發(fā)現(xiàn)護(hù)坡板下土工膜與豎井連接部位存在局部破損，復(fù)合土工膜上有因滲漏造成的板下積鹽現(xiàn)象，閘井與周邊壩體防滲膜結(jié)合部位存在質(zhì)量缺陷，因施工質(zhì)量問題，土工膜局部破損，產(chǎn)生集中滲漏，存在滲透破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）水庫觀測設(shè)施及觀測資料

主要在高壩段南壩段樁號0+650、0+200、2+200斷面設(shè)置測壓管，每個(gè)斷面4 根測壓管，管底深入原地面以下2.0~2.5 m。

樁號0+650 測壓管位于放水涵洞（樁號0+650）處，其不同時(shí)段浸潤線觀測結(jié)果詳表1、表2。

表1 樁號0+650 浸潤線觀測統(tǒng)計(jì)表單位：m

3.2 滲漏分析

（1）滲漏點(diǎn)位置

2014 年1 月出現(xiàn)放水涵洞滲流異常后，水庫最高蓄水位1 079.74 m，對應(yīng)的庫容為355.60 萬m3，壩后坡腳出現(xiàn)局部濕潤區(qū)，2013 年11 月，水庫蓄水位為1 076.00 m，蓄水量為210 萬m3,觀測孔內(nèi)未見水痕跡，壩后全部處于干燥狀態(tài)。2014 年1 月水庫蓄水位為1 079.46 m，高出1 076.00 m 水位3.46 m,初步分析水庫漏點(diǎn)應(yīng)在這3.46 m 范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)土工膜沒有施工好，有漏點(diǎn)，但壩后無滲透破壞。在水庫放水涵洞處排架柱與護(hù)坡板接觸部分的高程為1 078.66~1 078.75 m，工作橋排架柱基礎(chǔ)與周邊土工膜連接完好，無滲漏。

由表1分析可知，2月2日庫水位最高為1 079.74 m，壩后出現(xiàn)濕潤區(qū)，然后決定放水緩慢降低庫水位，至2 月20 日庫水位降至1 078.50 m，此后至3 月20 日庫水位一直保持在1 078.50 m，對應(yīng)的庫容為306.50 萬m3，此時(shí)測壓管浸潤線有明顯下降，特別是測壓管3 與測壓管4 幾乎接近最低點(diǎn)，說明庫水位降降至1 078.50 mm 后，浸潤線有明顯降低，而排架柱與護(hù)坡板相接處高程為1 078.75~1 079.25 m，也就是說排架柱與護(hù)坡接觸部位可能就是漏點(diǎn)存在的地方。但后期經(jīng)揭露檢查，排架柱與護(hù)坡板接觸部位完好，復(fù)合土工膜未發(fā)現(xiàn)明顯破損情況。

由表2 分析可知，7 月28 日水庫水位降至1 074.90 m，測壓管2 明顯下降，至8 月10 日庫水位降至1 073.00 m，庫水位下降了1.9 m，但8 月10日個(gè)測壓管浸潤線均很低，說明在1 073~1 074.9 m范圍內(nèi)浸潤線下降很快，測壓管1 下降了3.15 m，下降幅度比庫水下降還大，該范圍內(nèi)存在漏點(diǎn)的可能，經(jīng)上述分析放水涵洞豎井周圍護(hù)坡板可能存在漏點(diǎn)。

堅(jiān)井與排架柱之間護(hù)坡略有凹陷，豎井三面護(hù)坡板出現(xiàn)裂紋，西側(cè)護(hù)坡板出現(xiàn)沉陷變形，其中一塊護(hù)坡板高于四周約1.2~2 cm，堅(jiān)井東、西、南三面近處護(hù)坡板用榔頭敲擊，有局部護(hù)坡板與基礎(chǔ)脫空現(xiàn)象。

（2）滲流曲線符合性分析

水庫大壩采用砂礫石填筑，滲透系數(shù)4.3×10-3cm/s屬中等透水性，本工程采用砼板+一布一膜防滲，壩體橫斷面浸潤線應(yīng)呈 “Z”字型，壩體防滲施工質(zhì)量較好的情況下，壩體內(nèi)浸潤線很低甚至1 號~4 號測壓管處干燥狀態(tài)，測壓管斷面樁號0+200 壩體測壓管無水痕或很低。

水庫放水涵洞處設(shè)計(jì)采用黏土外包豎井前涵管，若放水涵洞處大壩防滲體系出現(xiàn)漏點(diǎn)，壩體測壓管觀測到浸潤線明顯高原地面線，測壓管斷面樁號0+650（2 月16 日、2 月17 日、2 月22 日、2 月27 日、3 月5 日），上游水位分別為1 078.86 m、1 078.80 m、1 078.5 m、1 078.5 m、1 078.5 m。1 號、2 號、3 號測壓管水位明顯高于壩基線，也印證該斷面存在漏點(diǎn)。浸潤線隨著上游水位下降，也在下降，但壩體浸潤線1 號、2 號測壓管水位下降不明顯；上游水位不變，壩體浸潤線1 號、2 號測壓管水位下降不明顯，3 號測壓管水位下降明顯。

4 水庫壩體滲漏處理

4.1 水庫應(yīng)急處理

2014 年1 月時(shí)值冬季，為避免出現(xiàn)進(jìn)一步惡化，針對放水涵洞壩后出現(xiàn)的濕潤區(qū)，設(shè)計(jì)院采取在壩后設(shè)無坊布＋砂礫石蓋重的方案。

壩后天然砂礫石蓋重從放水涵洞西側(cè)踏步開始，向西30 m 長，高4 m，厚度2~4 m，蓋重下鋪200 g/m2無紡布一層，無紡布搭接寬度15 cm 縫接。按此斷面向東延伸50 m。蓋重橫斷面詳見圖1。砂礫石蓋重施工完壩后未見明水及濕潤區(qū)。

圖1 壩后砂礫石蓋重橫斷面圖

4.2 水庫滲漏修復(fù)處理

豎井周圍護(hù)坡板存在沉陷、裂紋及脫空現(xiàn)象，判斷漏點(diǎn)存在于放水涵洞豎井周圍，結(jié)合浸潤線觀測值，其所在范圍為1 073~1 074.9 m范圍內(nèi)的護(hù)坡板。由于脫空的護(hù)坡板產(chǎn)生失穩(wěn)變形，導(dǎo)致板下復(fù)合土工膜撕裂破壞產(chǎn)生滲漏，因此必須對脫空變形的護(hù)坡板進(jìn)行修復(fù)。

2014 年8 月對閘井可能漏點(diǎn)部位采取的修復(fù)方案如下：

拆除放水涵洞周圍存在沉陷、裂紋及脫空的護(hù)坡板，在揭開混凝土板時(shí)，應(yīng)小心清除注意不要?dú)闹苓呿虐寮鞍鍙?fù)合土工膜，對板下基面壓實(shí)并采用混凝土對沉陷部分補(bǔ)平，凝固后鋪兩布一膜與周邊復(fù)合土工膜焊接牢固，兩布一膜上鋪3 cm 厚M 15 砂漿，砂漿上澆筑15 cm 厚C 20 混凝土護(hù)坡板，恢復(fù)混凝土板板面與四周板面保持一個(gè)平面。

以放水涵洞軸線兩側(cè)各30 m 范圍的護(hù)坡板板縫及與建筑物接縫處嵌槽3 cm 深并灌注環(huán)保型聚氨酯密封膏。

5 結(jié)語

沙棗泉匯流工程自2012 年建成蓄水后，出現(xiàn)的放水涵洞壩后坡腳浸潤線出露，暴露出的放涵洞處坡板下防滲體存在漏點(diǎn)，通過現(xiàn)場外觀檢查，結(jié)合壩體浸潤線變化綜合分析漏點(diǎn)位置，為施工修復(fù)確定了壩體滲漏處理范圍，處理后水庫運(yùn)行較好，壩后沒有再出現(xiàn)滲漏出逸現(xiàn)象。傳統(tǒng)的滲壓管浸潤線觀測均為人工觀測，觀測精度低，隨著水庫自動化觀測設(shè)施安裝，觀測更加精準(zhǔn)有效，對水庫的運(yùn)行狀態(tài)掌握更加全面。