涇惠渠西郊水庫大壩滲漏成因分析及設(shè)計(jì)方案比選

葛 娟

（陜西省涇惠渠管理局西郊水庫管理處 陜西 三原 713800）

1 西郊水庫情況

1.1 工程概況

涇惠渠西郊水庫位于三原縣城以西約2km的清河干流上，是以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的三等中型水利工程，總庫容3405.5萬m3，其中有效庫容1984.1萬m3，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。

水庫于1997年12月開工建設(shè)，2002年4月進(jìn)行了蓄水安全鑒定，2003年9月下閘蓄水試運(yùn)行，2005年12月通過竣工驗(yàn)收。樞紐主要由大壩、溢洪道、導(dǎo)流排沙泄洪洞、抽水站等工程組成。

1.2 效益發(fā)揮

水庫建成以來，累計(jì)調(diào)蓄水量2.4億m3，提供灌溉水量2.0億m3，累計(jì)灌溉農(nóng)田223萬畝次。在改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，回補(bǔ)地下水，緩解灌區(qū)夏灌嚴(yán)重缺水等方面發(fā)揮了重要作用，也使得涇惠渠灌區(qū)初步形成了“渠首穩(wěn)流、腹地蓄水、豐存枯用、優(yōu)勢互補(bǔ)”的供水格局。

2 存在問題

2.1 右壩肩

西郊水庫建成近九年來，年均供水量2220萬m3，遠(yuǎn)低于原設(shè)計(jì)年供水量3050萬m3。其主要原因是壩肩滲漏問題，限制了水庫正常蓄水位，較大的影響了水庫效益的正常發(fā)揮。西郊水庫投運(yùn)后，按照蓄水驗(yàn)收會(huì)議規(guī)定的限定水位，水庫在2004年9月蓄至415 m高程。2005年11月、2006年12月水庫先后兩次蓄至419.54m高程時(shí)，發(fā)現(xiàn)右壩肩滲流變混，最大滲流量達(dá)2.7 L/s，同時(shí)出現(xiàn)渾水，最大含泥量為6%，逸出高程399.34 m。

2008年汶川地震后，涇惠局實(shí)施了西郊水庫右岸滲漏處理工程，采用砼防滲墻進(jìn)行右壩肩防滲處理。工程2009年1月開工，同年7月完成，2010年2月通過驗(yàn)收。工程實(shí)施后，水庫經(jīng)過兩年多的調(diào)蓄過程，右壩肩滲流量明顯減小，滲流清澈，未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，消除了右壩肩存在的隱患。

2.2 左壩肩

但大壩安全隱患依然存在，尤其是左壩肩的滲漏問題。為此，管理局委托西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行西郊水庫大壩安全鑒定工作，2009年6月省廳對大壩進(jìn)行了安全鑒定。2011年3月經(jīng)水利部大壩安全管理中心核查，核查意見指出：“大壩兩壩肩在393.50 m～399.50 m高程存在透水層，左壩肩地下水位高于右壩肩，存在滲透，壩后右壩肩約在400.00 m高程以下岸坡滲水，最大滲流量約3.0 L/s；大壩兩壩肩下游岸坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

3 滲漏原因分析

壩肩滲流出現(xiàn)異常情況后，通過地質(zhì)補(bǔ)充勘察及對以往工程資料、滲流檢測、地下水位觀測等的分析研究，認(rèn)為發(fā)生滲流異常情況的主要原因是：

（1）從地層結(jié)構(gòu)及巖土特性看，⑥、⑦、⑨粉質(zhì)壤土層屬中等透水層，⑥、⑦層分布高程407.0 m～420.0 m，⑨層分布高程393.5 m～405.0 m，存在著滲漏的工程地質(zhì)條件。

（2）從水文地質(zhì)條件看，修庫前，地下水向河床排泄，修庫后，庫水補(bǔ)給地下水，抬高了地下水位，增大了實(shí)際水力坡降，致使出水點(diǎn)（泉眼）水量變大。

（3）據(jù)竣工地質(zhì)報(bào)告，右壩肩壩軸線上游15 m～30 m處有一落水洞塌落體，分布高程414.0 m～417.0 m，巖性為輕粉質(zhì)壤土，松散；右岸混凝土防滲墻施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)防滲墻與420.0 m高程平臺交點(diǎn)至416.4m有一空洞，南北寬2.6 m～3 m，深度大于3 m，防滲墻開挖施工時(shí)將大量虛土填入。上兩處土體抗?jié)B性能低于原狀土層。

（4）泄洪排沙洞開挖過程中曾多處塌方，塌方段存在嚴(yán)重缺陷，后經(jīng)壤土水泥漿回填灌漿，質(zhì)量驗(yàn)證基本符合要求。但在打孔取樣過程中，清洗鉆孔時(shí)還有不回水現(xiàn)象，表明局部有空洞或有松動(dòng)土層存在。

（5）對左右壩肩滲流進(jìn)行計(jì)算，年總滲漏量31萬m3，加壩基滲漏量為35.4萬m3，占興利庫容的1.8%，屬于正常范圍。

（6）原設(shè)計(jì)壩肩防滲墻先期施工，防滲墻底高程406 m，頂高程420 m，兩岸長度各為100m。壩基清基及岸坡削坡時(shí)防滲墻已施工完成，在清基過程中發(fā)現(xiàn)大壩兩壩肩393.5 m～399.5 m之間存在透水互層，兩壩肩塑性混凝土防滲墻未能截?cái)嘣撏杆樱率箟误w與壩肩結(jié)合部位無法正常施工，雖然采用水泥固化土進(jìn)行壩肩封閉處理，但壩肩滲漏通道依然存在；壩前深層攪拌樁防滲墻，在垂直方向上兩墻高程不銜接，在平面位置上兩墻不搭接，仍然不能解決壩肩繞滲問題。

4 防滲方案設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)常用的截滲加固措施主要有灌漿（充填和劈裂）、高壓噴射灌漿、土工膜及混凝土防滲墻等技術(shù)。結(jié)合本工程實(shí)際情況，考慮到采用灌漿和高壓噴射灌漿超過30 m深度后，施工難度較大，質(zhì)量較難控制等因素，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)重點(diǎn)就土工膜防滲和混凝土防滲墻兩種形式進(jìn)行設(shè)計(jì)比較，以選出適合本工程的合理方案。

4.1 土工膜防滲

土工膜防滲方案是在大壩上游左岸岸坡上鋪設(shè)復(fù)合土工膜，以達(dá)到防滲目的的施工方法。

土工膜鋪設(shè)深度應(yīng)至壩肩的相對不透水層，鋪設(shè)長度應(yīng)滿足大壩繞壩防滲的要求。經(jīng)對上游岸坡繞壩防滲的滲流分析計(jì)算，確定截滲長度以超過170 m為宜。據(jù)此確定土工膜的鋪設(shè)范圍為：縱向自大壩與岸坡坡腳交接處起向上游170 m、順壩軸線30 m，共長200 m；豎向高程范圍428.0 m～390.0 m，其中在405.0 m處設(shè)平臺，并采用垂直鋪塑方法將復(fù)合土工膜深入390.0 m做垂直防滲，在大壩上趾處結(jié)束。

土工膜施工前需將水庫放空，施工期采用泄洪排沙洞導(dǎo)流。為保障施工質(zhì)量，土工膜施工應(yīng)安排在枯水季（11月～第二年的4月），垂直鋪塑施工平臺位于405.0 m高程，泄洪排沙洞進(jìn)口高程為398.0 m，故不需修建圍堰。

土工膜設(shè)計(jì)方案，概算直接投資478萬元。

4.2 混凝土防滲墻防滲

混凝土防滲墻方案是采用塑性混凝土在左壩肩土層中成墻進(jìn)行防滲處理。

4.2.1 防滲墻長度的確定

經(jīng)過壩肩滲流計(jì)算分析對比，結(jié)果如表1、表2。

計(jì)算表明，未設(shè)防滲墻的80 m寬滲流量為40.171m3/d，設(shè)置防滲墻后80 m寬滲流量為28.422m3/d，滲流量明顯減少，說明設(shè)置防滲墻是十分有效的。滲流計(jì)算流網(wǎng)圖如圖1和2。

表1 滲流量計(jì)算表（不設(shè)防滲墻）

表2 滲流量計(jì)算表（設(shè)防滲墻）

圖1 0+881.0樁號流網(wǎng)（不設(shè)防滲墻）

圖2 0+961.0樁號流網(wǎng)（設(shè)防滲墻）

根據(jù)計(jì)算分析，左壩肩混凝土截滲墻在樁號0+961.0斷面處附近滲透比降滿足滲水土層允許要求，且預(yù)留一定的富裕，由此確定混凝土防滲墻全長125 m。

4.2.2 防滲墻設(shè)計(jì)

據(jù)地質(zhì)資料，防滲墻底部深入壩肩下部相對不透水層2 m～3 m，確定底高程為390.0 m。，設(shè)計(jì)將防滲墻于左壩肩上游5.5 m處沿壩軸線布置，防滲墻長125 m，墻頂高程426.5 m、底高程390.0 m，墻高36.5 m，墻體深入壩體5 m。

4.2.3 施工工期

混凝土防滲墻施工不受地下水位的影響，且施工場地在壩頂平臺，高程高于水庫正常蓄水位422.0 m，因此，施工期不需做導(dǎo)流，防滲墻方案施工總工期6個(gè)月，其中施工準(zhǔn)備1個(gè)月，主體工程施工4個(gè)月，施工收尾期1個(gè)月。

防滲墻設(shè)計(jì)方案概算直接投資665萬元。

5 方案比選

以下從防滲效果、工期長短、施工難易程度、工程費(fèi)用等方面，對兩種方案進(jìn)行綜合分析比較。

5.1 防滲效果

從防滲效果來看，土工膜是一種透水性很小的防滲材料，其滲透系數(shù)一般為10-11cm/s～10-12cm/s，而混凝土防滲墻滲透系數(shù)也在10-7cm/s以下，兩種方案均能滿足左壩肩防滲要求，可直接截?cái)酀B漏通道，達(dá)到延長滲徑，降低水力坡降的目的。但是在耐久性和可靠性方面，土工膜要遠(yuǎn)差于混凝土防滲墻，在水庫以后的長期運(yùn)行中，防滲效果不能確保。

5.2 施工條件

從施工條件比較，兩方案工期相差不大，但土工膜必須干地空庫施工，且工期應(yīng)安排在枯水期，防滲墻施工則無需放空水庫，可以保持一定的庫水位，靈活性較大，便于施工安排，可減少施工期對水庫蓄水灌溉效益的影響。

5.3 難易程度

從施工的難易程度上看，土工膜方案的施工工藝相對簡單，不需專門的大型設(shè)備，缺點(diǎn)是由于露天鋪設(shè)，受外界條件干擾較大，對土工膜的保護(hù)要求較高，施工中拆除量大，與壩肩結(jié)合要求高。而防滲墻的施工受外界干擾小，雖需專門的機(jī)械隊(duì)伍施工，但其施工技術(shù)、質(zhì)量均能得到保證。

5.4 直接投資

從工程直接投資比較，由于土工膜的價(jià)格較低，且施工時(shí)多為人工，較防滲墻方案節(jié)省187萬元。但土工膜實(shí)施需放空水庫，按一半有效庫容估算，損失灌溉直接收益大約100多萬元。

綜合以上分析比較，認(rèn)為防滲墻方案雖然直接費(fèi)用較高，但防滲可靠性高，施工條件方面優(yōu)越，更適宜本工程選用。另外，從已經(jīng)實(shí)施的右岸防滲墻施工及防滲處理效果看，均比較理想。未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，消除了右壩肩存在的隱患。

所以選定混凝土防滲墻防滲方案進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

目前，西郊水庫受左岸滲漏制約，無法正常調(diào)蓄運(yùn)行。為確保水庫下游三原縣渠岸鄉(xiāng)、獨(dú)李鄉(xiāng)、大程鎮(zhèn)、臨潼區(qū)櫟陽鎮(zhèn)的鎮(zhèn)政府、學(xué)校、商店、儲(chǔ)蓄所等15個(gè)單位，4218人，2660畝基本農(nóng)田以及三原縣城、三原老龍橋等重點(diǎn)文物、西氣東輸天然氣管道、包茂高速、京昆高速、西延鐵路、107關(guān)中環(huán)線等重要設(shè)施的安全，希望早日開工建設(shè)水庫除險(xiǎn)工程，發(fā)揮西郊水庫綜合效益。