雷澤湖水庫除險加固工程研究及實踐

朱炎炎

(菏澤市水利局，山東 菏澤 274000)

1 工程概況

菏澤市雷澤湖水庫(原名丁坑水庫)，位于菏澤市區西4.5km處，屬于城市供水水庫，總庫容1290萬m3，調節庫容1165萬m3，死庫容125萬m3，設計日供水量為15萬 m3/d。

水庫樞紐工程包括:圍壩、入庫涵洞、出庫泵站、放水洞及截滲溝等建筑物。

2 存在問題

雷澤湖水庫前身由城建部門建設管理。水庫在建設過程中，對壩基滲漏與安全問題重視程度不夠，壩基滲漏嚴重，只能限制蓄水，現狀水庫最高調蓄水位控制在55.0m，嚴重影響了水庫功能的發揮。2008年3月，蓄水水位達到55.5m，蓄水量達到953萬m3時，水庫周邊農田水井水位上漲嚴重，低洼地段出現積水現象;2009年，由于水庫側滲漏造成水庫周邊農作物減產嚴重，村莊百姓幾度上訪。2009年，水庫移交市水利部門管理后，對水庫大壩進行了安全鑒定，發現工程存在以下主要問題:

a.壩基存在滲漏問題，水庫自蓄水一直在低水位運行。大壩樁號0+200～1+200、3+600～5+000段，在庫水位52.00～55.00m時，壩后存在滲水明流，當庫水位達到55.0m時，滲漏非常嚴重。現場檢查發現，壩外截滲溝常年滿水，水庫周圍鹽堿化，水庫存在滲漏問題，高水位運行時，可能產生滲透變形。

b.水庫防滲處理不徹底，壩基砂層未進行處理，庫內水平防滲工程不完善，庫內施工降水井封堵不徹底，圍壩0+000～0+800和4+450～5+000壩段壩基滲漏最為嚴重，壩后積水不斷。

c.0+988斷面在正常設計水位和現狀高水位及3+800斷面在正常設計水位時，壩基砂壤土出逸坡降均大于允許出逸坡降，存在管涌型滲透破壞。

d.截滲溝工程不完善，經過運行截滲溝沖刷、滑坡嚴重，截滲溝與水庫周邊水系之間不能進行節制性控制，群眾意見很大。

鑒于雷澤湖水庫大壩存在較嚴重的安全隱患，無法充分發揮水庫的蓄水功能，經安全鑒定為三類壩。

3 原因分析

根據測壓管觀測資料，測壓管水位基本平地面50.80m，截滲溝水位低于地面1.0m左右，說明該處基本形成穩定滲流，結合該段工程地質情況，綜合分析認為，由于庫區施工期降水井未按設計要求進行封堵及庫底土工膜未全斷面鋪設，水庫和下游農田通過⑤層中細砂形成壩基下的深層滲漏通道，造成壩后農田浸沒。

4 除險加固設計方案比選

通過以上分析，庫區水井和中細砂層是水庫主要滲漏通道，工程的主要任務是對壩基進行深層截滲。

首先對庫區施工期降水井及水井進行封堵，采用水下澆筑C15膨脹混凝土的封堵措施;同時，對中細砂層采取相應工程措施，根據相關工程處理經驗，采取以下幾種方案進行比選:

4.1 垂直截滲方案

垂直截滲主要有塑性混凝土防滲墻、高噴板墻、水泥土攪拌樁、垂直鋪塑等方案。

a.該滲漏段中細砂截滲深度為23.6～26.8m，水泥土攪拌樁和垂直鋪塑方案明顯不合適。

b.高噴板墻具有以下優點:施工簡便、設備簡單、占地較少，臨時工程費低，施工振動小、噪音低，處理細砂、粉細砂的效果較好。但一般高壓噴射高壓區的有效半徑不大于0.5m，0.5m以外為高噴擴散區，兩區域材料差異巨大，有時因為孔距較大防滲處理效果不太理想，但可通過減小孔距、合理選擇高噴方式等措施解決。

c.塑性混凝土防滲墻方案具有以下優點:?施工時振動小，噪音低;?防滲性能好;?適用于多種地基條件;?工效高、質量可靠，但也存在一些不足:造價略高，施工作業面大，槽孔穩定性要求高，如果施工方法不當或施工地質條件特殊，可能出現相鄰墻段不連續等問題。

塑性混凝土防滲墻墻體厚度主要由墻體允許水力坡降控制，另外要考慮施工機具和墻體壽命。根據防滲墻的位置不同進行兩個方案比選。

防滲墻方案Ⅰ:防滲墻軸線位于圍壩上游壩腳外1.0m，防滲墻頂高程52.0m，深入壤土層1.0m，底高程為23.5～26.7m，圍壩滲漏范圍約為設計樁號0+000～1+300段，加固設計防滲墻處理范圍主要為吳樓村滲漏較為嚴重的壩段，即圍壩設計樁號0+350～0+800段，共450m，防滲墻面積12258m2，土方開挖33850m3，土方回填 33174m3，復合土工膜 3150m2，該方案工程建安投資費用約347.9萬元。

防滲墻方案Ⅱ:防滲墻軸線和圍壩軸線重合，防滲墻頂高程59.0m，深入壤土層1.0m，底高程為23.5～26.7m，圍壩滲漏范圍約為設計樁號0+000～1+300段，加固設計防滲墻處理范圍主要為吳樓村滲漏較為嚴重的壩段，即圍壩設計樁號0+350～0+720段，共370m，防滲墻面積13074m2，壩頂路面恢復1900m2，該方案工程建安投資費用約350萬元。

4.2 水平防滲方案

該方案和初步設計及施工圖設計階段防滲思路一致，即采用增加水平鋪蓋的措施延長滲徑，以達到防滲的目的。采用船只將購置的黏土沉入庫底形成水平防滲鋪蓋，為保證防滲效果，防滲鋪蓋和現狀復合土工膜之間搭接20m。

4.3 排水減壓方案

水庫蓄水運行以后，北圍壩存在壩后農田浸沒現象，特別是樁號0+000～1+300段下游農田浸沒和返堿現象較嚴重，菏澤市引黃中心在圍壩下游壓重平臺外側設減壓井，浸沒和返堿現象有所緩解。排水減壓方案是在現狀減壓井的基礎上，加密布置減壓井以降低外圍水位。

減壓井直徑 0.5m，頂高程高于地面 0.5m，為51.3m，底高程23.0～26.0m，減壓井間距30m，共需減壓井45眼，井深按平均27m計算，工程造價按300元/m計算，該方案工程建安投資約37萬元。

4.4 泵站排滲方案

該方案是在圍壩下游新建蓄水池收集減壓井內的積水，再通過排滲泵站排入水庫。

新建排滲泵站約300萬元，根據菏澤市引黃中心提供的“水庫陰供水量報表”，經分析計算，2010年度水庫滲漏流量約為0.1m3/s，排滲泵站設計流量按0.1m3/s考慮，配置電機功率18.5kW，運行期按50年計算，運行費約486萬元，該方案工程建安投資費用約為786萬元。

4.5 方案選定

從以上比較分析可以看出，黏土鋪蓋防滲方案投資最大，其次為泵站排滲方案和塑性混凝土防滲墻方案，排水減壓方案工程直接投資最小。

4.5.1 泵站排滲方案

不能從根本上解決滲漏和浸沒問題，還有可能加大水庫滲漏，浪費了水資源和能源，運行費用高。予以排除。

4.5.2 排水減壓方案

雖然投資最小，但滲漏問題并沒有解決，庫區水資源流失、浪費現象依然存在，水庫經濟效益下降，不建議單獨采用。

4.5.3 水平防滲方案

該方案和初步設計及施工圖設計防滲思路一致，但由于水庫常年供水，不能完全放空，只能采用水下作業的方式鋪設黏土，施工難度大，施工質量不易控制。同時，該方案需購置黏土，且方量較大，也存在一定的困難，所以，該方案可行性較差，不推薦采用。

4.5.4 防滲墻方案

a.該方案本身防滲效果較好，質量可靠，施工工藝也較成熟。

b.受投資限制，該方案防滲墻設在庫內壩腳平臺和壩頂中心線處，其鋪設長度分別為450m或370m，僅能解決該段的滲漏問題，相鄰壩段的滲漏和通過防滲墻兩側的繞滲現象依然存在，不能完全排除壩后滲漏對附近村莊的影響。

c.防滲墻方案I由于防滲墻位于庫內，工程施工時將破壞現狀圍壩土工膜，墻體施工完成后和土工膜的連接為工程薄弱環節，施工質量控制存在一定難度。由于水庫常年供水，不能完全放空庫容，根據水庫管理單位的意見，水庫施工期間為滿足城市基本生活用水，庫內最低水位不能低于50.8m。根據圍壩橫斷面圖，防滲墻施工作業面位于52.00m高程，施工前須將平臺開挖，切割下部土工膜，平臺回填后再進行防滲墻施工。施工完成后須開挖平臺焊接土工膜后回填至現狀高程，工程施工工藝復雜、難度很大，同時，一旦后期防滲土工膜搭接出現問題，則將造成更大的滲漏問題。庫內防滲墻施工需修建臨時馬道，現狀大壩砌石護坡和土工膜將遭到不同程度的破壞。

d.防滲墻方案Ⅱ將防滲墻設置于壩軸線位置，解決了防滲墻方案I存在的墻膜連接、施工繁瑣及砌石護坡破壞等問題，但也存在以下問題:?防滲墻高度增加，長度變短，防滲效果進一步下降;?防滲墻施工期間將中斷壩頂交通道路;?水平土工膜和防滲墻不能結合為一個防滲整體，防滲效果不如防滲墻方案Ⅰ。綜上所述，從資金、施工工藝、質量保證、經濟效益等方面綜合考慮，本次加固設計推薦采用防滲墻方案。塑性混凝土防滲墻方案I施工期庫水位需降至51.0m左右，由于冬季施工，水庫水源相對緊張，為保證城市用水的正常供應，本次設計推薦防滲墻方案Ⅱ，但應加強壩體測壓管及壩后排水井水位的觀測。

根據上述分析，按照水庫供水需求以及資金因素，經綜合分析，采取庫內水井封堵、壩頂設置防滲墻和壩后設置排水減壓井的綜合方案。

5 工程設計

除險加固設計的主要內容為對北壩段壩外浸沒進行處理。具體包括:?查明庫內未封堵的水井、排水井等滲漏通道并實施封堵;?采用高噴板墻結合混凝土防滲墻截滲，防滲墻軸線與壩頂軸線重合;?在防滲墻范圍外采用減壓井，減壓井軸線位于壩后截滲溝軸線內側12m。工程主要工程量為:C15膨脹混凝土306.31m3，C10塑性混凝土防滲墻8140m2，高噴板墻3307m，減壓井416m，壩頂路面恢復1900m2。

5.1 井體封堵

對庫內水井采用水下澆筑C15膨脹混凝土進行封堵，根據有關施工記錄，共需封堵水井約78眼。

5.2 防滲墻

圍壩設計樁號0+350～0+720段采用防滲墻截滲，防滲墻軸線和圍壩軸線重合，墻頂高程59.00m。上部壤土、砂壤土層采用C10塑性混凝土防滲墻，墻厚0.3m，墻底高程37.00m;下部⑤層細砂層采用高噴板墻，墻底深入⑥層壤土1.0m，高噴板墻鉆孔間距1.5m，采用擺噴方式成墻。

5.3 減壓井

為降低防滲墻兩側繞滲對下游水位的影響，在防滲墻兩側0+000～0+350及0+720～l+300段圍壩下游設置減壓井。

6 除險加固工程建設驗收情況

2010年10月山東省水利廳、財政廳對雷澤湖水庫除險加固工程初步設計進行了批復，核定工程概算總投資473萬元，資金來源為國家規劃內水庫除險加固專項資金。該工程于2010年12月25日開工，2011年9月28日全部竣工。

2011年12月，山東省水利工程試驗中心對大壩塑性混凝土防滲墻連續性進行了檢測。經檢測，墻體整體視電阻率成層狀反映，同層位基本均一，未發現明顯的不連續跡象。詳見下圖。

高密度電法解釋圖

該工程通過初期運行，運行安全可靠，質量較好。工程完工后水庫按正常水位蓄水，各工程工作正常，運行安全。工程于2012年12月通過了竣工驗收。

7 除險加固后成效分析

水庫除險加固工程完工后初期運用期間，經觀測，工程實施前水庫水位為黃海高程54.00m時，防滲段截滲溝外側地下水位為50.80m，工程實施后，水庫水位為56m時，防滲段截滲溝外側地下水位為50.50m。防滲狀況明顯改善，有效降低了庫外地下水位，防止土地浸沒，改善了庫外耕種條件，提高了作物種植產量，增加了農業效益。按照當地作物種植比例計算，年均可增加農業效益63萬元，工程效益顯著。

工程的實施，提高了雷澤湖水庫的蓄水能力及城市供水保障能力，改善了當地生態環境和人民生產生活條件，促進了當地社會經濟的可持續發展。