下坂地水庫深厚覆蓋層壩基防滲處理方案優化

依沙克·胡吉

（新疆下坂地水利樞紐工程建設管理局 新疆 喀什 844000）

1 工程概況

下坂地水庫位于新疆塔什庫爾干河中下游，是高原地帶一座具有生態補水、春旱供水，并兼顧水力發電的一座綜合性水庫。受地理條件的限制，水庫建設設計與施工難度非常大，尤其是壩基的防滲加固設計難度。下坂地水庫大壩壩基的覆蓋層厚度達到了147.95 m，覆蓋層以冰磧砂礫石層為主，并且此類性質的壩基覆蓋層滲透系數變化大（6m/d～20.36m/d），安全允許水力比降較低（0.1）。經地質勘測，壩基滲漏量為1.115m3/s，但壩基滲透比降卻高達0.548，遠遠超過安全允許的0.1，因此必須進行防滲加固處理。

1.1 壩基防滲加固方案

工程可研階段對壩基防滲方案進行設計，并在部分區域進行工業性實驗。經過方案必選，初步擬定采用上部防滲墻+下部帷幕灌漿的方案，防滲結構如圖1所示。壩基覆蓋層厚度為147.95m，因此防滲結構的總深度擬定為145m和150m；為保證工程防滲效果，并達到工程造價最合理的目的，需對防滲墻及灌漿帷幕各自處理深度的最優組合進行比選分析。

2 防滲墻和灌漿帷幕深度最優組合選擇

在工業性實驗階段，防滲墻和灌漿帷幕組合的全斷面防滲方案取得了良好的效果。實驗表明在深厚覆蓋層中壩基防滲采用100m深度以內防滲墻、下部實施帷幕灌漿的方案是可行的。實驗階段防滲墻深度并沒有明確確定，為保證工程防滲效果和減少工程資金投入，需通過方案優化將最佳防滲墻深度固定在某一范圍。工程擬定5組防滲深度（80m、85m、90m、95m和100m）與帷幕灌漿深度進行組合，通過綜合對比分析來確定二者的最優組合。

2.1 不同深度墻幕結合方案造價分析

依據試驗階段工程各項資金投入可知，壩基防滲的主要投入項為洞挖石方、砼防滲墻、砂礫石灌漿、砂礫石空鉆、預埋灌漿管、C20混凝土、彎軋鋼筋以及基巖灌漿，各項按照規定的造價系數與施工工效計算，并依據相應的造價關系得出：防滲墻隨深度的增加，防滲處理總造價依次為18396.47萬元、18922.52萬元、19037.62萬元、19298.43萬元和19613.07萬元，工程總造價的幅度變小范圍較小。

2.2 滲流分析

滲流分析采用二維滲流計算程序UNSST2軟件，計算水庫在正常蓄水位條件下的滲漏量，輸入相關數據之后得到如下結果。

分析上表可知，隨著防滲墻深度的增加，灌漿帷幕體承受的水頭及水力坡降呈增大的趨勢，壩基滲漏量變化幅度不大。

2.3 防滲墻和灌漿帷幕深度最優組合選擇

通過以上分析可知，隨著防滲墻深度的增加，工程資金投入的增加幅度變化不大，但工程施工的難度卻成正比例增加，并且到一定深度值之后，施工難度系數成倍增加。因此，綜合考慮之后確定從80m和85m二者之中確定最佳防滲墻深度，并從技術層面、防滲可靠性、施工、投資和施工組織五個方面綜合分析二者的優劣。

圖1 上墻下幕結構示意圖

表1 各方案滲流計算結果

（1）技術層面分析。為避免下部帷幕灌漿施工不在壩基下部砂層中進行，防滲墻深度必須達到壩基下砂層透鏡體下方一定距離。80m防滲墻雖也穿過砂層透鏡體，但如與下部10m高帷幕搭接后，帷幕頂部與上部砂層透鏡體的距離較近，局部可能在砂層透鏡體內，而目前的施工技術又不可能嚴格控制灌漿質量。防滲墻深度在80m～100m范圍內均可達到工程要求的防滲效果，滲漏量在允許范圍內，墻深增加只對工程投資有影響，對壩基滲漏量控制效果不明顯。

圖2 監測點布設示意圖

圖3 蓄水期間0+160斷面不同距離處滲壓計水位過程線

（2）防滲可靠性。防滲墻深度越深，防滲可靠性越高，但工程難度隨之增大。

（3）施工角度分析。80m和85m防滲墻的施工難度相當，而85m深度防滲墻的的施工工效則略偏低與80m防滲墻，并且隨深度的增加施工工效逐漸降低，而防滲可靠性則逐漸增加，因此，從施工角度分析更加偏向于85m防滲墻。相對于其他深度防滲墻，85m深度防滲墻施工相對簡單，并且工效穩定，墻體的施工質量更加易于控制。

（4）工程投資。從工程投資角度分析，防滲墻深度越小工程投資越少，綜合造價分析85m防滲墻比80m防滲墻投入資金要多1.75%。

（5）施工組織安排。受工程場地限制，左岸場地較小，不能同時實施深孔鉆孔與帷幕灌漿，所以必須在結束上一部分施工后才能進入下一部分施工。因此，左岸壩基防滲墻施工進度是整個防滲處理的一個關鍵因素。85m防滲墻具有較高的施工工效，防滲墻工程施工工期較短，給下部分帷幕灌漿預留出充分的時間，保證了帷幕灌漿施工質量。

綜上分析可知，在整合各方面因素的基礎上，85m防滲墻與帷幕灌漿的組合是最優的。

3 壩基防滲效果分析

在確定最優組合方案基礎上，為掌握下坂地水庫深厚覆蓋層壩基“上墻下幕”最優化防滲組合及工程施工效果，需對垂直防滲墻附近的滲流量進行監測，以便了解大壩的運行狀況，確保水庫大壩的安全。

3.1 滲流監測點布設

結合工程實際地質條件，混凝土防滲墻監測點布設在三處，即斷面0+160m、斷面0+221m和斷面0+294m處，監測點布設如圖2所示。三處防滲監測點能夠全面掌握防滲墻的滲漏情況，在同一斷面的不同地點觀測水位過程線變化，文章以典型斷面0+160m上游6m、下游10m、70m和140m處作為數據分析基礎，并在各觀測垂線設置多處觀測點，以求數據的準確性。

3.2 監測結果分析

水庫大壩建成并處于正常蓄水期間進行數據觀測，觀測時間從1月份到11月份，數據觀測結果如圖3所示。分析圖3（a）可知，斷面0+160 m上游水位隨著水庫上游水位的上漲而上升，觀測滲壓計的壓力也隨之上漲，滲壓計上升的速率為0.083m/d～0.105m/d，反映在上游水位的上升速率為 0.082m/d。分析圖 3（b）、（c）和（d）可知，下游水位的上升速率明顯偏小，滲壓計的上升速率為0.003 m/d～0.047m/d，低于上游滲壓計的0.082m/d～0.104m/d，水位上漲幅度也明顯偏低。綜上分析可以得出，水庫在正常蓄水期間，大壩整體防滲效果良好，大壩滲漏量在水庫安全運行允許范圍內，表明下坂地水庫深厚覆蓋層壩基“上墻下幕”垂直防滲結構取得了良好的工程防滲效果。

5 結語

對于特殊地質條件的壩基防滲加固仍屬技術難題，尤其對于高原地區深厚覆蓋層壩基防滲處理方案。在嘗試應用新型防滲方案基礎上，仍需要進一步進行方案優化。新疆下坂地壩基防滲方案優化從技術層面、防滲可靠性、施工、投資和施工組織多個角度分析，確定了最優化的防滲墻和灌漿帷幕深度組合方案，并通過多年的工程實踐驗證了方案優化效果的明顯性，值得相關工程施工借鑒。陜西水利

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