南水北調雙王城水庫截滲技術方案分析

于 云 ，張東霞 ，侯彩云

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.山東創元水務有限公司，山東 濟南 250001）

雙王城水庫位于壽光市北部的臥鋪鄉寇家塢村北廢棄水庫處，距離市區約31km，是南水北調東線膠東干線工程的重要調蓄水庫。由于水庫修建在黃河下游沖積平原地區，水庫壩基可能發生滲漏、滲透變形，尤其可導致壩下游沼澤化，次生鹽漬化和農田浸沒，因此需采取防滲技術。平原水庫主要防滲方案有垂直防滲、水平防滲，根據水庫選址的地質條件，在水庫壩基滲漏條件分析的基礎上，對“垂直防滲”“水平防滲”和“垂直+水平”3種防滲方案進行綜合分析比較，選取最優方案。

1 水庫壩基滲漏條件分析

按照一般性鉆孔資料（孔深35.0m），壩基下伏地層分為11層；11層以下地層，控制性鉆孔資料（孔深50.0m）揭示，分布巖性為砂壤土和粉細砂、中細砂，均具中等～強透水性。

壩基11層地層中，主要巖性為砂壤土、壤土，局部夾粉細砂及黏土透鏡體，經現場水文地質試驗及室內試驗，除⑨層壤土、（11）層重壤土滲透系數相對較小外，其他地層均為中等透水層。由此可以看出，采取垂直截滲方案可以利用的相對不透水層為⑨層壤土、（11）層重壤土。而（11）層重壤土以下分布巨厚層的中等透水至強透水層，對上部含水層存在越流補給問題，若以（11）層重壤土作為相對不透水層截滲處理，處理不當容易造成上部地下水透壤土作為相對不透水層為宜。

初步設計階段勘察時，查明了⑨層壤土分布特征，并進行現場抽水試驗，該層滲透系數范圍值為 0.23～1.27×10-4cm/s，屬弱透水～中等透水層，分布不連續，厚薄不均，在樁號2+186～2+611、3+458～4+854 段該層缺失，而且，1+790～2+186 段最小厚度只有 1.50～1.70m；2+710～3+038段為夾雜砂壤土透鏡體，使該層變薄，最小厚度0.80m；7+983～8+200 段厚度 0.60～1.60m；8+400～9+590段厚度 1.00～2.80m，達不到《南水北調工程平原水庫技術規程》（NSBD13-2009）對相對不透水層厚度“滿足滲透穩定需要，一般不小于 3～5m”的要求。

經多方面比較分析后，又對⑨層壤土缺失段進一步進行補充勘察工作，在該層缺失段庫內，根據庫區地質斷面布置勘察鉆孔，勘察工作分兩段進行，一段自樁號 2+060（S21 孔）～3+084（S31孔），距原壩軸線110～200m；另一段自樁號3+366（S34孔）～4+854（S49孔），距原壩軸線 160～190m。勘察資料顯示，⑨層壤土在兩段內均分布連續，但厚薄不均。樁號2+060（S21孔）～3+084（S31孔）段厚度 1.10～5.00m，層底高程-28.66～-25.90m，滲透系數 1.13～1.5×10-4cm/s。樁號 3+366（S34孔）～4+854（S49孔）段厚度 1.30～4.90m，層底高程-30.69～-26.64m，滲透系數 0.81～1.05×10-4cm/s。根據補充勘察地質資料，⑨層壤土分布基本連續，但是厚薄不均。綜合分析認為，⑨層壤土在整個壩址區均有分布，但厚度存在較大的不均勻性，在⑨層壤土分布較薄區段，可綜合考慮利用⑨層壤土、（11）層重壤土截滲。

2 防滲方案對比

壩基防滲方案分兩大類：一類是垂直截滲；另一類是水平防滲。

2.1 垂直截滲方案

雙王城水庫垂直截滲制定了5個方案，分別是深層攪拌樁防滲墻、薄混凝土防滲墻、垂直鋪塑、振動切槽防滲墻、高噴灌漿水泥土防滲墻。鑒于鉆探深度內，⑤⑥⑦⑧層土料的滲透系數皆為2.43×10-4cm/s，以⑨層壤土作為相對不透水層。根據各施工工藝的最優深度，設計深層攪拌樁防滲墻底進入⑤層土料1.00m，墻體平均深度15.0m，厚度0.3m；薄混凝土防滲墻、振動成槽防滲墻底進入⑨層土料1.0m，墻體平均深度28.0m，厚度0.3m、0.2m。深層攪拌樁防滲墻滲透系數為5×10-6cm/s、薄混凝土防滲墻的滲透系數為1×10-7cm/s，垂直鋪塑的滲透系數為 1×10-9cm/s，振動成槽防滲墻的滲透系數為5×10-7cm/s。垂直鋪塑工藝的最適宜施工深度是8～10m，且由于塑膜之間的搭接、設備工藝受限制等因素，嚴重影響防滲效果，深層攪拌樁防滲墻適宜施工深度是10～15m，因此兩方案不再進行進一步的計算比較。計算結果詳見表1。

表1 雙王城水庫垂直防滲墻方案比較表

2.2 水平防滲方案

設計水平防滲方案時，首先對鋪設0.3mm厚的聚乙烯膜和兩布一膜的復合土工膜（150（g/m2）/0.3mm/150（g/m2））進行了單價比較，施工工藝皆為：推開0.6m的土，碾壓密實，鋪膜，回填土，碾壓密實。前者受施工影響大，易受損壞，造價為15.02元/m2，后者受施工影響小，造價為27.67元/m2。基于工程運行安全可靠考慮，采用復合土工膜方案。

水平防滲效果隨防滲設施長度的不同而變化。選定9.0m水深，計算不同鋪膜長度的防滲效果，優選確定最佳水平防滲長度。計算庫內設100m、300m、500m長及庫底全鋪水平塑膜4種防滲方案。復合土工膜的滲透系數取1×10-9cm/s。計算結果見表2。

由表2可知，100m長水平塑膜鋪蓋時，造價低，但年滲漏量1247萬m3，防滲效果不理想，年滲漏損失較大；500m長水平塑膜鋪蓋與300m相比，防滲較果已大大降低，年滲漏量雖然小，但工程造價高，不經濟；庫底全鋪塑膜防滲方案防滲效果最好，一次性投資太大；300m長水平塑膜鋪蓋時，年滲漏量750萬m3（未考慮施工破壞形成空洞，引起的滲漏量），防滲效果較理想，投資適中，是最佳水平防滲長度范圍。

表2 各防滲方案防滲效果比較表

3 防滲方案優選

采用薄混凝土防滲墻結構形式時，年滲漏量為932萬m3、投資7652.7萬元；采用振動切槽防滲墻結構形式時，年滲漏量為1012萬m3、投資7254.1萬元；采用300m長水平塑膜鋪蓋時，年滲漏量為750萬m3，若考慮施工破壞形成空洞引起的滲漏量約4220萬m3（0.04m3/（d·m-2）、投資7999萬元。從防滲功能、經濟方面考慮，3個方案都可行，但從施工工藝成熟性、工程安全可靠度方面考慮，推薦采用防滲效果顯著、施工技術成熟、防滲安全可靠度高、工程投資適中的薄混凝土防滲墻方案。

南水北調雙王城水庫采用薄混凝土防滲方案，已經于2013年6月建設完成，運行近6年來，平均年滲漏量為363.6m3，低于設計要求，防滲效果良好。