濟南市溝里水庫庫底防滲設計分析

劉莉莉，徐運海，鞏向峰

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

溝里水庫位于牟汶河支流蓮花河上，控制流域面積44.6 km2，設計總庫容1 033萬m3，屬中型水庫。水庫于1965年7月建成，水庫以防洪為主，兼顧工業供水、農業灌溉等。華能萊蕪電廠建于1972年，位于庫區上游，前期華能萊蕪電廠的粉煤灰大多排入河道匯入庫區。根據2015年實測資料，到2015年6月，水庫興利水位以下庫內粉煤灰與泥沙淤積量共計168.43萬m3，興利水位以下庫容僅554.57萬m3，因水庫滲漏嚴重，無法發揮正常作用。增容后水庫總庫容1 129萬m3，仍為中型水庫。

1 庫區工程地質

1.1 地層巖性

庫區地層巖性主要有兩部分組成，上部為第四系覆蓋層，下覆基巖；庫區內第四系覆蓋層分布廣泛，自上而下分別為：

庫區廣泛分布著石灰巖，庫底及庫岸巖性主要有奧陶系中統八陡組（OMbd）灰色厚層泥晶質純灰巖、閣莊組（OMg）的薄層微晶膏溶云泥巖夾白云巖和奧陶系下統五陽山組（OMw）的灰色厚層泥晶灰巖。

1.2 庫區擴挖增容工程地質評價

庫區基巖上覆土層分布、滲透性不均勻，不能形成連續分布的防滲體，基巖內巖溶滲漏通道為網絡狀，局部防滲措施不能解決滲漏問題；又由于巖溶、斷層等在基巖中發育深度大，也不能采用垂直防滲措施，因此溝里水庫只能采取庫底水平防滲結合庫岸防滲的型式。庫區地形相對平坦，河道比降較小，兩岸岸坡高度較低，也適合采取水平防滲，因此本水庫采取兩布一膜防滲是適宜的，但需注意以下一些問題。

庫區巖溶發育，且可能隨時間加劇發展。勘探遇到溶洞的鉆孔數占總鉆孔數的12%，局部頂板厚度僅有0.3 m，水庫蓄水后抬高水頭較高，巖溶上部壓力增加較多，可能出現巖溶塌陷問題，因此建議對溶洞提前進行灌漿及混凝土充填處理，對頂板厚度小于0.5～1.0 m的溶洞，開挖后充填混凝土；對頂板厚度1.0～1.25 m的溶洞以及頂板厚5 m內無充填物的溶洞，灌水泥漿防止其蓄水后塌陷引起防滲體破壞。

吳家嶺水位觀測井2000—2015年平均最高地下水位為174.35 m，則多年來溝里水庫庫區最高地下水位低于現狀最低庫底高程，也低于增容工程庫底清淤擴挖最低高程較多，地下水變化區間遠離第四系覆蓋層，因此地下水變化不會對庫區防滲體造成影響。但考慮到汛期地表來水可能很快，沿庫岸進入防滲體底部后，來不及下滲補給地下水，從而壅高水位，短時間內呈現承壓狀態，若防滲體上部重量不足可能造成防滲體上浮破壞，或者造成防滲體墊層沖刷破壞。

2 防滲方案

庫岸采用復合土工膜防滲，面積8.9萬m2；庫底采用兩布一膜防滲，面積95.3萬m2。庫底土工布和土工膜要求分開鋪設，庫底自上而下分別為：厚0.6 m回填土、重200 g/m2土工布、厚0.5 mmPE膜、重200 g/m2土工布、支持層壓實。在施工過程中，對清淤后的庫底進行整平壓實后，鋪設兩布一膜防滲層。庫底防滲層包括支持層、排水排氣層、防滲層和保護層。

1）支持層。庫底整平壓實至設計高程后作為兩布一膜防滲的支持層，庫底壓實度不低于0.92，為防止防滲層被刺破，支持層表面不得有樹根、蘆葦、巖石尖角等突出物。對于底部為卵石的底層，需進行基礎處理。

2）排水排氣層。為解決庫底鋪膜下的排水、排氣問題，在鋪膜下方設置縱橫交織的軟式透水管。垂直水流向每隔20 m設一道橫向排水、排氣溝，通至庫區兩側護岸，并沿護岸鋪設至岸頂，溝槽尺寸280 mm×280 mm，槽內敷設φ80 mm軟式透水管，并用粗砂回填，共計108條。順水流方向設5道縱向排水、排氣溝，溝槽尺寸350 mm×350 mm，槽內敷設φ150 mm軟式透水管，并用粗砂回填。沿縱向排水、排氣溝每100 m設一套逆止閥，共計103套。溝槽、軟式透水管通至庫區兩側護岸，并沿護岸鋪設至岸頂。同時，為增加排水、排氣的可靠性，在庫底0+000～1+100段水平鋪設一層粗砂墊層，厚0.10 m。

3）排氣口設計。排氣口設在新建庫岸頂部，結合警示柱布設，警示柱高為0.7 m，斷面尺寸0.2 m×0.2 m，內置D50PVC排氣管，孔內可填碎石。

4）防滲層。防滲層選用兩布一膜，其中，土工膜采用厚0.5 mmPE-HD膜，上、下層均為200 g/m2的土工布。土工膜采用焊接。土工膜和土工布等需分別滿足GB/T17643-2011及GB/T17639-2008國家標準。

5）保護層。頂部土工布以上保護層厚0.6 m，其中，回填土厚度0.5 m，壓實度0.92；為滿足抗沖要求，在庫底范圍內表層回填一層開挖的卵石，厚0.1 m。土工布以上回填土應優先采用庫區開挖的礫石壤土。

3 土工膜支持層基礎處理

3.1 開挖后地層情況

庫區開挖后土層分別為砂礫質壤土、中粗砂、卵石、粉煤灰、沖填土、砂質黏土、巖石，面積分別為 28.89、20.68、36.54、3.9、0.4、3.44、1.41 萬 m2。

根據設計，開挖后一般（3）層砂礫質壤土和（4）層中粗砂揭露，根據室內試驗指標，砂礫質壤土具有高壓縮性，剩余層厚也不均勻，會產生沉降量較大及不均勻沉降問題，故防滲施工前應進行壓實，對卵石層進行反濾處理。

3.2 支持層基礎處理

開挖后底部卵石底層的面積36.54萬m2，需增加反濾措施。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）反濾設計要求，對于不均勻系數Cu＞8 的被保護土，宜取 Cu＜5～8 的細粒部分 d15、d85做為計算粒徑；對于級配不連續的被保護土，應取級配曲線平段以下（一般是1～5 mm粒徑）細粒部分的d15、d85做為計算粒徑。

被保護為無黏性土且不均勻系數Cu＜5～8時，第一層反濾級配按下式確定：

式中：D15為反濾料粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d15為被保護土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d85

為被保護土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的85%。

本工程中，卵石層被保護土不均勻系數Cu達193.32，需按規范調整計算粒徑，調整后卵石顆粒級配見表1。

表1調整后卵石層被保護土計算顆粒級配表

中砂反濾料D15為0.268，對于卵石層其d15為 0.05 mm，d85為2.88 mm；則 D15/d85=0.093＜4～5。

D15/d15=5.36≥5，說明滿足要求，采用厚30 cm開挖的中粗砂即可。

4 結語

濟南市萊蕪區溝里水庫增容工程設計中，采用全斷面土工膜防滲方案，這在山區水庫中鮮見。庫區開挖后土層分別為砂礫質壤土、中粗砂、卵石、粉煤灰、沖填土、砂質黏土、巖石，庫底支持層處理較為復雜；通過對卵石層采取換砂反濾處理措施，保證了庫底的滲透穩定和水庫的安全運行。