頂云哨水庫工程防滲方案的選擇

穆仁會

(貴州新中水工程有限公司，貴陽 550000)

0 引 言

水庫工程，其作為能夠為所處地區經濟發展、生產生活用水以及安全性提供保障的基礎設施，維護人民群眾生產生活安全穩定性的關鍵。然而，我國國土資源豐富，使得水庫工程建設易受所處水文地質條件復雜性與不穩定性影響，進而出現滲漏問題，這就大幅降低了工程項目運行控制的可靠性。防滲方案的慎重選擇，是改善這一現狀的有效方法。為此，工程建設者應結合實際工程項目對防滲控制局限與影響因素進行分析，以掌握設施防滲現狀。如此，就可為水庫工程防滲方案的科學合理確定提供技術支撐，進而使設施系統的運行效果充分發揮出來。

1 頂云哨水庫工程的防滲現狀

頂云哨水庫工程初步設計階段壩址的控制流域面積為1.17km2，主河道河長1.69km，河床平均比降75‰。設計壩型為高填充自密實混凝土砌石重力壩。所處河流南路河位于珠江流域北盤江水系三級支流，庫區范圍內主要發育有F1、F2斷層及次一級斷層f1、f2，經水庫滲漏分析，水庫蓄水后存在沿風化帶繞壩滲漏以及沿F1、f1、f2斷層滲漏，庫盆存在沿風化帶繞壩滲漏問題，工程所處的水文地質條件復雜，增加了防滲工程建設使用的控制難度。為此，工程建設者應對該水庫工程防滲現狀進行分析，即對不同防滲方式優勢缺陷進行掌握，進而確定最具適用性的方案。

經對頂云哨水庫工程實際建設情況進行分析，得出可供選擇的防滲處理方式有兩種，即垂直防滲與水平防滲。

垂直防滲是指，將灌注抗滲材料制成的連續豎向阻截滲流設施作用于與擋水建筑物相連的岸坡與地基內。如水泥土截水墻、混凝土防滲墻以及帷幕灌漿等，就可通過減少滲漏量進而達到防滲目標。其優勢在于耐久性好、強度高以及后期維護費用低。水平防滲是指，在地形條件允許下，與土壩斜墻防滲或是混凝土壩的壩體相連，以構建成防滲體。此防滲方式的整體性強、延展性好且變形適應能力強[1]。

在地形地質方面，右岸庫腰段F1斷層傾向庫盆，且在正常蓄水位以下穿過庫盆，為區域性陡傾角大斷層，影響帶8-10m，存在深層滲漏問題[2]。在施工技術條件方面，交通便利，工程地處地理位置及外部物資供應條件較好，工程所需建筑材料及其他產品可由當地或就近供應，施工條件相當。施工工藝方面，水平防滲采用新的防滲技術，是目前較先進的防滲工藝，施工速度較快。垂直防滲采用先導孔后注漿，也具有快速筑壩的特點[3]。如圖1所示，為水平防滲的剖面示意圖。

圖1水平防滲典型剖面圖

對于土工膜的選擇，工程永久擋水建筑物為5級，壩高為28.0m，水庫工程防滲系統建設應根據相關管理部門制定的規范標準，確定土工膜防滲級別為3級。此外，防滲控制應優先遵循安全可靠性、經濟性等原則選用土工膜。具體來說，土工膜的宜選用合成樹脂類的聚乙烯土工膜(PE)、聚氯乙烯土工膜(PVC)等；為了適應強度、變形和穩定的要求，可采用土工織物復合、加筋、表面加糙的土工膜；宜選用吹塑法、壓延法聲場的土工膜；應具有很好的抗滲透性、抗變形能力和耐久性；采用土工膜的性能指標應符合現行國家標準的有關規定。

由上述內容可知，頂云哨水庫工程防滲方案的選擇應從綜合性角度出發，來確定實際建設方案，進而保證工程建設使用的質量效果[4]。

2 頂云哨水庫工程防滲方案比選

2.1 防滲方案確定

1)水平防滲方案：

經水庫滲漏分析：水庫蓄水后存在沿風化帶繞壩滲漏、沿F1、f1斷層影響帶滲漏、沿溶隙滲漏問題，可通過工程防滲處理。

由于右岸庫腰段F1斷層傾向庫盆，且在正常蓄水位以下穿過庫盆，為區域性陡傾角大斷層，影響帶8-10m，存在深層滲漏問題，庫水通過斷層向右岸或者下游滲漏的可能性較大，采用垂直防滲不能處理庫腰段的滲漏問題，從而采取水平防滲。由于工程區淹沒面積較小，且庫盆位于三條斷層間的一斷夾塊里面，區內巖層產狀變化較大，風化層較深，整個庫盆采取水平防滲方案，水平防滲面積為54962m2。

2)垂直防滲方案：

防滲帷幕線沿軸線向兩岸布置，以正常蓄水位為防滲頂界，左岸延伸至夜郎組第二段中部(T1y2-2)泥巖地層地下水位與正常蓄水位的交界處，右岸發育有F1正斷層，在斷層影響帶建議加強防滲處理，加深帷幕下限防滲處理。防滲帷幕沿斷層走向布置，延伸至夜郎組第二段下部(T1y2-1)泥巖地層地下水位與正常蓄水位的交界處，河床延伸至(T1y2-1)揭露的第一層泥巖，防滲底界以巖體透水率≤5Lu為控制標準，進入至微新巖體，帷幕端點至正常蓄水位與地下水位線的交點，進入至微新巖體；按單排孔，孔間距2m布置；防滲線總長約503m，總防滲面積約18025m2。

由于庫水通過斷層向右岸或者下游滲漏的可能性較大，因此，采用垂直防滲處理庫腰段的滲漏問題不可靠，采取水平防滲方案更加安全可靠[5]。本工程水庫蓄水后存在沿風化帶繞壩滲漏、沿F1、f1斷層影響帶滲漏、沿溶隙滲漏問題，可通過水平防滲或垂直防滲處理。故本階段對水平防滲和垂直防滲進行防滲方案對比[6]。

根據施工安排，水平防滲方案工期為3個月，垂直防滲方案工期為3個月,兩種防滲方案施工工期相當，但垂直防滲制約水庫建成工期，故水平防滲方案具有一定優勢。從經濟角度來看，水平防滲布滿整個庫盆，水平防滲面積為54962m2，總投資620.66萬元。垂直防滲線總長約503m，總防滲面積約18025m2，總投資696.35萬元。工程投資方面，水平防滲較優。

綜合多方角度，即從地形地質條件、施工技術與條件、工程投資3個方面進行了比較，確定了水平防滲投資小且安全可靠。故，選取水平防滲為本工程的防滲方案。

2.2 土工膜選用

就目前來看，廣泛運用于市場環境的土工膜材料有：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)以及乙烯乙酸乙烯改性瀝青共混(ECB)等。其中乙烯乙酸乙烯改性瀝青共混土工膜(ECB)，主要運用于隧洞工程的防滲控制，很少運用于水利工程建設。對于水利工程建設來說，多采用聚乙烯(PE)土工膜，即高密度聚乙烯土工膜(HDPE)。故而，本工程防滲系統建設只從聚氯乙烯(PVC)與高密度聚乙烯(HDPE)土工膜中進行分析對比。

從防滲塑料薄膜，即土工膜特性角度分析，發現聚氯乙烯(PVC)土工膜采用的原料通常是聚氯乙烯，其是氯乙烯單體在過氧化物、偶氮化合物等引發劑，或在光、熱作用下按自由基聚合反應機理聚合而成的聚合物，生產工藝一般采用擠出壓延工藝，PVC土工膜幅寬為2-3m，土工膜價格為12.5元/m2。聚氯乙烯(PVC)土工膜的特點：比重較小，延伸性較強，適應變形能力高，耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。

研究表明，HDPE土工膜在被廣泛運用于各類工程領域環境，其主要成分為： 97.5% 的高密度聚乙烯、約2.5%碳黑、抗氧劑以及紫外線吸收劑等[7]。產品生產制造工藝多選用吹塑工藝，或是擠出壓延工藝。經對以往水庫工程建設采用HDPE土工膜實際情況進行分析，發現其防滲優勢體現在以下幾個方面：

1)防滲系數高，即1×10-17cm/s。

2)防滲使用溫度環境范圍在-70℃-110℃之間，具有很好的耐寒與耐熱性能。

3)因具備很好的抗張力強度能力，所以，工程項目提出的抗拉強度高標準要求能夠得到滿足。

4)化學穩定性高，是具有抗酸、抗堿以及抗油等物質腐蝕的材料。

5)耐候性突出，不僅具備很強的抗老化能力，還能在長期裸露環境下不受影響。

6)因整體性能高與比重小，能夠有效保證防滲工程建設的斷裂伸長率與抗拉強度。

7)可運用不同地質條件與氣候條件。

8)能夠很好適應不均勻沉降的應變性能。

9)生產制造使用的原生塑料與炭黑粒子優質，沒有防腐劑添加。

由于本工程的工程任務為供水，土工膜需布置在整個庫盆，最大水頭壓力為26.92m。通過上述比較，HDPE土工膜能較好的適應本工程的地形地質條件、工作水頭、工作環境，并具有耐久性好、延伸性較強、變形能力較高、耐腐蝕強、耐低溫能力強、抗凍性能較好、造價低等優點，經比較分析后本次設計選用HDPE土工膜為主要防滲材料進行水平防滲。工程的最大水頭壓力為26.92m，HDPE土工膜為厚2.0mm的雙糙面單膜。

在設計選用水庫工程防滲方案時，應對項目所處地質條件、經濟因素以及建設要求進行綜合比選，進而保證土工膜與各部位的防滲處理達到預期效果。

3 結 語

綜述所述，水庫工程防滲建設所處水文地質條件存在不穩定問題，對其控制，應結合工程建設要求、規范標準以及以往建設經驗，進而提高方案選擇、防滲處理方式以及土工膜使用的可靠性。事實證明，只有這樣，才能使最具適用性的防滲方案作用于實踐，進而服務于所處地區現代化經濟建設的全面發展進程。故，工程建設者應將上述分析內容與科研結果更多地作用于實踐，進而推動涉及行業的健康穩定發展。