龍門水庫防滲處理方案比選及治理效果分析

郎 穎

（撫順市水利勘測設計研究院有限公司，遼寧 撫順 113008）

0 引 言

龍門水庫修建于建國初期，當地村民為解決農田灌溉問題，采用當時土方法修建的簡易水庫，水庫自建成以后一直滲漏，根本存不住水，滲漏問題是這個水庫的最大隱患。用抓斗挖掘機在壩前開槽作地下連續墻和帷幕灌漿來解決水庫防滲問題，這種方法同時也是國內外比較常用的方法。防滲墻材料通常采用C5塑性混凝土（水泥中摻用膨潤土），它的特性是有一定的塑性，能夠適應微量變形，滲透系數能達到10-8cm/s，此種方法防滲效果良好。

1 工程概況

龍門水庫位于繞陽河支流黑魚溝河上，北鎮市龍崗子村境內，以防洪、灌溉、水產養殖、兼顧未來城市供水為主的小(1)型水庫。壩址以上流域面積13.4km2，河道長5.74km，河道比降91.6‰。水庫總庫容為147.78萬m3，樞紐等別為IV等，永久性建筑物為4級。水庫包括主壩、副壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成。主壩壩長164.46m，副壩壩長637.21m，大壩上游坡比為1:3.5，下游坡比為1:2.5，上游坡采用0.3m厚的塊石護坡，0.2m厚的碎石和0.1m厚砂墊層，下游坡采用0.2m厚的碎石墊層和0.1m厚的砂墊層，坡腳設貼坡排水體。

溢洪道開敞式正槽溢洪道，由進口段、堰體控制段、收縮段、陡槽段、消力池和下游海漫段組成。堰型為駝峰堰，溢流堰凈寬40m，堰高0.5m。

輸水洞洞中心線位于大壩樁號0+137.71處，為0.75m×0.75m方形有壓洞，洞全長77m。

2 工程地質概況

2.1 壩體（主壩）與壩基評價

主壩壩體內部由人工夯實的粉土組成，壩殼由黏性土混合砂礫組成，勘測期壩體內外水位差4.1m，由水庫內滲流出的水匯聚于壩體外側輸水洞出口，此處屬嚴重漏水段之一，壩基中風化花崗巖滲透性等級為弱-中等透水，判定壩體出現的滲流現象主要為庫水通過巖基裂隙向庫外滲流及壩體與壩基之間也存在滲流。壩體物理力學指標統計表，見表1。

表1 壩體物理力學指標統計表

2.2 壩肩條件及評價

據壩肩位置鉆孔揭露地層情況，壩肩與壩體基巖之間接觸部位為第四系坡殘積形成的含礫粉質黏土⑤層。壩肩的物理力學性質指標、滲透特性，統計結果詳見巖土物理力學指標統計表（表2）[1]。

表2 巖土物理力學指標統計表

2.3 副壩工程地質條件及評價

副壩位于主壩左側，為天然岸坡。據鉆孔揭露地層情況，副壩屬天然岸坡，上部主要由粉土層、礫砂層組成，下部為基巖。庫水通過礫砂層大量向庫外滲流。副壩物理力學性質指標等統計結果詳見巖土物理力學指標統計表（表3）。

表3 巖土物理力學指標統計表

2.4 溢洪道工程地質條件及評價

據溢洪道位置鉆孔揭露地層情況，溢洪道內地層由素填土層、粉土層、礫砂層組成。溢洪道出口外側河床內，存在滲流現象，根據現場調查，水庫內水面與溢洪道出口外側水面高差約3.8m，雨季時隨著水庫內水位升高，溢洪道出口外側滲流現象較強。判定溢洪道出現的滲流現象，主要為水庫內水體通過礫砂層向庫外滲流。溢洪道物理力學性質指標、滲透特性及防沖特性，統計結果詳見巖土物理力學指標統計表（表4）。

表4 巖土物理力學指標統計表

2.5 輸水洞工程地質條件及評價

輸水洞結構型式為漿砌石方涵，洞徑0.75m，洞長60m。輸水洞圍巖主要為強風化花崗巖，根據現場調查，輸水洞出口段現已破壞，輸水洞出口外側存在滲流現象[2]。

3 水庫滲漏分析

龍門水庫于1956年興建，1958年完工，至今樞紐工程已經運行57a，主要建筑物都存在安全隱患，水庫一直存在滲漏問題，主要表現在：

主壩部分基槽處理不徹底，只開挖到全風化巖，全風化巖透水性為2.5×10-3cm/s，是大壩產生滲漏主要原因之一。

副壩基礎為透水性很強最大厚度達17.9m的砂礫層組成，基巖埋深比主壩和溢洪道還低，屬于古河道，通過此層大量庫水向庫外滲漏。由于施工時壩體碾壓不密實， 填筑質量很差，在壩體沉陷過程中，岸坡接觸部位很容易產生裂縫，從而產生漏水通道。

溢洪道布置不合理，原為古河道，基礎為強透水的砂礫石層組成， 溢洪道出口外側河床內，存在滲流現象，雨季時隨著水庫內水位升高，溢洪道出口外側滲流現象較強。

輸水洞下游有滲水坑，分析原因由于壩體與輸水洞接觸部位碾壓不密實造成的滲漏。

4 大壩防滲加固方案比較

4.1 地下防滲線路比選

水庫庫區主壩部位及大壩右岸山體巖脈延伸，其余部位均為第四系沖積臺地，副壩上游與交通道路相接的部位巖基埋深最低，砂礫石層最厚，是古河道，故副壩防滲墻繼續往上游延伸沿公路往山坡封閉較為經濟，本次設計采用沿公路封閉方案[3]。

經鉆探資料顯示，在河流左岸副壩基礎，副壩壩坡外側比內側基礎砂礫石層厚度加深現象，因此，防滲處理還是在位于副壩內側進行是最合適最經濟的封閉方案。

4.2 防滲方案比選

4.2.1 擬比選防滲方案

方案一：防滲墻和帷幕灌漿方案。

在副壩上游坡腳用液壓抓斗機開0.4m寬的槽，挖至全風化巖層，在槽內放入間距為1m的鋼管，澆注C5塑性混凝土，待混凝土強度達到80%后，對巖基進行鉆孔至中風化巖層，進行帷幕灌漿防滲[4]。防滲處理范圍為大壩樁號0+000~0+901.67，包括主壩、副壩、溢洪道堰體和公路基礎。

方案二：高壓擺噴灌漿方案。

在大壩上游坡腳用150型地質鉆機鉆孔至全風化巖層，高壓臺車就位，安裝管路，對孔內進行高壓噴射灌漿。灌漿范圍大壩樁號0+000~0+901.67，包括主壩、副壩、溢洪道堰體和公路基礎。

方案三：庫底土工膜防滲方案。

在整個庫底基礎土方開挖深度為0.4m，然后回填0.3m厚黏土層，進行土方壓實平整，在黏土層上鋪設土工膜，在土工膜上回填0.4m厚黏土層，土工膜上的黏土層鋪設高程為與主壩、副壩，副壩對岸岸坡坡腳黏土坡相接，然后進行土方壓實。

4.2.2 防滲方案的選擇

本次除險加固比較的3種方案為：大壩上游壩腳做混凝土防滲墻和帷幕灌漿（方案一）、大壩上游壩腳做高壓旋噴灌漿（方案二），庫底土工膜防滲方案（方案三），并根據其優、缺點和投資比較選擇最佳方案。

方案一：混凝土防滲墻和帷幕灌漿方案。

優點：防滲效果好， 使用年限長，投資較低，徹底解決水庫滲漏問題。

方案二：高壓旋噴灌漿方案。

缺點：只能灌至全風化巖，全風化巖以下無法進行防滲處理， 水庫運行后仍然會有少部分滲漏。投資造價較高。

方案三：庫底土工膜防滲方案。

優點：防滲效果好。

缺點：施工面積較大，工程質量很難保證，庫區無人管理，容易造成人為破壞，投資造價高。

大壩防滲方案投資比較表，見表5。

表5 大壩防滲方案投資比較表

經分析比較選投資最少，防滲效果較好的混凝土防滲墻和帷幕灌漿方案。

5 水庫防滲墻及帷幕灌漿布置

樁號0+000~0+100壩頂為山上，現狀高程滿足要求，對此段進行帷幕灌漿處理。

樁號0+100~0+164.46之間基巖埋深很淺，在大壩上游側的壩腳開挖到強風化巖底部，做2m寬，厚0.4m的混凝土蓋板，蓋板下鉆孔，做帷幕灌漿防滲處理，蓋板以上回填黏土防滲。主壩左右壩肩作開挖回填黏土防滲處理[5]。

樁號0+164.46~0+202.3之間壩基為較完整的強風化巖，在大壩上游壩腳只進行帷幕灌漿。

樁號0+202.3~0+237.2之間壩體與基巖之間存在較厚的砂礫石層，進行防滲墻和帷幕灌漿處理。

溢洪道基礎為砂礫石層，在溢洪道左右岸導流墻基礎和上游堰體下進行防滲墻和帷幕灌漿處理。

樁號0+237.2~0+901.67之間副壩壩基為較厚的砂礫石層，進行防滲墻和帷幕灌處理漿[6]。

6 結 語

因為滲漏會造成水庫的水量損失，水庫蓄不住水，無法實現水庫效益，通過防滲處理能夠使水庫正常發揮效益。所以龍門水庫攔河壩的防滲問題是水庫除險加固的重要問題，龍門水庫攔河壩采用400mm厚C5塑性混凝土防滲墻及防滲墻下帷幕灌漿方案，用抓斗挖掘機開挖過程中會遇到大卵石挖不到基巖的特殊情況，防滲墻下帷幕灌漿能夠補救此種缺陷，抓斗開挖深度突變處很可能是遇到大卵石地段，此處灌漿量也突增，遇到此種情況應加密灌漿的方法處理。防滲墻下灌漿能夠徹底解決了壩下滲漏問題，龍門水庫大壩滲漏問題經采用混凝土地下連續墻和帷幕灌漿方法處理后，幾年運行效果良好。