斜板混凝土防滲墻在砂礫石層河道工程中的應用

□賈鵬生 □張國輝 □張 雅（南陽市水利建筑勘測設計院）

隨著國民經濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對城市生態(tài)和水環(huán)境的改善提出了更高的要求。近年來，為了保持一定面積的水面景觀，提高城區(qū)段地下水位，提高城市用水保證率，減少城市地下水漏斗化，北方城區(qū)中、中小河道治理過程中建造了許多橡膠壩攔蓄河水工程。為了保護所形成的碧水藍天、生機盎然的水景觀，減少水資源浪費，確保工程安全，所有工程均進行了防滲、抗沖處理。但在砂礫石層河床上，如何結合工程實際解決防滲抗沖問題受到了技術、設備和資金等多方面的制約。結合河南省南陽市內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩工程在砂礫石層河床上采用斜板防滲墻，能較好地解決該類問題。

1.工程概況

內鄉(xiāng)縣位于河南省西南部，伏牛山南麓，南陽盆地西沿，地處北亞熱帶北部邊緣，年平均氣溫15.1℃。多年平均降雨量780m m，降雨年際變化大，年內分配不均勻，主要集中在6-9月，約占全年降雨量的61.8%。湍河為唐白河水系白河右岸較大的一條支流，發(fā)源于內鄉(xiāng)縣夏館鎮(zhèn)，全長216.3km，流域面積4946km2；湍河是內鄉(xiāng)縣主要河流，也是內鄉(xiāng)縣城的主要供水水源，內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩位于寧西鐵路橋下游300m處，壩址以上河道長度110.3km，流域面積1376km2，多年平均徑流深314.9m m，多年平均徑流量4.33億m3。經計算湍河橡膠壩壩址處設計洪峰流量為QP=5%=3030m3/s，校核洪峰流量為QP=2%=3920m3/s。

內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩總長337.8m，正常擋水位158.50m，回水至宛坪高速橋上游，建成后可形成水面面積57.6萬m2，靜態(tài)蓄水量99.2萬m3。橡膠壩建成擋水后，不僅能形成秀美的水面景觀，同時有助于抬高地下水位，補充縣城地下水量，減少城市漏斗化，對縣城供水起著重要的作用。

2.工程地質

內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩壩軸線地層巖性主要為第四系全新統沖洪積物、第三系砂質粘土巖及白堊系粘土巖。

主要包括：層①細砂（Q4al+pl）：分布于湍河兩岸一級階地上，該層底板埋深2.3～3.4m，層厚2.3～3.4m。有效粒徑d10=0.118m m，平均粒徑d50=0.238m m，不均勻系數2.0，曲率系數1.65，級配較差。層②礫石（Q4al+pl）：分布于整個壩基，底板埋深4.9～8.9m，層厚4.9～5.8m。有效粒徑d10=0.35m m，平均粒徑d50=8.23m m，不均勻系數40.31，曲率系數1.56，級配較好。層③砂質粘土巖（N）分布于整個壩基，頂板埋深8.9～14.0m，層厚8.4～10.0m?？紫侗?.657，液性指數0.148，壓縮系數0.15M Pa-1，壓縮模量11.6M Pa，中壓縮性，承載力特征值260kPa。層④粘土巖（K）：分布于整個壩基，頂板埋深14.0～18.1m，揭露最大厚度16.0m。棕紅色，巖石呈弱風化狀態(tài)，致密堅硬，層狀構造，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水崩解軟化，強度降低。

該壩基不存在飽和砂土液化問題。壩基各單元巖土層最大層面坡度1.01%，壩基為均勻地基。層①細砂滲透系數50m/d，層②礫石滲透系數150m/d，屬極強透水，層③砂質粘土巖，滲透系數3.70×10－6cm/s，微透水，層④粘土巖屬微透水。

層①細砂及層②礫石層的抗剪強度指標為：層①細砂C=0，φ=23.0°，摩擦系數f=0.42；層②礫石 C=0，φ=27.5°，摩擦系數f=0.52；層③砂質粘土巖C=36.5kPa，φ=18.5°，摩擦系數f=0.33。層②礫石J允=0.18。

3.工程布置

內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩工程主要包括橡膠壩主體工程、邊墻及左右岸護岸工程和控制室工程等。

橡膠壩壩址上游河床整平高程155.40m，下游河床整平高程155.30m。橡膠壩底板定為155.70m，壩頂高程為158.50m，壩高2.8m，最高擋水位為158.80m，臺地高程159.10m。

橡膠壩總長337.8m，共分4個壩段，每個壩段84m，中墩厚0.6m，凈高2.8m，底板高程為155.70m，設計正常擋水位158.50m。壩底板順水流方向長度8.4m，底板厚0.8m，C20鋼筋混凝土結構。上游為5m C20鋼筋混凝土防滲鋪蓋和C20混凝土防滲斜墻，伸入基礎泥巖1m，邊坡1：2。下游設12m長，0.6m深消力池，池后為18m長的砌石海漫及10.25m長的拋石防沖槽。邊墩基礎座于砂礫石層上，采用鋼筋混凝土懸臂結構，前趾兼作壩底板，基底總寬7.1m，頂高程159.10m，與左、右岸平臺相齊平，邊墩順水流向長度同壩底板8.4m，兩側設垂直止水與上、下游翼墻相接。墩頂高程159.10m，墻高4.2～6.9m。

控制室是操縱橡膠壩充脹和排空坍落的機電設備及附屬設施的維護結構。為了節(jié)約投資和方便交通，控制室布置在橡膠壩右岸的臺地上，矩形結構，平面軸線間尺寸為4.46m×6.56m，共3層。

橡膠壩已于2008年3月份開工，2008年5月竣工并投入運用。

4.方案比選

橡膠壩壩址處河床149.56m以下為砂質粘土巖層，微透水，其上部為礫石層，強透水性，根據這一地層覆蓋情況，壩底板座于透水層上，需對上游進行防滲防沖處理，內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩工程在防滲方面主要采取水平鋼筋混凝土鋪蓋方案、水平鋪蓋+高噴灌漿方案、水平鋪蓋+直立混凝土防滲墻方案、水平鋪蓋+斜混凝土防滲墻方案、深基礎方案等方案進行比選：

4.1 水平鋼筋混凝土鋪蓋方案

在壩底板上游做C20鋼筋混凝土防滲鋪蓋，長15m，分為2塊，頂部高程155.40m，厚30cm，端部設C15混凝土重力式擋墻防沖，深2m。該方案施工經驗較成熟，工程費用較少，但防滲效果不如垂直防滲，不能解決防沖問題。

4.2 水平鋪蓋+高噴灌漿方案

在壩底板上游做C20鋼筋混凝土防滲鋪蓋，長10m，頂部高程155.40m，厚30cm，端部設高噴灌漿深入砂質粘土巖≥1m。根據該處地質條件，礫石粒徑較大，高噴灌漿難以實施或實施后效果難以保證。某水庫采用高噴灌漿解決壩基滲漏問題，壩基砂卵石層粒徑及含量與本工程類似，根據施工后情況看，效果不是很好，故本工程不推薦該方案。

4.3 水平鋪蓋+直立混凝土防滲墻方案

在壩底板上游做C20混凝土防滲鋪蓋，長5m，頂部高程155.40m，厚30cm，在鋪蓋前端部設C20混凝土防滲直墻，墻厚40cm，防滲墻頂深入鋪蓋30cm，防滲墻下部深入砂質粘土巖不＜1m?；炷练罎B墻采用明挖澆筑，開挖邊坡1:2，底寬2m。該方案采用垂直防滲，防滲效果好，且能解決上游防沖問題。但由于砂礫石層滲透系數達到150m/d，開挖量大，基坑排水量亦很大，對橡膠壩壩基有擾動，回填壓實標準高。本工程不推薦該方案。

4.4 水平鋪蓋+斜混凝土防滲墻方案

在壩底板上游做C20混凝土防滲鋪蓋，長5m，頂部高程155.40m，厚30cm，在鋪蓋前端部設C20混凝土防滲墻，混凝土防滲墻采用明挖澆筑，開挖邊坡1:2，底寬2m。防滲墻依照下游的1:2開挖邊坡澆筑，防滲墻厚0.4m。防滲墻頂部與鋪蓋間設止水連接，防滲墻下部深入砂質粘土巖≥1.0m。本方案與方案三防滲效果相當，能解決防滲、防沖問題，防滲墻單項工程量有所增加，但不擾動橡膠壩壩基，較好確保工程安全，回填無壓實要求，施工較方便，故采用該方案,見圖1。

圖1 水平鋪蓋+斜混凝土防滲墻方案設計圖

4.5 深基礎方案

對設計壩底板高程155.70m以下部分砂礫石基礎全部開挖，開挖至砂質粘土巖頂面以下≥1m。下部采用M u60M 7.5漿砌石砌筑，迎水面設C20鋼筋混凝土面板，面板厚50cm。深基礎方案壩底板前部不設鋪蓋，僅設置拋石防沖槽，取消下游海漫，消力池長度為7.5m。土砂方、壩體工程量太大，排水難度大，投資大，不推薦。

對以上各方案進行技術經濟比較見表1：

表1 防滲方案技術經濟比較表

因此，采用方案四作為推薦方案。

5.工程應用

內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩已于2008年施工完畢，防滲墻施工過程：首先采用機械開挖，然后采用人工整修邊坡，根據施工導流方案，從右岸逐塊向左岸澆注，齒墻段待基坑清理完畢后立即進行澆注，采用簡易木模板，混凝土初凝后不再拆模，直接回填。斜坡段采用滑模施工，簡單快捷。整個施工過程施工排水比原計劃少了1/3，待斜坡達到設計強度后，上層砂礫石層直接回填整平，不進行夯實，縮短了計劃工期，降低了投資。

內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩運行至今，防滲抗沖效果良好。

[1]南陽市水利建筑勘測設計院.《河南省內鄉(xiāng)縣湍河第三級橡膠壩工程設計說明書》[R].2008(3).

[2]韓陽等.橡膠壩工程防滲新技術的應用[J].《甘肅水利水電技術》,2006(2),42,159-160.

[3]張鐵楠.北方丘陵區(qū)城市河道梯級橡膠壩群規(guī)劃設計[J].《中國農村水利水電》2008(7),P71-73.