仰天河水庫(kù)右壩肩防滲工程實(shí)施方案探析

劉紅娜

(周至縣水利工作隊(duì) 陜西 周至 710400)

1 概況

仰天河水庫(kù)位于西安市周至縣啞柏鎮(zhèn)西南3 k m處的兩河口村南，由東、西兩座水庫(kù)組成，是以灌溉為主兼有防洪和養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫(kù)，總庫(kù)容為215.43m3，其中東庫(kù)101.09萬(wàn)m3，西庫(kù)114.34萬(wàn)m3，灌溉面積1.078萬(wàn)畝。樞紐工程等別為Ⅳ等，按30年一遇洪水設(shè)計(jì)、300年一遇洪水校核。該水庫(kù)于1956年10月13日動(dòng)工興建，1957年9月26日順利完工。2010年3月順利完成水庫(kù)除險(xiǎn)加固。2010年9月9日周至地區(qū)普降大到暴雨，仰天河西庫(kù)蓄滿(mǎn)，溢洪道溢流，9月10日發(fā)現(xiàn)西庫(kù)壩背坡右壩肩出現(xiàn)滲流現(xiàn)象。

2 工程地質(zhì)

2.1 地質(zhì)概況

仰天河水庫(kù)位于關(guān)中盆地中部渭河南岸秦嶺北側(cè)三級(jí)洪積扇前部，地勢(shì)南高北低。仰天河中上游河谷呈“V”型發(fā)育，岸邊斜坡主要由洪積砂礫石夾粉質(zhì)壤土組成，下游庫(kù)區(qū)段河谷呈“U”型發(fā)育，庫(kù)岸邊坡由黃土、黃土狀壤土夾古土壤組成，庫(kù)岸邊坡已趨穩(wěn)定。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)普特征周期0.40 s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。庫(kù)區(qū)第四系覆蓋層厚度大于100 m，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造。

2.2 西庫(kù)右壩肩工程地質(zhì)條件

壩肩斜坡由仰天河一級(jí)階地堆積物組成，壩肩斜坡高17.0 m，坡比1∶1.0，按巖性從上到下分為三層：上部（高程465.1 m以上）為Q 4粉質(zhì)壤土夾黑壚土；中部砂礫石（高程465.1 m～460.8 m）層厚4.3 m，下部Q 2黃土狀壤土（高程460.8 m以下）。根據(jù)勘探試驗(yàn)資料分析，粉質(zhì)壤土夾黑壚土具濕陷性，濕陷起始?jí)毫sh=40 k P a～71 k P a，相對(duì)壓縮系數(shù) α1-2=0.60 M P a-1～1.12 M P a-1，工程性能較差；砂礫石層，稍密，強(qiáng)透水。黃土狀壤土夾砂礫石透鏡體弱透水，砂礫石層分布不連續(xù)。根據(jù)勘探試驗(yàn)資料分析西庫(kù)大壩存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，一是壩肩斜坡坡比大于1∶1.0，壩體與壩肩結(jié)合部位存在碾壓不實(shí)松軟土，在水庫(kù)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中局部發(fā)生了流土和管涌破壞，形成孔洞，實(shí)測(cè)滲漏量大于1560 m3/d，嚴(yán)重威脅水庫(kù)大壩安全運(yùn)行；二是沿砂礫石層繞壩滲漏明顯，必須進(jìn)行防滲處理。

2.3 西庫(kù)右岸地層結(jié)構(gòu)和滲漏分析

西庫(kù)右岸與東庫(kù)大壩下游溝谷之間的河間地塊寬80 c m～120 m，主要由一級(jí)階地堆積物組成。一級(jí)階地階面高程477.5 m～481.43 m，堆積層厚13.8 m～17.9 m，從上向下分為兩層，上部粉質(zhì)壤土層厚9.1 m～15.9 m，層底高程472.49 m～463.50 m，下部砂礫石層厚 1.8 m～6.0 m，層底高程 467.79 m～461.20 m。一級(jí)階地基座為三級(jí)洪積扇上部堆積的Q 2黃土狀壤土。粉質(zhì)壤土滲透系數(shù)K=1.14×10-3c m/s～6.08×10-3c m/s（6.08×10-3c m/s為除險(xiǎn)加固勘察時(shí)室內(nèi)試驗(yàn)資料），中等透水；砂礫石層滲透系數(shù)K=2.6×10-2c m/s～2.95×10-2c m/s，強(qiáng)透水；Q 2黃土狀壤土滲透系數(shù)K＜1×10-4c m/s，弱透水，夾砂礫石薄層和透鏡體。西庫(kù)右岸邊坡高6.0 m～7.2 m，坡腳高程471.5 m～472.5 m，砂礫石裸露，東庫(kù)大壩下游溝道地面高程470.03 m～472.3 m，低于砂礫石層頂面高程472.49 m。西庫(kù)右岸存在向東庫(kù)下游溝道產(chǎn)生鄰谷滲漏和繞壩滲漏的地質(zhì)條件，建議采用砼防滲墻切斷東西庫(kù)之間的粉質(zhì)壤土和砂礫石層，砼防滲墻應(yīng)深入階地基座Q 2黃土狀壤土層2.0 m～3.0 m。

3 仰天河水庫(kù)除險(xiǎn)加固階段壩肩防滲實(shí)施情況

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告可知，西庫(kù)右壩肩滲漏一是壩肩結(jié)合部位、二是壩肩砂礫石層的繞壩滲漏，砂礫石層厚1.8 m～2.0 m，層底高程461.20 m。在仰天河水庫(kù)除險(xiǎn)加固中，對(duì)于西庫(kù)右壩肩砂礫石層的滲漏采用了帷幕灌漿進(jìn)行處理，并于2009年實(shí)施完成。

仰天河西庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完成后水庫(kù)一直未蓄水。2010年9月9日周至地區(qū)普降大到暴雨，仰天河西庫(kù)蓄滿(mǎn)。9月10日發(fā)現(xiàn)壩背坡右壩肩出現(xiàn)滲流現(xiàn)象。根據(jù)滲漏情況，2010年10月，對(duì)右壩肩至溢洪道右岸設(shè)計(jì)了混凝土防滲墻工程，防滲墻工程位于已完成的圍幕灌漿上游側(cè)，總長(zhǎng)度98 m。該段防滲墻工程于2011年3月開(kāi)工，2011年6月完工。

4 現(xiàn)狀滲漏分析及防滲處理的必要性

2011年9 月～10月周至地區(qū)連降暴雨，仰天河水庫(kù)滿(mǎn)庫(kù)運(yùn)行，東庫(kù)庫(kù)水位480 m左右，在西庫(kù)右壩肩壩腳岸坡處、溢洪道出口處及東庫(kù)下游溝谷中出現(xiàn)明顯滲水。西庫(kù)右壩肩滲水量比2010年明顯減少，滲水量在1 L/s～2 L/s，水質(zhì)清澈。下游無(wú)明顯滲水點(diǎn)，形成的明流沿排洪溝向下游流淌，估算流量達(dá)300 L/s。

為了查明滲漏原因，周至縣水務(wù)局及時(shí)組織了建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及西庫(kù)防滲墻施工單位的人員實(shí)地查看了現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行了分析討論，會(huì)議認(rèn)為滲漏是嚴(yán)重的，但不會(huì)危及大壩安全，需進(jìn)行以下兩項(xiàng)工程：第一項(xiàng)對(duì)已施工完成的防滲墻進(jìn)行檢測(cè)；第二項(xiàng)補(bǔ)充東西庫(kù)間的地質(zhì)勘查工作。

2011年10月15 日，受業(yè)主委托，陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院對(duì)東西庫(kù)間的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了補(bǔ)勘，補(bǔ)勘結(jié)果確定：仰天河?xùn)|西水庫(kù)之間的河間地塊寬80 m～120 m，主要由二級(jí)階地堆積的粉質(zhì)壤土和砂礫石組成，二級(jí)階地堆積層上部粉質(zhì)壤土滲透系數(shù) K=1.14×10-3c m/s～6.08×10-3c m/s，中等透水；下部砂礫石層滲透系數(shù)K=2.60×10-2c m/s～2.95×10-2c m/s，強(qiáng)透水。根據(jù)勘探試驗(yàn)資料分析，仰天河水庫(kù)西庫(kù)存在向東庫(kù)下游溝道產(chǎn)生鄰谷滲漏的通道和向西庫(kù)大壩下游溝道繞壩滲漏的地質(zhì)條件。

已成西庫(kù)右壩肩防滲墻工程經(jīng)陜西省水利工程質(zhì)量檢測(cè)中心采用超聲波檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。西庫(kù)正常蓄水位477.00 m，東西庫(kù)間的砂礫石層主要分布在460 m～472 m高程，局部段（50 m）砂礫石透鏡體最低在455 m～457 m高程，水庫(kù)蓄水后，因?yàn)闈B漏通道未封閉，產(chǎn)生了西庫(kù)向東庫(kù)下游溝道鄰谷滲漏和向西庫(kù)大壩下游溝道繞壩滲漏。

仰天河水庫(kù)地處周至西部塬區(qū)，水庫(kù)天然來(lái)水徑流量不足，擬從鄰近流域泥峪及西駱峪利用農(nóng)灌渠道進(jìn)行補(bǔ)水。水庫(kù)產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏將影響水庫(kù)的正常蓄水，無(wú)法充分發(fā)揮水庫(kù)的功能和效益；同時(shí)由于滲漏使東西庫(kù)下游溝道內(nèi)的農(nóng)田被淹，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)造成一定損失。為充分發(fā)揮水庫(kù)效用，保護(hù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)的財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行防滲處理是十分必要的。

5 滲漏處理措施

5.1 滲漏處理方案

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，仰天河水庫(kù)東西水庫(kù)之間的滲漏通道是產(chǎn)生滲漏的主要原因，必須進(jìn)行封堵。綜合比較水庫(kù)防滲工程的可靠性，本次設(shè)計(jì)采用砼防滲墻方案。防滲墻布置從溢洪道右岸開(kāi)始，與已成防滲墻東端相接，終點(diǎn)位于東庫(kù)左壩肩，與東庫(kù)除險(xiǎn)加固防滲帷幕相接，總長(zhǎng)度180.2 m。防滲墻墻厚 40 c m，高分別為 24 m、15 m、13 m、11 m和11 m～15 m，長(zhǎng)度分別為 103 m、20 m、20 m、12 m及25.2 m。防滲墻施工時(shí)采用C Z-22型沖擊鉆機(jī)鉆孔，C 25砼澆筑。防滲墻墻底至不透水層以下2.0 m，墻頂位于水庫(kù)正常水位。防滲墻施工中對(duì)地面或路面挖除后，均按照原貌進(jìn)行恢復(fù)。

根據(jù)陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院補(bǔ)充地質(zhì)工作提供的地質(zhì)剖面圖，在新舊混凝土防滲墻銜接位置455.00高程新增有砂卵礫石夾層，因此本次新做防滲墻底高程進(jìn)行了相應(yīng)降低。

5.2 防滲墻施工

混凝土防滲墻施工的主要工藝流程為：造孔、清孔換漿、混凝土澆筑。

（1）施工平臺(tái)及導(dǎo)墻。施工平臺(tái)寬度6 m，導(dǎo)墻采用C 15鋼筋混凝土澆筑，滿(mǎn)足設(shè)備機(jī)械施工要求。

（2）造孔。用沖擊鉆機(jī)造孔過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在鉆進(jìn)的過(guò)程中不斷補(bǔ)充泥漿，保持孔內(nèi)泥漿水位以保護(hù)孔壁，當(dāng)孔內(nèi)鉆渣較多時(shí)用抽筒撈取排出。

（3）清孔換漿。清孔換漿包括清除槽孔底部的淤積沉淀、換漿及洗混凝土接頭三部分，它是在孔位、孔深、槽寬及孔斜經(jīng)全面檢查驗(yàn)收合格后進(jìn)行。其具體步驟如下：成槽完成后,對(duì)槽底泥漿進(jìn)行置換和清除，采用吸渣泵從槽底進(jìn)行抽吸。置換清渣必須邊清邊在槽頂補(bǔ)漿，清孔置換量不少于槽孔體積量的1/3或下部5 m的體積量，底部泥漿比重不大于1.2，沉渣厚度不大于10 c m；清孔換漿結(jié)束l h后，應(yīng)達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)。孔底淤積厚度不大于10 c m，使用粘土漿時(shí)泥漿比重小于1.3 g/c m3，粘度小于30 g，含砂量小于10%。二期槽孔換漿結(jié)束前，應(yīng)利用刷子鉆頭清除接頭孔壁上的泥皮，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑、孔底淤積不再增加為準(zhǔn)。

（4）混凝土澆筑。防滲墻的混凝土是靠導(dǎo)管內(nèi)混凝土面與導(dǎo)管外泥漿面的壓力差和混凝土本身良好的和易性與流動(dòng)性，不斷填滿(mǎn)原來(lái)被泥漿占據(jù)的空間而形成連續(xù)墻體。澆筑時(shí)應(yīng)注意如下：混凝土澆筑于槽孔清孔驗(yàn)收合格后4 h內(nèi)開(kāi)始，開(kāi)澆順序嚴(yán)格遵守先深后淺的原則。開(kāi)澆后立即檢查導(dǎo)管是否漏漿，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即處理。混凝土面上升速度不小于2 m/h。每30 m i n測(cè)量一次孔內(nèi)混凝土面深度，每2 h測(cè)量一次管內(nèi)混凝土面深度，在開(kāi)澆和結(jié)尾階段適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù)。孔口設(shè)置蓋板，避免混凝土散落孔內(nèi)。

5.3 防滲墻質(zhì)量檢測(cè)

鑒于仰天河水庫(kù)防滲處理的特殊性，對(duì)防滲墻施工質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，除了對(duì)防滲墻進(jìn)行常規(guī)的超聲波檢測(cè)，根據(jù)專(zhuān)家組評(píng)審建議，對(duì)防滲墻還需進(jìn)行鉆孔取芯、鉆孔注水檢測(cè)其質(zhì)量。防滲墻質(zhì)量檢測(cè)包括已建成混凝土防滲墻及新建混凝土防滲墻。其中已建成混凝土防滲墻沿防滲墻軸線(xiàn)布設(shè)檢測(cè)鉆孔6個(gè)（3組），每組布設(shè)檢測(cè)鉆孔2個(gè)，孔間距1.20 m～1.80 m，孔深17.0 m～29.0 m，鉆孔進(jìn)尺140 m。新建混凝土防滲墻沿防滲墻軸線(xiàn)隨機(jī)布設(shè)檢測(cè)鉆孔10個(gè)（5組），每組布設(shè)檢測(cè)鉆孔2個(gè)，孔間距1.20 m～1.80 m，孔深13.0 m～23.0 m，鉆孔進(jìn)尺120 m。

6 結(jié)語(yǔ)

仰天河水庫(kù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，2009年經(jīng)過(guò)了除險(xiǎn)加固，但在2010年仍出現(xiàn)右壩肩滲流情況，雖然及時(shí)進(jìn)行了防滲處理，但復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)使得當(dāng)時(shí)的搶險(xiǎn)式防滲處理并沒(méi)有徹底解決壩肩的滲漏問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)一步完善地質(zhì)勘探，提出了科學(xué)的補(bǔ)救措施，嚴(yán)格設(shè)計(jì)施工，并進(jìn)行工程質(zhì)量檢測(cè)，以確保徹底解決右壩肩的滲漏問(wèn)題。陜西水利