南水北調(diào)雙王城水庫(kù)截滲技術(shù)方案分析

于 云 ，張東霞 ，侯彩云

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109；2.山東創(chuàng)元水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

雙王城水庫(kù)位于壽光市北部的臥鋪鄉(xiāng)寇家塢村北廢棄水庫(kù)處，距離市區(qū)約31km，是南水北調(diào)東線膠東干線工程的重要調(diào)蓄水庫(kù)。由于水庫(kù)修建在黃河下游沖積平原地區(qū)，水庫(kù)壩基可能發(fā)生滲漏、滲透變形，尤其可導(dǎo)致壩下游沼澤化，次生鹽漬化和農(nóng)田浸沒(méi)，因此需采取防滲技術(shù)。平原水庫(kù)主要防滲方案有垂直防滲、水平防滲，根據(jù)水庫(kù)選址的地質(zhì)條件，在水庫(kù)壩基滲漏條件分析的基礎(chǔ)上，對(duì)“垂直防滲”“水平防滲”和“垂直+水平”3種防滲方案進(jìn)行綜合分析比較，選取最優(yōu)方案。

1 水庫(kù)壩基滲漏條件分析

按照一般性鉆孔資料（孔深35.0m），壩基下伏地層分為11層；11層以下地層，控制性鉆孔資料（孔深50.0m）揭示，分布巖性為砂壤土和粉細(xì)砂、中細(xì)砂，均具中等～強(qiáng)透水性。

壩基11層地層中，主要巖性為砂壤土、壤土，局部夾粉細(xì)砂及黏土透鏡體，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)，除⑨層壤土、（11）層重壤土滲透系數(shù)相對(duì)較小外，其他地層均為中等透水層。由此可以看出，采取垂直截滲方案可以利用的相對(duì)不透水層為⑨層壤土、（11）層重壤土。而（11）層重壤土以下分布巨厚層的中等透水至強(qiáng)透水層，對(duì)上部含水層存在越流補(bǔ)給問(wèn)題，若以（11）層重壤土作為相對(duì)不透水層截滲處理，處理不當(dāng)容易造成上部地下水透壤土作為相對(duì)不透水層為宜。

初步設(shè)計(jì)階段勘察時(shí)，查明了⑨層壤土分布特征，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，該層滲透系數(shù)范圍值為 0.23～1.27×10-4cm/s，屬弱透水～中等透水層，分布不連續(xù)，厚薄不均，在樁號(hào)2+186～2+611、3+458～4+854 段該層缺失，而且，1+790～2+186 段最小厚度只有 1.50～1.70m；2+710～3+038段為夾雜砂壤土透鏡體，使該層變薄，最小厚度0.80m；7+983～8+200 段厚度 0.60～1.60m；8+400～9+590段厚度 1.00～2.80m，達(dá)不到《南水北調(diào)工程平原水庫(kù)技術(shù)規(guī)程》（NSBD13-2009）對(duì)相對(duì)不透水層厚度“滿足滲透穩(wěn)定需要，一般不小于 3～5m”的要求。

經(jīng)多方面比較分析后，又對(duì)⑨層壤土缺失段進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)充勘察工作，在該層缺失段庫(kù)內(nèi)，根據(jù)庫(kù)區(qū)地質(zhì)斷面布置勘察鉆孔，勘察工作分兩段進(jìn)行，一段自樁號(hào) 2+060（S21 孔）～3+084（S31孔），距原壩軸線110～200m；另一段自樁號(hào)3+366（S34孔）～4+854（S49孔），距原壩軸線 160～190m?？辈熨Y料顯示，⑨層壤土在兩段內(nèi)均分布連續(xù)，但厚薄不均。樁號(hào)2+060（S21孔）～3+084（S31孔）段厚度 1.10～5.00m，層底高程-28.66～-25.90m，滲透系數(shù) 1.13～1.5×10-4cm/s。樁號(hào) 3+366（S34孔）～4+854（S49孔）段厚度 1.30～4.90m，層底高程-30.69～-26.64m，滲透系數(shù) 0.81～1.05×10-4cm/s。根據(jù)補(bǔ)充勘察地質(zhì)資料，⑨層壤土分布基本連續(xù)，但是厚薄不均。綜合分析認(rèn)為，⑨層壤土在整個(gè)壩址區(qū)均有分布，但厚度存在較大的不均勻性，在⑨層壤土分布較薄區(qū)段，可綜合考慮利用⑨層壤土、（11）層重壤土截滲。

2 防滲方案對(duì)比

壩基防滲方案分兩大類：一類是垂直截滲；另一類是水平防滲。

2.1 垂直截滲方案

雙王城水庫(kù)垂直截滲制定了5個(gè)方案，分別是深層攪拌樁防滲墻、薄混凝土防滲墻、垂直鋪塑、振動(dòng)切槽防滲墻、高噴灌漿水泥土防滲墻。鑒于鉆探深度內(nèi)，⑤⑥⑦⑧層土料的滲透系數(shù)皆為2.43×10-4cm/s，以⑨層壤土作為相對(duì)不透水層。根據(jù)各施工工藝的最優(yōu)深度，設(shè)計(jì)深層攪拌樁防滲墻底進(jìn)入⑤層土料1.00m，墻體平均深度15.0m，厚度0.3m；薄混凝土防滲墻、振動(dòng)成槽防滲墻底進(jìn)入⑨層土料1.0m，墻體平均深度28.0m，厚度0.3m、0.2m。深層攪拌樁防滲墻滲透系數(shù)為5×10-6cm/s、薄混凝土防滲墻的滲透系數(shù)為1×10-7cm/s，垂直鋪塑的滲透系數(shù)為 1×10-9cm/s，振動(dòng)成槽防滲墻的滲透系數(shù)為5×10-7cm/s。垂直鋪塑工藝的最適宜施工深度是8～10m，且由于塑膜之間的搭接、設(shè)備工藝受限制等因素，嚴(yán)重影響防滲效果，深層攪拌樁防滲墻適宜施工深度是10～15m，因此兩方案不再進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算比較。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 雙王城水庫(kù)垂直防滲墻方案比較表

2.2 水平防滲方案

設(shè)計(jì)水平防滲方案時(shí)，首先對(duì)鋪設(shè)0.3mm厚的聚乙烯膜和兩布一膜的復(fù)合土工膜（150（g/m2）/0.3mm/150（g/m2））進(jìn)行了單價(jià)比較，施工工藝皆為：推開(kāi)0.6m的土，碾壓密實(shí)，鋪膜，回填土，碾壓密實(shí)。前者受施工影響大，易受損壞，造價(jià)為15.02元/m2，后者受施工影響小，造價(jià)為27.67元/m2。基于工程運(yùn)行安全可靠考慮，采用復(fù)合土工膜方案。

水平防滲效果隨防滲設(shè)施長(zhǎng)度的不同而變化。選定9.0m水深，計(jì)算不同鋪膜長(zhǎng)度的防滲效果，優(yōu)選確定最佳水平防滲長(zhǎng)度。計(jì)算庫(kù)內(nèi)設(shè)100m、300m、500m長(zhǎng)及庫(kù)底全鋪水平塑膜4種防滲方案。復(fù)合土工膜的滲透系數(shù)取1×10-9cm/s。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，100m長(zhǎng)水平塑膜鋪蓋時(shí)，造價(jià)低，但年滲漏量1247萬(wàn)m3，防滲效果不理想，年滲漏損失較大；500m長(zhǎng)水平塑膜鋪蓋與300m相比，防滲較果已大大降低，年滲漏量雖然小，但工程造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)；庫(kù)底全鋪塑膜防滲方案防滲效果最好，一次性投資太大；300m長(zhǎng)水平塑膜鋪蓋時(shí)，年滲漏量750萬(wàn)m3（未考慮施工破壞形成空洞，引起的滲漏量），防滲效果較理想，投資適中，是最佳水平防滲長(zhǎng)度范圍。

表2 各防滲方案防滲效果比較表

3 防滲方案優(yōu)選

采用薄混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)形式時(shí)，年滲漏量為932萬(wàn)m3、投資7652.7萬(wàn)元；采用振動(dòng)切槽防滲墻結(jié)構(gòu)形式時(shí)，年滲漏量為1012萬(wàn)m3、投資7254.1萬(wàn)元；采用300m長(zhǎng)水平塑膜鋪蓋時(shí)，年滲漏量為750萬(wàn)m3，若考慮施工破壞形成空洞引起的滲漏量約4220萬(wàn)m3（0.04m3/（d·m-2）、投資7999萬(wàn)元。從防滲功能、經(jīng)濟(jì)方面考慮，3個(gè)方案都可行，但從施工工藝成熟性、工程安全可靠度方面考慮，推薦采用防滲效果顯著、施工技術(shù)成熟、防滲安全可靠度高、工程投資適中的薄混凝土防滲墻方案。

南水北調(diào)雙王城水庫(kù)采用薄混凝土防滲方案，已經(jīng)于2013年6月建設(shè)完成，運(yùn)行近6年來(lái)，平均年滲漏量為363.6m3，低于設(shè)計(jì)要求，防滲效果良好。