南河水庫庫區(qū)防滲處理方案比選

任麗霞

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

南河水庫興利庫容為575.39萬m3，總庫容為780.11萬m3，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（一）型。主要建筑物包括大壩、溢洪道、取水口、導流兼放空管等，為4級建筑物，次要建筑物及臨時建筑物為5級。本工程壩址區(qū)巖溶發(fā)育狀況以溶洞、溶孔和垂直裂隙和層面裂隙中溶隙現象為主，主要發(fā)育在奧陶系中統峰峰組白云質灰?guī)r中，孔、洞呈不規(guī)則狀、豆狀、蜂窩狀等。溶洞內主要為泥質充填，含有少量碎石，充填物不能很好起到防滲作用。因此，壩址區(qū)屬于深部巖溶水補給區(qū)，巖溶發(fā)育強烈，滲漏嚴重。

庫區(qū)兩岸及河床基底由奧陶系中統峰峰組白云質灰?guī)r夾泥質灰?guī)r地層組成，由于產狀近于水平，垂直裂隙發(fā)育，為透水巖層。兩岸大部分庫段為第四系坡積黃土狀粉質粘土所覆蓋，河床為沖洪積級配不良砂礫石所覆蓋。經注水試驗，兩岸黃土狀粉質粘土其天然滲透系數為2～4×10-3（cm/s），屬中等透水層，河床砂礫石層滲透系數為7～9×10-3（cm/s），屬中等透水層；基巖中由于垂直裂隙發(fā)育，使得巖溶溶孔、溶洞、溶隙發(fā)育，上部峰峰組巖組為透水巖層。因此，水庫兩岸無相對隔水層存在，庫盆底部相對隔水層埋藏太深。該水庫具備產生滲漏的地層巖性和水文地質條件，水庫蓄水后，存在水庫滲漏問題，需對水庫進行防滲處理。根據庫區(qū)地質條件，采用垂直防滲處理較為困難，故采用全庫盆水平防滲處理。

2 防滲方案比選

根據已建工程經驗，現擬在正常蓄水位以下河床及兩岸覆蓋層，采用鋪設防滲土工膜防滲方案和鋪設防滲粘土料防滲方案進行綜合比選。

2.1 鋪設防滲土工膜防滲方案（方案1）

2.1.1 防滲范圍

對全庫盆進行水平防滲處理，包括大壩庫底及庫區(qū)兩岸邊坡。其中，庫區(qū)兩岸邊坡防滲處理至超過最高水位0.42m處，即1173.00m高程。

2.1.2 防滲措施

（1）庫底

由壩腳至庫尾處庫底，全部采用復合土工膜進行防滲。對庫底清表土、整坡，地勢較高處進行土石方挖除，坑、溝、洼地進行開挖料補填，整坡后庫底平均坡比0.02，桑后峪庫底平均坡比0.03，對溝庫底平均坡比0.05。

整坡后鋪設0.2m厚砂礫料墊層，作為復合土工膜下墊層，復合土工膜采用兩布一膜，自上而下依次為140g/m2土工布、1mm厚高密度聚乙烯（HDPE）土工膜、140g/m2土工布，膜上鋪設0.5m厚粘土保護層。

庫底與兩岸交接處設C20混凝土腳槽，腳槽截面尺寸為0.5m×1m（寬×高），用以固定庫底復合土工膜。同時，為增強庫底復合土工膜固定效果，在順水流方向庫底布設C20混凝土腳槽，截面尺寸為0.5m×1m（寬×高），間距50m，布滿整個庫底。

復合土工膜下設置排水排氣盲溝，盲溝為碎石外包土工布組成，斷面尺寸為0.4m×0.2m（寬×高），間排距50m，在縱橫盲溝交匯處、庫底低洼處設置逆止閥，將膜下水氣排出。

（2）水庫庫尾、支溝入口及陡于1∶2的岸坡

兩岸邊坡每隔10m高程，設置一級寬2m馬道，高程分別為1148.00m、1158.00m、1168.00m、1173.00m。陡于1∶3.5的邊坡在垂直方向上，每5m設置一道抗滑槽，尺寸0.5m×0.9m（寬×高）；順水流方向每隔50m順坡向設置一道C20混凝土腳槽，尺寸0.5m×1.0m（寬×高）。

對上述位置的岸坡的防滲處理，為現澆C25鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度0.3m，下設0.1m厚C15混凝土墊層。馬道內側設C20混凝土腳槽，尺寸0.5m×0.5m（寬×高），腳槽和面板間采用銅片止水。

巖質岸坡布設直徑25mm錨桿，錨桿長3.5m，間距3m×3m，梅花型布置，用以固定面板鋼筋網；土質邊坡視地質情況布設隨機錨桿。防滲處理至1173.00m高程，并在該高程設置C20混凝土截洪溝，矩形槽結構，厚0.2m，槽寬0.4m，深0.4m。

（3）緩于1∶2的岸坡

除水庫庫尾、支溝入口及陡于1∶2的岸坡外，其余岸坡均采用復合土工膜進行防滲。鋪設合土工膜前，對兩岸土質邊坡進行清表、整坡、碾壓，巖質邊坡進行清掃、清除松動石塊等工序。

兩岸邊坡每隔10m高程設置一級馬道，寬2m，高程分別為1148.00m、1158.00m、1168.00m、1173.00m。每級馬道內側設置一道C20混凝土腳槽用以錨固復合土工膜，尺寸0.5m×1.0m（寬×高）。高程1173.00m馬道外側設置一道當C20混凝土截洪溝，矩形槽結構，槽寬0.4m深0.4m，壁厚0.2m。于岸坡上原沖溝處設置排水溝，尺寸同截洪溝，將截洪溝內積水排入水庫中。

岸坡整坡碾壓后鋪設0.2m厚砂礫料墊層，作為復合土工膜下墊層，復合土工膜采用兩布一膜，自上而下依次為140g/m2土工布、1mm厚高密度聚乙烯（HDPE）土工膜、140g/m2土工布，膜上鋪設0.5m厚砂礫料。

復合土工膜下設置排水排氣盲溝，盲溝為碎石外包土工布組成，斷面尺寸為0.4m×0.2m（寬×高），間排距50m，盲溝與庫底盲溝貫通。

（4）鋪設防滲土工膜方案工程量

鋪設防滲土工膜方案工程量見表1所示。

表1 鋪設防滲土工膜方案工程量表

2.2 鋪設防滲粘土料防滲方案（方案2）

2.2.1 防滲范圍

對全庫盆進行水平防滲處理，包括庫底及庫區(qū)兩岸邊坡。其中，庫區(qū)兩岸邊坡處理范圍為庫底至最高水位以上0.42m處，即1173.00m高程。

2.2.2 防滲措施（1）庫底

由壩腳至庫尾處庫底，全部采用鋪設粘土料進行防滲。對庫底進行清表土、開挖整坡，平均開挖深度5m，整坡后庫底平均坡比0.020，桑后峪庫底平均坡比0.03，對溝庫底平均坡比0.05。整坡后鋪設粘土料，壩腳處粘土料鋪設厚度8m，與大壩相接。庫底粘土料鋪設厚度由壩腳處至庫尾逐漸變薄，庫尾處粘土料鋪設厚度2m。

（2）兩岸土質邊坡

兩岸土質邊坡進行清表土、整坡，每隔10m高程設置一級寬2m馬道，馬道高程分別為1148.00m、1158.00m、1168.00m、1173.00m。整坡后開挖坡比緩于1∶4的邊坡采用鋪設粘土料進行防滲，粘土料鋪設厚度與同樁號庫底粘土鋪設厚度相同；陡于1∶4的邊坡，由于坡度大于粘土的水下休止角，易產生水下滑動，采用鋪設復合土工膜進行防滲，復合土工膜鋪設與方案1中邊坡復合土工膜鋪設措施相同。

（3）兩岸巖質邊坡

巖質岸坡主要分布于對溝左岸及庫尾左岸段，對巖質岸坡的防滲處理為現澆C25鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度0.3m。巖質岸坡布設直徑25mm錨桿，錨桿長3.5m，間距3m×3m，梅花型布置，用以固定面板鋼筋網。防滲處理至1177.00m高程，并在該高程開挖截洪溝，采用C20混凝土矩形槽結構，槽寬0.4m，深0.4m，壁厚0.2m。

（4）方案工程量

鋪設防滲粘土料方案工程量見表2。

表2 鋪設防滲粘土料方案工程量表

3 防滲處理方案比選及結論

3.1 施工難度

方案1比方案2，開挖和填筑工程量相對較小，大壩填筑與水平防滲施工相互制約因素少，臨時道路布置方便；施工期降雨及洪水對水平防滲施工影響??；鋪膜施工較為簡單，施工工效高。從工程施工角度考慮，方案1優(yōu)于方案2。

3.2 防滲效果

方案1主要采用復合土工膜進行防滲，復合土工膜材料滲透系數可達1×10-11cm/s，考慮到實際施工過程中，可能對復合土工膜局部造成破壞，降低復合土工膜防滲效果，初步可取復合土工膜材料滲透系數為1×10-10cm/s；方案2主要采用粘土料進行防滲，粘土料經碾壓后滲透系數可達1×10-5cm/s。通過滲流計算可知，方案1的單寬滲流量遠小于方案2，方案1防滲效果要明顯優(yōu)于方案2。

3.3 工程投資

方案1投資6852.20萬元，方案2投資6228.65萬元，方案2較方案1投資少約289萬元。工程投資方面方案2略優(yōu)。

4 結論

綜合以上分析，本工程兩種防滲方案施工難度方面方案1占優(yōu)，工程投資方面方案2略優(yōu)于方案1，但考慮到本水庫為注入式水庫，庫水來之不易，方案1較方案2滲流量小，防滲效果更好，方案1可更有效地防止庫水流失，降低引水調蓄成本。故推薦鋪設防滲復合土工膜方案作為庫區(qū)防滲方案。