農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池壩坡局部地下水滲漏處理

范勛禮

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

1.1 工程情況

武威市祁連山山水林田湖草生態(tài)保護項目修復(fù)了天?？h黃河流域2018年廟兒溝小流域水土保持綜合治理工程第一標段規(guī)劃新增治理面積31.32 km2，其中：造林66.67 hm2，種草 154.21 hm2，封禁治理2 911.12 hm2，管道工程11.26 km，護岸工程10.82 km（其中工程護岸4.4 km，生物護岸6.42 km），谷坊23 座，農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池1 座，河道水環(huán)境治理5.5 km，其主要任務(wù)是境內(nèi)黃河流域上游廟兒溝小流域的溝道、坡面、山頭進行水土保持綜合治理，此項目是加強祁連山水源涵養(yǎng)林建設(shè)，提高水源涵養(yǎng)林生態(tài)防護能力和涵養(yǎng)水源的能力，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全屏障的重要措施。

農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池布置于山體下游荒灘地上，該區(qū)域西高東低，為保證工程的經(jīng)濟性，水池采用半挖半填。水池為注入性水池，輸水管進口位于水池西側(cè)，為確保水池可通過引水管注滿，水池的正常蓄水位不宜過高，略低于輸水口高程，取水口位于水池東側(cè)。總蓄水量為6萬m3，為矩形水池，池底長度為145 m，寬度為90 m，池深5 m。采用半挖半填，池底從下到上依次為：20 cm 厚壤土墊層、土工膜（SN/PE-16-400-0.5）、20 cm 厚細砂蓋重、30 cm 厚砂礫蓋重。水池迎水面坡比為1∶3，背水面坡比1∶2，邊坡從下到上依次為20 cm 厚壤土墊層、復(fù)合土工膜（SN/PE-16-400-0.5）、20 cm 厚細砂蓋重、30 cm 厚的格柵護坡（內(nèi)填砂礫石）。調(diào)蓄水池完成后將多余砂礫石在來水一側(cè)堆置攔水沙壩，將上游來水排至兩側(cè)溝道。攔水沙壩長200 m，上底寬2 m，下底寬6 m，坡比1∶1，對攔水沙壩坡面及頂部利用清表土方進行覆土種草。壩體填筑壓實度不小于0.96，相對密度0.8，其中北壩壩體為開挖型壩基。

1.2 工程任務(wù)

該農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池工程從上游河道截引雨水和雪山消融水，主要工程任務(wù)包括兩方面：一是通過供水管道為下游農(nóng)業(yè)農(nóng)田提供灌溉用水，改善項目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉條件，促進當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展；二是山水林田湖是一個生命共同體，對山水林田湖進行統(tǒng)一保護，統(tǒng)一修復(fù)，對保護修復(fù)祁連山山水林田湖生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)流域水源，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重大意義。通過項目實施，發(fā)揮應(yīng)有的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益；通過流域水環(huán)境治理保護工程的實施，改善河流生態(tài)環(huán)境，形成完整的防護體系，維護水系河道，拓展城市發(fā)展空間，營造良好的城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展環(huán)境，提高人居環(huán)境質(zhì)量，促進人與自然和諧相處。同時，促進當?shù)鼐用褚阅赁D(zhuǎn)農(nóng)、發(fā)展經(jīng)濟型農(nóng)業(yè)模式，以加強區(qū)域生態(tài)自然保護，徹底改變牧區(qū)居民生活條件。

2 工程地質(zhì)概況

農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池布置于打柴溝鎮(zhèn)廟兒溝Ⅰ級階地，階面平坦開闊，寬150～200 m，略有起伏，向溝床緩傾，地面高程2 765～2 776m。調(diào)蓄水池場地上部地層巖性為沖洪積黃土，呈灰黃色，結(jié)構(gòu)疏松，厚度一般1～2 m；下部地層巖性為沖洪積砂卵礫石，局部夾有厚約0.1～0.5 m 含礫（砂）壤土透鏡體，骨架顆粒成分以變質(zhì)凝灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、花崗片麻巖等硬質(zhì)巖為主，石質(zhì)較堅硬，磨圓較好，分選性差，中密-密實，局部有弱膠結(jié)現(xiàn)象，強透水；下伏新近系（N2）臨夏組粉砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)，巖性軟弱，遇水易軟化、崩解，強風(fēng)化層厚約1.5～3 m。該段地下水埋深6.0～8.5 m，含水層厚度較小，水量較小，水質(zhì)較好，地下水對普通混凝土微腐蝕性。

蓄水池壩基主要為砂卵礫石層，無砂夾層，屬強透水，中等密實層，卵礫石含量分別71%，即粒徑大于5 mm 以上顆粒質(zhì)量百分率大于70%，不存在地震液化問題。場地內(nèi)無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，在場地西側(cè)山區(qū)有季節(jié)性山洪發(fā)育，東側(cè)廟兒溝季節(jié)性洪水，對調(diào)蓄水池有一定影響，采取防洪和導(dǎo)洪措施，場地整體穩(wěn)定。主要工程地質(zhì)問題是滲漏、滲透變形，因此蓄水池池底及池邊必須采取連續(xù)封閉的兩布一膜復(fù)合土工膜進行防滲。

3 滲漏原因分析

2018年5月蓄水池開始開挖和壩體填筑施工，截至9月底無地下水滲漏。當年年降雨量大于400 mm，雨季集中于7—9月，雨季也是當?shù)厥┕さ母叻迤?。施工過程中調(diào)蓄水池北壩坡坡腳開挖到基礎(chǔ)后存在地下水滲水現(xiàn)象，為了防止地下水影響北壩坡腳穩(wěn)定性，對壩基范圍內(nèi)的滲水區(qū)域采用基礎(chǔ)墊層換填的方式進行處理，以確保壩體安全。調(diào)蓄水池壩體北坡基礎(chǔ)增加原基砂礫開挖后換填，換填尺寸為90 m×5 m，深度為1 m，具體換填處理方法為30 cm 塊石+20 cm 紅黏土分層填筑碾壓。2018年11月，庫區(qū)和壩坡兩布一膜復(fù)合土工膜鋪設(shè)完成，蓄水池未蓄水。經(jīng)過一個冬季凍融，2019年3月已鋪設(shè)的北壩壩坡0+045 處有連續(xù)地下水滲出，并因冬天結(jié)冰將土工膜和混凝土格梁鼓脹頂起，造成土工膜變形，影響壩坡安全。

4 處理方案

針對蓄水池北壩壩坡0+045 處距離止滑梁1 m高的位置地下水滲漏問題，并且地下水滲流具有出水點只集中于一處、滲流周期長和出水量較小等特點。經(jīng)查證資料和依據(jù)滲流特點，現(xiàn)場參建四方（建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位）研討、協(xié)商確定采取引導(dǎo)排水的方法處理此處壩坡地下水滲流問題。

第一，在距離蓄水池出水面100 m 處開挖1.0 m×1.0 m×1.0 m 通道，分層夯填0.5 m 塊石+0.5 m 壤土，建立排水廊道，將滲漏水引至壩體外。

第二，在土工膜鼓起最嚴重的的地方（即出水點），人工清理掉出水點周圍原來安裝的C25 混凝土格梁和砂礫石蓋重。將土工膜裁取0.4 m×0.4 m，用PE 花管（DN50 鍍鋅鋼管，間距10 cm 梅花形鉆孔）引導(dǎo)排出地下滲水，花管末端需安裝逆止閥。

第三，為了防止壩體細顆粒通過花管流失，采用棕樹樹皮包裹花管3 層；花管末端安裝逆止閥，能夠給滲漏留有通道，又能防止蓄水池內(nèi)部蓄水倒流。壩坡滲水流量越大時，閥門開合越大；沒有滲流時，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，也不會發(fā)生蓄水池向外排水。

第四，土工膜粘接過程中，必須保證土工膜干燥。首先，采用干燥的毛巾擦凈，再采用吹風(fēng)機吹干，土工膜干燥才能粘接牢固。其次，第一次粘接完成后，待KS 熱熔膠自然風(fēng)干，再次進行下一層的粘接工作。

第五，混凝土拌和過程中按照配合比加入3.5%速凝劑，保證混凝土快速初凝，防止地下滲流將新澆筑混凝土鼓起、架空，并達到蓋重和穩(wěn)定壩坡的效果。施工配合比嚴格遵守試驗確定并經(jīng)監(jiān)理單位批準的砼配料單。使用外加劑時，嚴格控制其投入量，并將外加劑均勻的配入拌合水中。

第六，對人工清理的框格梁（內(nèi)填充砂礫石），進行C25F200W4 鋼筋混凝土澆筑，鋼筋布設(shè)Φ20@鋼筋網(wǎng)片，砼澆筑厚度按照原設(shè)計厚度30 cm 分層澆筑，利用大層面散熱。在混凝土澆筑過程中，觀察模板、鋼筋、預(yù)埋逆止閥管道等的情況，若發(fā)現(xiàn)有變形、移位時，及時采取措施進行處理。振搗時以混凝土不再顯著下沉、不出現(xiàn)氣泡，并開始泛漿為準，做到“快插慢拔”，既不過振，也不漏振。鋼筋混凝土澆筑的作用，一方面保護處理滲漏粘接處理的土工膜；另一方面防止框格梁再次因出水鼓起。

第七，預(yù)制鋼筋混凝土格梁的規(guī)格、型號、預(yù)埋件位置及數(shù)量、外觀質(zhì)量等，均應(yīng)符合設(shè)計要求及《預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗評定標準》（GBJ321—90）的規(guī)定。按結(jié)構(gòu)吊裝方案規(guī)定的順序進行吊裝，一般沿縱軸方向往前推進，逐層分段流水作業(yè)，減少反復(fù)作業(yè)，當一個斷面的格梁吊裝完成后，再吊下一個斷面上的格梁安裝。安裝過程中，檢查柱子軸線，定位板的位置、標高和錨固是否符合設(shè)計要求。對在吊裝過程中被碰撞的鋼筋，在焊接前要將主筋調(diào)直、理順，使上下主筋位置正確，互相靠緊，便于施焊。最后，對接頭位置采用C30 混凝土進行澆筑。

5 處理效果

經(jīng)驗證，北壩壩坡經(jīng)滲漏處理后，通過花管和逆止閥控制了地下水對壩坡的影響，為地下滲水留有出路，有效地處理了蓄水池壩坡滲漏問題。此農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池已正常運營3年。運營過程中，壩坡穩(wěn)定、地下滲流可控，壩坡坡面無變形、沉降，建筑物運行完全正常。

此次出現(xiàn)的蓄水池壩坡段土工膜因地下水滲漏頂托，與壩體填筑和土工膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計無關(guān)，也與施工單位施工工序和施工質(zhì)量無關(guān)。主要原因是因當?shù)厣絽^(qū)當年降水量豐富，導(dǎo)致山體地下水水位上漲。水電項目條件比較復(fù)雜，各種外界干擾因素導(dǎo)致的施工難題頻繁發(fā)生，必須充分考慮各方面弊端，利用專業(yè)知識和技術(shù)克服困難。施工過程中，施工單位在對施工現(xiàn)場復(fù)測及項目建設(shè)過程中就現(xiàn)場實際較設(shè)計有變動的地方及時以報告單形式上報建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位，通過四方單位對現(xiàn)場的再次踏勘復(fù)核，組織召開相關(guān)協(xié)調(diào)會議解決處理項目建設(shè)過程中遇到的重大問題，設(shè)計單位結(jié)合現(xiàn)場實際情況組織項目組成員及時做出變更或調(diào)整設(shè)計方案，經(jīng)項目負責人審核通過后提供相應(yīng)的設(shè)計圖紙及說明書，并按時匯總工作開展情況，推進工程建設(shè)。

6 結(jié)論與建議

一是針對此農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池地下水滲流具有出水點集中、滲流周期長和出水量較小等特點，采用花管、逆止閥引導(dǎo)排水處理，能夠及時制止壩坡地下水對壩體穩(wěn)定性的影響，證明施工方案是可行的。

二是通過灌溉調(diào)蓄水池的幾年運營情況，證明上述處理方案效果良好，能夠保證蓄水池的壩體安全性和穩(wěn)定性。

三是該農(nóng)業(yè)蓄水池建成以后，經(jīng)濟、社會、生態(tài)預(yù)期效益明顯。一方面，改善項目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉條件，通過管道供水促進了當?shù)剞r(nóng)業(yè)種植的發(fā)展，促使當?shù)貜膫鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)青稞種植向藜麥和蔬菜大棚等經(jīng)濟作物種植轉(zhuǎn)型；另一方面，生態(tài)系統(tǒng)功能改善情況總體良好，通過灌溉發(fā)展種草、種樹，提升當?shù)夭菰?、農(nóng)田等自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)功能，區(qū)域內(nèi)及周邊生態(tài)系統(tǒng)功能明顯改善，對保護修復(fù)祁連山山水林田湖生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

為了確保蓄水池后期運營安全，充分發(fā)揮過程效益，該蓄水池的運營管理單位天祝縣當?shù)厮芴幵诠芾砉ぷ髦?，切實實行專人管理，具體建設(shè)包括在工程運行管理中，管理人員責任到人，分工明確，隨時做好蓄水池的檢查觀測，使工程設(shè)施的運行管理和維修養(yǎng)護逐步走上專業(yè)化、制度化、規(guī)范化的道路；檢查觀測人員要嚴格按照規(guī)定的時間、項目、部位進行工程全面、系統(tǒng)和連續(xù)的檢查觀測，要保證觀測資料的真實性、完整性、連續(xù)性和準確性，對每次檢查與觀測的現(xiàn)場記錄、測值進行整理分析，如觀測值有突變現(xiàn)象，要及時上報并處理；做好水庫的安全預(yù)防措施。