濟(jì)南市溝里水庫(kù)庫(kù)底防滲設(shè)計(jì)分析

劉莉莉，徐運(yùn)海，鞏向峰

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

溝里水庫(kù)位于牟汶河支流蓮花河上，控制流域面積44.6 km2，設(shè)計(jì)總庫(kù)容1 033萬m3，屬中型水庫(kù)。水庫(kù)于1965年7月建成，水庫(kù)以防洪為主，兼顧工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉等。華能萊蕪電廠建于1972年，位于庫(kù)區(qū)上游，前期華能萊蕪電廠的粉煤灰大多排入河道匯入庫(kù)區(qū)。根據(jù)2015年實(shí)測(cè)資料，到2015年6月，水庫(kù)興利水位以下庫(kù)內(nèi)粉煤灰與泥沙淤積量共計(jì)168.43萬m3，興利水位以下庫(kù)容僅554.57萬m3，因水庫(kù)滲漏嚴(yán)重，無法發(fā)揮正常作用。增容后水庫(kù)總庫(kù)容1 129萬m3，仍為中型水庫(kù)。

1 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)

1.1 地層巖性

庫(kù)區(qū)地層巖性主要有兩部分組成，上部為第四系覆蓋層，下覆基巖；庫(kù)區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層分布廣泛，自上而下分別為：

庫(kù)區(qū)廣泛分布著石灰?guī)r，庫(kù)底及庫(kù)岸巖性主要有奧陶系中統(tǒng)八陡組（OMbd）灰色厚層泥晶質(zhì)純灰?guī)r、閣莊組（OMg）的薄層微晶膏溶云泥巖夾白云巖和奧陶系下統(tǒng)五陽(yáng)山組（OMw）的灰色厚層泥晶灰?guī)r。

1.2 庫(kù)區(qū)擴(kuò)挖增容工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

庫(kù)區(qū)基巖上覆土層分布、滲透性不均勻，不能形成連續(xù)分布的防滲體，基巖內(nèi)巖溶滲漏通道為網(wǎng)絡(luò)狀，局部防滲措施不能解決滲漏問題；又由于巖溶、斷層等在基巖中發(fā)育深度大，也不能采用垂直防滲措施，因此溝里水庫(kù)只能采取庫(kù)底水平防滲結(jié)合庫(kù)岸防滲的型式。庫(kù)區(qū)地形相對(duì)平坦，河道比降較小，兩岸岸坡高度較低，也適合采取水平防滲，因此本水庫(kù)采取兩布一膜防滲是適宜的，但需注意以下一些問題。

庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育，且可能隨時(shí)間加劇發(fā)展?？碧接龅饺芏吹你@孔數(shù)占總鉆孔數(shù)的12%，局部頂板厚度僅有0.3 m，水庫(kù)蓄水后抬高水頭較高，巖溶上部壓力增加較多，可能出現(xiàn)巖溶塌陷問題，因此建議對(duì)溶洞提前進(jìn)行灌漿及混凝土充填處理，對(duì)頂板厚度小于0.5～1.0 m的溶洞，開挖后充填混凝土；對(duì)頂板厚度1.0～1.25 m的溶洞以及頂板厚5 m內(nèi)無充填物的溶洞，灌水泥漿防止其蓄水后塌陷引起防滲體破壞。

吳家?guī)X水位觀測(cè)井2000—2015年平均最高地下水位為174.35 m，則多年來溝里水庫(kù)庫(kù)區(qū)最高地下水位低于現(xiàn)狀最低庫(kù)底高程，也低于增容工程庫(kù)底清淤擴(kuò)挖最低高程較多，地下水變化區(qū)間遠(yuǎn)離第四系覆蓋層，因此地下水變化不會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)防滲體造成影響。但考慮到汛期地表來水可能很快，沿庫(kù)岸進(jìn)入防滲體底部后，來不及下滲補(bǔ)給地下水，從而壅高水位，短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)承壓狀態(tài)，若防滲體上部重量不足可能造成防滲體上浮破壞，或者造成防滲體墊層沖刷破壞。

2 防滲方案

庫(kù)岸采用復(fù)合土工膜防滲，面積8.9萬m2；庫(kù)底采用兩布一膜防滲，面積95.3萬m2。庫(kù)底土工布和土工膜要求分開鋪設(shè)，庫(kù)底自上而下分別為：厚0.6 m回填土、重200 g/m2土工布、厚0.5 mmPE膜、重200 g/m2土工布、支持層壓實(shí)。在施工過程中，對(duì)清淤后的庫(kù)底進(jìn)行整平壓實(shí)后，鋪設(shè)兩布一膜防滲層。庫(kù)底防滲層包括支持層、排水排氣層、防滲層和保護(hù)層。

1）支持層。庫(kù)底整平壓實(shí)至設(shè)計(jì)高程后作為兩布一膜防滲的支持層，庫(kù)底壓實(shí)度不低于0.92，為防止防滲層被刺破，支持層表面不得有樹根、蘆葦、巖石尖角等突出物。對(duì)于底部為卵石的底層，需進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

2）排水排氣層。為解決庫(kù)底鋪膜下的排水、排氣問題，在鋪膜下方設(shè)置縱橫交織的軟式透水管。垂直水流向每隔20 m設(shè)一道橫向排水、排氣溝，通至庫(kù)區(qū)兩側(cè)護(hù)岸，并沿護(hù)岸鋪設(shè)至岸頂，溝槽尺寸280 mm×280 mm，槽內(nèi)敷設(shè)φ80 mm軟式透水管，并用粗砂回填，共計(jì)108條。順?biāo)鞣较蛟O(shè)5道縱向排水、排氣溝，溝槽尺寸350 mm×350 mm，槽內(nèi)敷設(shè)φ150 mm軟式透水管，并用粗砂回填。沿縱向排水、排氣溝每100 m設(shè)一套逆止閥，共計(jì)103套。溝槽、軟式透水管通至庫(kù)區(qū)兩側(cè)護(hù)岸，并沿護(hù)岸鋪設(shè)至岸頂。同時(shí)，為增加排水、排氣的可靠性，在庫(kù)底0+000～1+100段水平鋪設(shè)一層粗砂墊層，厚0.10 m。

3）排氣口設(shè)計(jì)。排氣口設(shè)在新建庫(kù)岸頂部，結(jié)合警示柱布設(shè)，警示柱高為0.7 m，斷面尺寸0.2 m×0.2 m，內(nèi)置D50PVC排氣管，孔內(nèi)可填碎石。

4）防滲層。防滲層選用兩布一膜，其中，土工膜采用厚0.5 mmPE-HD膜，上、下層均為200 g/m2的土工布。土工膜采用焊接。土工膜和土工布等需分別滿足GB/T17643-2011及GB/T17639-2008國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5）保護(hù)層。頂部土工布以上保護(hù)層厚0.6 m，其中，回填土厚度0.5 m，壓實(shí)度0.92；為滿足抗沖要求，在庫(kù)底范圍內(nèi)表層回填一層開挖的卵石，厚0.1 m。土工布以上回填土應(yīng)優(yōu)先采用庫(kù)區(qū)開挖的礫石壤土。

3 土工膜支持層基礎(chǔ)處理

3.1 開挖后地層情況

庫(kù)區(qū)開挖后土層分別為砂礫質(zhì)壤土、中粗砂、卵石、粉煤灰、沖填土、砂質(zhì)黏土、巖石，面積分別為 28.89、20.68、36.54、3.9、0.4、3.44、1.41 萬 m2。

根據(jù)設(shè)計(jì)，開挖后一般（3）層砂礫質(zhì)壤土和（4）層中粗砂揭露，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)，砂礫質(zhì)壤土具有高壓縮性，剩余層厚也不均勻，會(huì)產(chǎn)生沉降量較大及不均勻沉降問題，故防滲施工前應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)，對(duì)卵石層進(jìn)行反濾處理。

3.2 支持層基礎(chǔ)處理

開挖后底部卵石底層的面積36.54萬m2，需增加反濾措施。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）反濾設(shè)計(jì)要求，對(duì)于不均勻系數(shù)Cu＞8 的被保護(hù)土，宜取 Cu＜5～8 的細(xì)粒部分 d15、d85做為計(jì)算粒徑；對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的被保護(hù)土，應(yīng)取級(jí)配曲線平段以下（一般是1～5 mm粒徑）細(xì)粒部分的d15、d85做為計(jì)算粒徑。

被保護(hù)為無黏性土且不均勻系數(shù)Cu＜5～8時(shí)，第一層反濾級(jí)配按下式確定：

式中：D15為反濾料粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d15為被保護(hù)土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d85

為被保護(hù)土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的85%。

本工程中，卵石層被保護(hù)土不均勻系數(shù)Cu達(dá)193.32，需按規(guī)范調(diào)整計(jì)算粒徑，調(diào)整后卵石顆粒級(jí)配見表1。

表1調(diào)整后卵石層被保護(hù)土計(jì)算顆粒級(jí)配表

中砂反濾料D15為0.268，對(duì)于卵石層其d15為 0.05 mm，d85為2.88 mm；則 D15/d85=0.093＜4～5。

D15/d15=5.36≥5，說明滿足要求，采用厚30 cm開挖的中粗砂即可。

4 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)南市萊蕪區(qū)溝里水庫(kù)增容工程設(shè)計(jì)中，采用全斷面土工膜防滲方案，這在山區(qū)水庫(kù)中鮮見。庫(kù)區(qū)開挖后土層分別為砂礫質(zhì)壤土、中粗砂、卵石、粉煤灰、沖填土、砂質(zhì)黏土、巖石，庫(kù)底支持層處理較為復(fù)雜；通過對(duì)卵石層采取換砂反濾處理措施，保證了庫(kù)底的滲透穩(wěn)定和水庫(kù)的安全運(yùn)行。