振動沉板防滲墻在浮崗水庫加固工程中的應用

杜濱，張慶麗，許尚杰

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

菏澤市浮崗水庫是引蓄黃河水，以灌溉供水為主的大（2）型平原水庫，壩基為巨厚的第四紀覆蓋層，透水層較強，沒有相對穩(wěn)定的隔水層，水庫滲漏一直是困擾工程正常運行的關鍵因素。1958 年建庫時壩基未采取防滲措施，1959—1961年蓄水，因水庫滲漏以及壩后土地次生鹽堿化問題于1962 年停蓄還耕。為解決菏澤市南部地區(qū)用水，1997 年恢復浮崗水庫項目建設，主要為圍壩加高、壩基防滲等加固措施。壩基防滲采用垂直鋪塑防滲技術，經(jīng)運行垂直鋪塑防滲沒有達到設計效果，滲漏和壩后浸沒嚴重，水庫不能正常蓄水。2009 年對壩基滲漏部位采用振動沉板混凝土防滲墻處理，經(jīng)10 余年的運行，防滲效果較好，解決了壩基滲漏隱患。

1 工程概況

浮崗水庫年供水量17 651 萬m3，設計灌溉面積7.2 萬hm2。圍壩是以黃河故道高灘地為基礎建設的均質土壩，輪廓呈長方形，人工填筑圍壩長11.50 km，壩頂高程54.80 m，自流設計水位49.78 m，死水位47.43 m。上游壩坡坡比1∶3.0，下游1∶5.0，上游采用混凝土板護坡，下游草皮護坡，壩后設截滲排水溝。壩基采用振動沉板混凝土防滲墻防滲，軸線位于距上游壩肩5.0 m 處壩頂，墻體厚度20 cm，墻頂高程54.5 m，墻底高程33.00 m。

水庫位于魯西南黃河沖積平原，地面高程46.47～49.07 m。壩基為近代黃河沖洪積相地層，巖性主要有砂壤土、裂隙黏土、黏土、壤土、粉砂等。在勘探深度內，壩基地層自上而下為③砂壤層厚1.40～12.40 m，滲透系數(shù)8.11×10-4cm/s；④粉砂層厚2.1～6.1m，滲透系數(shù)1.37×10-3cm/s；⑤黏土厚度0.4～7.1m，底板高程28.78～35.21 m，滲透系數(shù)2.88×10-3cm/s，⑥粉砂層厚3.2～16.4 m，底高程21.92～30.75 m，滲透系數(shù)5.95×10-3cm/s。在壩基30 m 深度內壩基地層均為中等透水性。

2 加固前滲漏分析

2.1 圍壩防滲方案

水庫壩體防滲原采用上游壩腳垂直鋪塑和壩坡坡面復合土工膜相結合方案，垂直鋪塑軸線距離上游壩腳2.0 m，底高程31.87～33.87 m，鋪塑深度12.0～14.0 m，最小深度10.3 m，最大深度15.3 m，鋪塑深度嵌入⑥黏土內1.0 m；塑膜為厚0.2 mm 的PE膜，上下搭接寬度0.5 m，膜頂部壓在上游漿砌石護腳底部，并與坡面復合土工膜連接。

2.2 防滲效果分析

據(jù)水庫運行管理資料：2007 年4 月1 日觀測記錄，斷面0+400 庫內水位48.26 m，截滲溝水位45.31 m，壩外80.0 m 處機井自由出流；斷面1+350 截滲溝水位45.86 m，壩外200.0 m 處機井水位45.77 m。浮崗水庫蓄水達到49.00 m 左右時，水庫周圍1 km 范圍內地下水位大幅度上升，附近村莊民房磚墻返堿高度達2.0 m，室內地面滲水，部分井出現(xiàn)自流，壩外截滲溝常年滿水，土壤已出現(xiàn)次生鹽堿化。圍壩滲漏及壩后土地次生鹽堿化問題造成水庫不能正常蓄水。

對水庫周圍村民走訪調查，水庫停止蓄水期間，截滲溝外側耕地地下水位較低，基本不存在浸沒情況，水庫恢復蓄水庫水位位于48.10～48.95 m之間，周圍影響區(qū)域內的井水位普遍抬升幅度較大，個別水井出現(xiàn)自流，截滲排水溝常年滿水，因此，水庫蓄水是壩后地下水位抬升的主要原因。

同時圍壩下游壩腳洇濕或出逸點不明顯，壩后水井水位一般高于排水溝水位，說明水庫蓄水對周圍區(qū)域影響較遠，圍壩滲漏不明顯，水庫滲漏主要通過壩基透水層形成潛流滲漏，垂直鋪塑防滲措施效果沒有達到設計要求。

2.3 滲漏原因分析

1）垂直鋪塑施工質量影響因素多，防滲膜接頭質量保障率低；開槽后槽壁時有塌落，影響鋪塑質量，鋪設后沒能及時回填膜兩側填土，槽底、槽內填土工藝不規(guī)范，造成防滲膜完整性差，垂直鋪塑防滲失效，沒有達到設計效果。

2）至少225 m 長壩基沒有垂直鋪塑，缺鋪范圍大，導致防滲體系不完整，易形成局部滲流通道，產(chǎn)生較大的滲漏量。

3）垂直鋪塑嵌入⑤層黏土（作為相對隔水層）；而實際情況比較復雜，完整的相對隔水層不存在，使垂直鋪塑的優(yōu)勢大為削弱。

4）庫內地質情況復雜，水庫滲漏較嚴重，壩后截滲溝水位偏高；局部壩基有微承壓水，形成穿過壩基的潛流，造成截滲溝水位低于截滲溝外耕地地下水位的現(xiàn)象。

綜合分析，壩基防滲體不完整，受截滲措施、施工工藝等因素影響，截滲效果不能保證，且多處存在滲漏通道，造成現(xiàn)狀壩基滲漏問題。

3 振動沉板防滲墻

對多頭小直徑攪拌樁截滲、垂直鋪塑、振動成槽防滲墻、高壓噴射灌漿、塑性混凝土防滲墻、全庫底鋪膜等適宜于平原水庫圍壩常用的防滲措施，從技術、施工控制、應用效果、經(jīng)濟性等方面進行比較，最后確定了浮崗水庫加固工程中使用振動沉膜防滲墻方案。

3.1 防滲墻厚度

防滲墻厚度設計主要考慮采用的防滲材料、壓力水頭、使用壽命和投資經(jīng)濟性等影響因素，同時，槽孔的垂直度對防滲墻的有效厚度也有一定的影響。

1）壓力水頭。取防滲墻允許滲透坡降為70，該水庫上下游最大壓力水頭差8.0 m，經(jīng)計算墻厚12 cm，結合工程經(jīng)驗，取墻厚設計值20 cm。

2）墻體強度。設計墻體極限抗壓強度不小于1.2 MPa，彈性模量不大于1 200 MPa，防滲墻的所受應力應均小于材料的設計強度，墻體變形與周圍介質相協(xié)調。

3）使用壽命。經(jīng)估算，設計20 cm 厚防滲墻使用年限大于50年，墻厚選用20 cm。

3.2 主要技術參數(shù)

成墻試驗參數(shù)：槽孔間距0.8 m，漿液由細砂、普通硅酸鹽水泥、膨潤土及其他外加劑配制，要求漿液比重不小于1.6，進漿量70～165L/min，下沉速度小于8 m/min，提升速度小于3 m/min。根據(jù)成墻試驗確定漿液配合比和施工參數(shù)進行成墻施工作業(yè)。

3.3 墻體深度

浮崗水庫壩基不存在相對隔水層，但根據(jù)水庫前期運行資料分析，⑥層黏土能夠起到相對隔水層的作用，因此，垂直截滲深度采用進入⑥層黏土1 m 為防滲墻控制深度。

4 截滲效果評價

4.1 理論計算

以樁號1+920 斷面為典型，對圍壩無防滲措施和振動沉板防滲墻兩種情況采用有限元方法進行滲流計算，計算工況上游水位49.87 m，下游水位45.32 m，防滲墻滲透系數(shù)1.0×10-7cm/s。

從理論計算知：圍壩采用防滲措施后滲漏量僅降低17.3%，說明防滲墻對滲漏量效果不明顯，主要原因是⑥黏土計算作為透水性采用，滲透系數(shù)計算取值2.88×10-3cm/s，數(shù)值偏大。但從計算斷面流網(wǎng)圖知，采用防滲墻后，壩后出逸坡降和出逸點明顯降低，能夠解決壩體滲透穩(wěn)定和壩后鹽漬化問題，圍壩滲流是安全的。

4.2 觀測資料分析

對樁號1+920 斷面測壓管進行觀測資料分析，原垂直鋪塑防滲墻后水頭基本與庫水位一致，防滲效果不明顯，但混凝土防滲墻上游水位與庫水位基本一致，下游水位與排滲溝水位一致，說明防滲墻防滲效果明顯。經(jīng)觀測圍壩下游壩坡、壓重平臺和排水溝岸坡均沒有滲水出逸點和出逸痕跡，壩外耕地沒有出現(xiàn)鹽澤化問題，壩后水井無冒水現(xiàn)象，水井水位與壩后六干溝河道水位常年基本一致，說明防滲墻能夠起到較好的防滲效果。

同時，勘探報告提出的⑤黏土的滲透系數(shù)建議值明顯偏大，與實際不符，該層黏土明顯起到了隔水層的作用。典型滲流觀測斷面圖4.3，為實測的壩內浸潤線，測量時庫水位48.8 m，下游排水溝水位46.77 m，防滲墻上游測壓管水位48.52 m，下游測壓管水位與壩后排水溝水位基本一致。說明防滲墻對滲漏量和滲透坡降降低均起到明顯的作用。

5 結語

浮崗水庫為山東省具有代表意義的平原水庫，其圍壩振動沉膜防滲墻的成果應用對于黃泛平原區(qū)建設的水庫防滲方案的選擇具有明顯的引領作用。通過對浮崗水庫防滲方案的比選、防滲效果評價分析，得出結論。

1）黃泛平原區(qū)全新統(tǒng)下部的黏土雖具有一定規(guī)模的裂隙發(fā)育，但其綜合滲透性較小，勘探數(shù)據(jù)偏大，對于懸掛防滲體能夠起到明顯的隔水底板作用。

2）振動沉板防滲墻具有施工速度快、接頭效果好，同時起到對周圍土體的振動加密功能，是低壩行之有效的防滲措施。

3）浮崗圍壩振動沉板防滲墻解決了壩基滲漏問題，多年蓄水壩后無浸沒現(xiàn)象，壩腳無洇濕或出逸點，是一個成功的防滲案例，起到較好的示范效果。