仰天河水庫右壩肩防滲工程實施方案探析

劉紅娜

(周至縣水利工作隊 陜西 周至 710400)

1 概況

仰天河水庫位于西安市周至縣啞柏鎮西南3 k m處的兩河口村南，由東、西兩座水庫組成，是以灌溉為主兼有防洪和養殖等綜合利用的小（1）型水庫，總庫容為215.43m3，其中東庫101.09萬m3，西庫114.34萬m3，灌溉面積1.078萬畝。樞紐工程等別為Ⅳ等，按30年一遇洪水設計、300年一遇洪水校核。該水庫于1956年10月13日動工興建，1957年9月26日順利完工。2010年3月順利完成水庫除險加固。2010年9月9日周至地區普降大到暴雨，仰天河西庫蓄滿，溢洪道溢流，9月10日發現西庫壩背坡右壩肩出現滲流現象。

2 工程地質

2.1 地質概況

仰天河水庫位于關中盆地中部渭河南岸秦嶺北側三級洪積扇前部，地勢南高北低。仰天河中上游河谷呈“V”型發育，岸邊斜坡主要由洪積砂礫石夾粉質壤土組成，下游庫區段河谷呈“U”型發育，庫岸邊坡由黃土、黃土狀壤土夾古土壤組成，庫岸邊坡已趨穩定。工程區地震動峰值加速度0.15 g，地震動反應普特征周期0.40 s，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。庫區第四系覆蓋層厚度大于100 m，沒有發現斷裂構造。

2.2 西庫右壩肩工程地質條件

壩肩斜坡由仰天河一級階地堆積物組成，壩肩斜坡高17.0 m，坡比1∶1.0，按巖性從上到下分為三層：上部（高程465.1 m以上）為Q 4粉質壤土夾黑壚土；中部砂礫石（高程465.1 m～460.8 m）層厚4.3 m，下部Q 2黃土狀壤土（高程460.8 m以下）。根據勘探試驗資料分析，粉質壤土夾黑壚土具濕陷性，濕陷起始壓力Psh=40 k P a～71 k P a，相對壓縮系數 α1-2=0.60 M P a-1～1.12 M P a-1，工程性能較差；砂礫石層，稍密，強透水。黃土狀壤土夾砂礫石透鏡體弱透水，砂礫石層分布不連續。根據勘探試驗資料分析西庫大壩存在的主要工程地質問題，一是壩肩斜坡坡比大于1∶1.0，壩體與壩肩結合部位存在碾壓不實松軟土，在水庫長期運行過程中局部發生了流土和管涌破壞，形成孔洞，實測滲漏量大于1560 m3/d，嚴重威脅水庫大壩安全運行；二是沿砂礫石層繞壩滲漏明顯，必須進行防滲處理。

2.3 西庫右岸地層結構和滲漏分析

西庫右岸與東庫大壩下游溝谷之間的河間地塊寬80 c m～120 m，主要由一級階地堆積物組成。一級階地階面高程477.5 m～481.43 m，堆積層厚13.8 m～17.9 m，從上向下分為兩層，上部粉質壤土層厚9.1 m～15.9 m，層底高程472.49 m～463.50 m，下部砂礫石層厚 1.8 m～6.0 m，層底高程 467.79 m～461.20 m。一級階地基座為三級洪積扇上部堆積的Q 2黃土狀壤土。粉質壤土滲透系數K=1.14×10-3c m/s～6.08×10-3c m/s（6.08×10-3c m/s為除險加固勘察時室內試驗資料），中等透水；砂礫石層滲透系數K=2.6×10-2c m/s～2.95×10-2c m/s，強透水；Q 2黃土狀壤土滲透系數K＜1×10-4c m/s，弱透水，夾砂礫石薄層和透鏡體。西庫右岸邊坡高6.0 m～7.2 m，坡腳高程471.5 m～472.5 m，砂礫石裸露，東庫大壩下游溝道地面高程470.03 m～472.3 m，低于砂礫石層頂面高程472.49 m。西庫右岸存在向東庫下游溝道產生鄰谷滲漏和繞壩滲漏的地質條件，建議采用砼防滲墻切斷東西庫之間的粉質壤土和砂礫石層，砼防滲墻應深入階地基座Q 2黃土狀壤土層2.0 m～3.0 m。

3 仰天河水庫除險加固階段壩肩防滲實施情況

根據地質報告可知，西庫右壩肩滲漏一是壩肩結合部位、二是壩肩砂礫石層的繞壩滲漏，砂礫石層厚1.8 m～2.0 m，層底高程461.20 m。在仰天河水庫除險加固中，對于西庫右壩肩砂礫石層的滲漏采用了帷幕灌漿進行處理，并于2009年實施完成。

仰天河西庫除險加固工程完成后水庫一直未蓄水。2010年9月9日周至地區普降大到暴雨，仰天河西庫蓄滿。9月10日發現壩背坡右壩肩出現滲流現象。根據滲漏情況，2010年10月，對右壩肩至溢洪道右岸設計了混凝土防滲墻工程，防滲墻工程位于已完成的圍幕灌漿上游側，總長度98 m。該段防滲墻工程于2011年3月開工，2011年6月完工。

4 現狀滲漏分析及防滲處理的必要性

2011年9 月～10月周至地區連降暴雨，仰天河水庫滿庫運行，東庫庫水位480 m左右，在西庫右壩肩壩腳岸坡處、溢洪道出口處及東庫下游溝谷中出現明顯滲水。西庫右壩肩滲水量比2010年明顯減少，滲水量在1 L/s～2 L/s，水質清澈。下游無明顯滲水點，形成的明流沿排洪溝向下游流淌，估算流量達300 L/s。

為了查明滲漏原因，周至縣水務局及時組織了建設、設計、監理及西庫防滲墻施工單位的人員實地查看了現場，并進行了分析討論，會議認為滲漏是嚴重的，但不會危及大壩安全，需進行以下兩項工程：第一項對已施工完成的防滲墻進行檢測；第二項補充東西庫間的地質勘查工作。

2011年10月15 日，受業主委托，陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院對東西庫間的地層結構進行了補勘，補勘結果確定：仰天河東西水庫之間的河間地塊寬80 m～120 m，主要由二級階地堆積的粉質壤土和砂礫石組成，二級階地堆積層上部粉質壤土滲透系數 K=1.14×10-3c m/s～6.08×10-3c m/s，中等透水；下部砂礫石層滲透系數K=2.60×10-2c m/s～2.95×10-2c m/s，強透水。根據勘探試驗資料分析，仰天河水庫西庫存在向東庫下游溝道產生鄰谷滲漏的通道和向西庫大壩下游溝道繞壩滲漏的地質條件。

已成西庫右壩肩防滲墻工程經陜西省水利工程質量檢測中心采用超聲波檢驗，未發現問題。西庫正常蓄水位477.00 m，東西庫間的砂礫石層主要分布在460 m～472 m高程，局部段（50 m）砂礫石透鏡體最低在455 m～457 m高程，水庫蓄水后，因為滲漏通道未封閉，產生了西庫向東庫下游溝道鄰谷滲漏和向西庫大壩下游溝道繞壩滲漏。

仰天河水庫地處周至西部塬區，水庫天然來水徑流量不足，擬從鄰近流域泥峪及西駱峪利用農灌渠道進行補水。水庫產生嚴重滲漏將影響水庫的正常蓄水，無法充分發揮水庫的功能和效益；同時由于滲漏使東西庫下游溝道內的農田被淹，給當地農戶造成一定損失。為充分發揮水庫效用，保護當地農戶的財產安全，對水庫進行防滲處理是十分必要的。

5 滲漏處理措施

5.1 滲漏處理方案

根據地質勘查報告，仰天河水庫東西水庫之間的滲漏通道是產生滲漏的主要原因，必須進行封堵。綜合比較水庫防滲工程的可靠性，本次設計采用砼防滲墻方案。防滲墻布置從溢洪道右岸開始，與已成防滲墻東端相接，終點位于東庫左壩肩，與東庫除險加固防滲帷幕相接，總長度180.2 m。防滲墻墻厚 40 c m，高分別為 24 m、15 m、13 m、11 m和11 m～15 m，長度分別為 103 m、20 m、20 m、12 m及25.2 m。防滲墻施工時采用C Z-22型沖擊鉆機鉆孔，C 25砼澆筑。防滲墻墻底至不透水層以下2.0 m，墻頂位于水庫正常水位。防滲墻施工中對地面或路面挖除后，均按照原貌進行恢復。

根據陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院補充地質工作提供的地質剖面圖，在新舊混凝土防滲墻銜接位置455.00高程新增有砂卵礫石夾層，因此本次新做防滲墻底高程進行了相應降低。

5.2 防滲墻施工

混凝土防滲墻施工的主要工藝流程為：造孔、清孔換漿、混凝土澆筑。

（1）施工平臺及導墻。施工平臺寬度6 m，導墻采用C 15鋼筋混凝土澆筑，滿足設備機械施工要求。

（2）造孔。用沖擊鉆機造孔過程中，應當在鉆進的過程中不斷補充泥漿，保持孔內泥漿水位以保護孔壁，當孔內鉆渣較多時用抽筒撈取排出。

（3）清孔換漿。清孔換漿包括清除槽孔底部的淤積沉淀、換漿及洗混凝土接頭三部分，它是在孔位、孔深、槽寬及孔斜經全面檢查驗收合格后進行。其具體步驟如下：成槽完成后,對槽底泥漿進行置換和清除，采用吸渣泵從槽底進行抽吸。置換清渣必須邊清邊在槽頂補漿，清孔置換量不少于槽孔體積量的1/3或下部5 m的體積量，底部泥漿比重不大于1.2，沉渣厚度不大于10 c m；清孔換漿結束l h后，應達到下列標準。孔底淤積厚度不大于10 c m，使用粘土漿時泥漿比重小于1.3 g/c m3，粘度小于30 g，含砂量小于10%。二期槽孔換漿結束前，應利用刷子鉆頭清除接頭孔壁上的泥皮，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑、孔底淤積不再增加為準。

（4）混凝土澆筑。防滲墻的混凝土是靠導管內混凝土面與導管外泥漿面的壓力差和混凝土本身良好的和易性與流動性，不斷填滿原來被泥漿占據的空間而形成連續墻體。澆筑時應注意如下：混凝土澆筑于槽孔清孔驗收合格后4 h內開始，開澆順序嚴格遵守先深后淺的原則。開澆后立即檢查導管是否漏漿，發現問題立即處理。混凝土面上升速度不小于2 m/h。每30 m i n測量一次孔內混凝土面深度，每2 h測量一次管內混凝土面深度，在開澆和結尾階段適當增加測量次數。孔口設置蓋板，避免混凝土散落孔內。

5.3 防滲墻質量檢測

鑒于仰天河水庫防滲處理的特殊性，對防滲墻施工質量應進行檢測，除了對防滲墻進行常規的超聲波檢測，根據專家組評審建議，對防滲墻還需進行鉆孔取芯、鉆孔注水檢測其質量。防滲墻質量檢測包括已建成混凝土防滲墻及新建混凝土防滲墻。其中已建成混凝土防滲墻沿防滲墻軸線布設檢測鉆孔6個（3組），每組布設檢測鉆孔2個，孔間距1.20 m～1.80 m，孔深17.0 m～29.0 m，鉆孔進尺140 m。新建混凝土防滲墻沿防滲墻軸線隨機布設檢測鉆孔10個（5組），每組布設檢測鉆孔2個，孔間距1.20 m～1.80 m，孔深13.0 m～23.0 m，鉆孔進尺120 m。

6 結語

仰天河水庫地質結構較復雜，2009年經過了除險加固，但在2010年仍出現右壩肩滲流情況，雖然及時進行了防滲處理，但復雜的地質結構使得當時的搶險式防滲處理并沒有徹底解決壩肩的滲漏問題。通過進一步完善地質勘探，提出了科學的補救措施，嚴格設計施工，并進行工程質量檢測，以確保徹底解決右壩肩的滲漏問題。陜西水利