涇惠渠西郊水庫大壩滲漏成因分析及設計方案比選

葛 娟

（陜西省涇惠渠管理局西郊水庫管理處 陜西 三原 713800）

1 西郊水庫情況

1.1 工程概況

涇惠渠西郊水庫位于三原縣城以西約2km的清河干流上，是以農業灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合效益的三等中型水利工程，總庫容3405.5萬m3，其中有效庫容1984.1萬m3，防洪標準為50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。

水庫于1997年12月開工建設，2002年4月進行了蓄水安全鑒定，2003年9月下閘蓄水試運行，2005年12月通過竣工驗收。樞紐主要由大壩、溢洪道、導流排沙泄洪洞、抽水站等工程組成。

1.2 效益發揮

水庫建成以來，累計調蓄水量2.4億m3，提供灌溉水量2.0億m3，累計灌溉農田223萬畝次。在改善當地農業生產條件，回補地下水，緩解灌區夏灌嚴重缺水等方面發揮了重要作用，也使得涇惠渠灌區初步形成了“渠首穩流、腹地蓄水、豐存枯用、優勢互補”的供水格局。

2 存在問題

2.1 右壩肩

西郊水庫建成近九年來，年均供水量2220萬m3，遠低于原設計年供水量3050萬m3。其主要原因是壩肩滲漏問題，限制了水庫正常蓄水位，較大的影響了水庫效益的正常發揮。西郊水庫投運后，按照蓄水驗收會議規定的限定水位，水庫在2004年9月蓄至415 m高程。2005年11月、2006年12月水庫先后兩次蓄至419.54m高程時，發現右壩肩滲流變混，最大滲流量達2.7 L/s，同時出現渾水，最大含泥量為6%，逸出高程399.34 m。

2008年汶川地震后，涇惠局實施了西郊水庫右岸滲漏處理工程，采用砼防滲墻進行右壩肩防滲處理。工程2009年1月開工，同年7月完成，2010年2月通過驗收。工程實施后，水庫經過兩年多的調蓄過程，右壩肩滲流量明顯減小，滲流清澈，未發現任何異常現象，消除了右壩肩存在的隱患。

2.2 左壩肩

但大壩安全隱患依然存在，尤其是左壩肩的滲漏問題。為此，管理局委托西北農林科技大學進行西郊水庫大壩安全鑒定工作，2009年6月省廳對大壩進行了安全鑒定。2011年3月經水利部大壩安全管理中心核查，核查意見指出：“大壩兩壩肩在393.50 m～399.50 m高程存在透水層，左壩肩地下水位高于右壩肩，存在滲透，壩后右壩肩約在400.00 m高程以下岸坡滲水，最大滲流量約3.0 L/s；大壩兩壩肩下游岸坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求。

3 滲漏原因分析

壩肩滲流出現異常情況后，通過地質補充勘察及對以往工程資料、滲流檢測、地下水位觀測等的分析研究，認為發生滲流異常情況的主要原因是：

（1）從地層結構及巖土特性看，⑥、⑦、⑨粉質壤土層屬中等透水層，⑥、⑦層分布高程407.0 m～420.0 m，⑨層分布高程393.5 m～405.0 m，存在著滲漏的工程地質條件。

（2）從水文地質條件看，修庫前，地下水向河床排泄，修庫后，庫水補給地下水，抬高了地下水位，增大了實際水力坡降，致使出水點（泉眼）水量變大。

（3）據竣工地質報告，右壩肩壩軸線上游15 m～30 m處有一落水洞塌落體，分布高程414.0 m～417.0 m，巖性為輕粉質壤土，松散；右岸混凝土防滲墻施工時，發現防滲墻與420.0 m高程平臺交點至416.4m有一空洞，南北寬2.6 m～3 m，深度大于3 m，防滲墻開挖施工時將大量虛土填入。上兩處土體抗滲性能低于原狀土層。

（4）泄洪排沙洞開挖過程中曾多處塌方，塌方段存在嚴重缺陷，后經壤土水泥漿回填灌漿，質量驗證基本符合要求。但在打孔取樣過程中，清洗鉆孔時還有不回水現象，表明局部有空洞或有松動土層存在。

（5）對左右壩肩滲流進行計算，年總滲漏量31萬m3，加壩基滲漏量為35.4萬m3，占興利庫容的1.8%，屬于正常范圍。

（6）原設計壩肩防滲墻先期施工，防滲墻底高程406 m，頂高程420 m，兩岸長度各為100m。壩基清基及岸坡削坡時防滲墻已施工完成，在清基過程中發現大壩兩壩肩393.5 m～399.5 m之間存在透水互層，兩壩肩塑性混凝土防滲墻未能截斷該透水互層，致使壩體與壩肩結合部位無法正常施工，雖然采用水泥固化土進行壩肩封閉處理，但壩肩滲漏通道依然存在；壩前深層攪拌樁防滲墻，在垂直方向上兩墻高程不銜接，在平面位置上兩墻不搭接，仍然不能解決壩肩繞滲問題。

4 防滲方案設計

目前，國內常用的截滲加固措施主要有灌漿（充填和劈裂）、高壓噴射灌漿、土工膜及混凝土防滲墻等技術。結合本工程實際情況，考慮到采用灌漿和高壓噴射灌漿超過30 m深度后，施工難度較大，質量較難控制等因素，本次除險加固設計重點就土工膜防滲和混凝土防滲墻兩種形式進行設計比較，以選出適合本工程的合理方案。

4.1 土工膜防滲

土工膜防滲方案是在大壩上游左岸岸坡上鋪設復合土工膜，以達到防滲目的的施工方法。

土工膜鋪設深度應至壩肩的相對不透水層，鋪設長度應滿足大壩繞壩防滲的要求。經對上游岸坡繞壩防滲的滲流分析計算，確定截滲長度以超過170 m為宜。據此確定土工膜的鋪設范圍為：縱向自大壩與岸坡坡腳交接處起向上游170 m、順壩軸線30 m，共長200 m；豎向高程范圍428.0 m～390.0 m，其中在405.0 m處設平臺，并采用垂直鋪塑方法將復合土工膜深入390.0 m做垂直防滲，在大壩上趾處結束。

土工膜施工前需將水庫放空，施工期采用泄洪排沙洞導流。為保障施工質量，土工膜施工應安排在枯水季（11月～第二年的4月），垂直鋪塑施工平臺位于405.0 m高程，泄洪排沙洞進口高程為398.0 m，故不需修建圍堰。

土工膜設計方案，概算直接投資478萬元。

4.2 混凝土防滲墻防滲

混凝土防滲墻方案是采用塑性混凝土在左壩肩土層中成墻進行防滲處理。

4.2.1 防滲墻長度的確定

經過壩肩滲流計算分析對比，結果如表1、表2。

計算表明，未設防滲墻的80 m寬滲流量為40.171m3/d，設置防滲墻后80 m寬滲流量為28.422m3/d，滲流量明顯減少，說明設置防滲墻是十分有效的。滲流計算流網圖如圖1和2。

表1 滲流量計算表（不設防滲墻）

表2 滲流量計算表（設防滲墻）

圖1 0+881.0樁號流網（不設防滲墻）

圖2 0+961.0樁號流網（設防滲墻）

根據計算分析，左壩肩混凝土截滲墻在樁號0+961.0斷面處附近滲透比降滿足滲水土層允許要求，且預留一定的富裕，由此確定混凝土防滲墻全長125 m。

4.2.2 防滲墻設計

據地質資料，防滲墻底部深入壩肩下部相對不透水層2 m～3 m，確定底高程為390.0 m。，設計將防滲墻于左壩肩上游5.5 m處沿壩軸線布置，防滲墻長125 m，墻頂高程426.5 m、底高程390.0 m，墻高36.5 m，墻體深入壩體5 m。

4.2.3 施工工期

混凝土防滲墻施工不受地下水位的影響，且施工場地在壩頂平臺，高程高于水庫正常蓄水位422.0 m，因此，施工期不需做導流，防滲墻方案施工總工期6個月，其中施工準備1個月，主體工程施工4個月，施工收尾期1個月。

防滲墻設計方案概算直接投資665萬元。

5 方案比選

以下從防滲效果、工期長短、施工難易程度、工程費用等方面，對兩種方案進行綜合分析比較。

5.1 防滲效果

從防滲效果來看，土工膜是一種透水性很小的防滲材料，其滲透系數一般為10-11cm/s～10-12cm/s，而混凝土防滲墻滲透系數也在10-7cm/s以下，兩種方案均能滿足左壩肩防滲要求，可直接截斷滲漏通道，達到延長滲徑，降低水力坡降的目的。但是在耐久性和可靠性方面，土工膜要遠差于混凝土防滲墻，在水庫以后的長期運行中，防滲效果不能確保。

5.2 施工條件

從施工條件比較，兩方案工期相差不大，但土工膜必須干地空庫施工，且工期應安排在枯水期，防滲墻施工則無需放空水庫，可以保持一定的庫水位，靈活性較大，便于施工安排，可減少施工期對水庫蓄水灌溉效益的影響。

5.3 難易程度

從施工的難易程度上看，土工膜方案的施工工藝相對簡單，不需專門的大型設備，缺點是由于露天鋪設，受外界條件干擾較大，對土工膜的保護要求較高，施工中拆除量大，與壩肩結合要求高。而防滲墻的施工受外界干擾小，雖需專門的機械隊伍施工，但其施工技術、質量均能得到保證。

5.4 直接投資

從工程直接投資比較，由于土工膜的價格較低，且施工時多為人工，較防滲墻方案節省187萬元。但土工膜實施需放空水庫，按一半有效庫容估算，損失灌溉直接收益大約100多萬元。

綜合以上分析比較，認為防滲墻方案雖然直接費用較高，但防滲可靠性高，施工條件方面優越，更適宜本工程選用。另外，從已經實施的右岸防滲墻施工及防滲處理效果看，均比較理想。未發現任何異常現象，消除了右壩肩存在的隱患。

所以選定混凝土防滲墻防滲方案進行處理。

6 結語

目前，西郊水庫受左岸滲漏制約，無法正常調蓄運行。為確保水庫下游三原縣渠岸鄉、獨李鄉、大程鎮、臨潼區櫟陽鎮的鎮政府、學校、商店、儲蓄所等15個單位，4218人，2660畝基本農田以及三原縣城、三原老龍橋等重點文物、西氣東輸天然氣管道、包茂高速、京昆高速、西延鐵路、107關中環線等重要設施的安全，希望早日開工建設水庫除險工程，發揮西郊水庫綜合效益。