榆陽區尤家峁水庫防滲方案探析

王 軍

（陜西省榆林市榆陽區南郊抽水站，陜西 榆林 719000）

1 概況

陜西省榆林市尤家峁水庫位于榆林市榆陽區境內的榆溪河支流沙河中上游的芹河鄉尤家峁村，1988年10月建成并投入運用，是以城市供水為主，兼顧灌溉、防洪、防沙治沙、漁業養殖及旅游開發等綜合利用的水利樞紐工程。水庫樞紐由大壩、放水洞、西沙渠注水陡坡等建筑物組成；大壩由主壩和副壩組成，為水力沖填均質水墜沙壩，最大壩高29 m。興利庫容912萬m3，防洪庫容444萬m3，相應總庫容1566萬m3。尤家峁水庫蓄水運用二十多年來，由于壩體質量原因，一直處于低水位運行，最高蓄水位1092.50m時壩體滲漏嚴重，壩后溢出點較高，形成多條滲漏通道，最大滲漏量約為0.2 m3/s～0.3 m3/s，不僅造成水源浪費，還威脅到大壩安全，必須對水庫進行防滲處理。

2 滲漏原因分析

尤家峁水庫左岸緊鄰黃土梁崗區，其分布高程遠高于庫水位，故左岸不存在滲漏問題；水庫右岸黃土梁崗區距庫岸較遠，梁崗區與庫岸之間為榆溪河二級階地，階面高程低于庫水位，故存在滲漏問題。雖然采取多種防滲措施，但效果均不理想。尤家峁水庫大壩滲透破壞從表象來看主要有大壩接觸滲透破壞、壩體滲透破壞和壩下滲透破壞三種。目前大壩主要問題壩下漏水量較大，同時壩體侵潤線較高。

2.1 防滲帷幕墻未穿透至相對隔水層以下

根據主壩壩軸線剖面和橫剖面圖分析，前期高壓擺噴形成的防滲帷幕墻在樁號0＋320～0＋440 m處，防滲帷幕墻未穿透②層細砂和③-2層細砂，遺留有滲水通道。

2.2 防滲帷幕墻大部分深入相對隔水層厚度較小

從勘察剖面分析，幕墻深入下部相對隔水層的厚度為6.0 m～10.0 m，與其同部位的壩后未見有滲水點和潮濕現象。其后段幕墻深入相對隔水層厚度約為1.5 m～2.3 m，雖然進入相對隔水層，但其深度明顯偏小，與其對應的壩后漏水嚴重。因此說明防滲帷幕墻體，要達到良好的防滲效果，墻體必須深入下部相對隔水層的深度宜不小于5.0 m。

2.3 防滲帷幕墻長度不夠

從主壩壩軸線剖面可以看出，防滲墻樁號0＋795 m（放水塔附近）后透水層厚度遠大于30 m，且壩基以下仍為中等透水性的砂層，這也是壩后漏水為什么右岸最大的原因。目前觀測到的該處滲漏量小于壩基，是由于后期運行管理中發現該處漏量很大，已危及到大壩安全，隨后管理方對該處進行了大量的蓋壓處理，故該處實際的滲漏量要遠大于觀測值。

2.4 擺噴防滲帷幕墻質量不理想

通過三條壩體侵潤線觀測孔結果，幕墻上下游水頭差約2.5 m～4.0 m，而且下游侵潤線水力坡度極緩。若防滲帷幕墻質量能達到預期目標，理論分析形成上下游水頭差將不低于10.0 m，故不排除高壓擺噴形成防滲帷幕墻局部有防滲天窗現象。

3 防滲處理建議

3.1 相對隔水層選擇意見

由主壩壩軸線剖面和橫剖面圖可知，較為理想的相對隔水層是下部侏羅系中統直羅組（J2z）細砂巖，巖層中厚層狀結構，層厚穩定，屬弱透水性，但其埋深大于60.0m。從試驗成果看位于其上的中更新統風洪積堆積（Q2eol＋pl）黃土狀壤土，厚23.0 m～35.0 m，一般埋深 30.0 m～40.0 m，滲透系數 5.54×10-6cm/s～9.04×10-5cm/s，依據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）屬微透水層，可視為壩區防滲處理的相對隔水層。

3.2 防滲范圍建議

由于已有防滲帷幕墻，不排除有質量缺陷，同時也難以修復，綜上，建議重新進行防滲帷幕處理。為了確保壩體安全及水庫能發揮正常效益，建議處理長度結合副壩地質條件統一考慮，且應不低于1.2 km。

4 壩體防滲處理措施

針對尤家峁水庫滲流情況，現從壩基、壩體兩方面提出防滲處理方案。

4.1 滲流穩定計算與分析

由于該水庫洪水全攔全蓄，且放水洞放水流量較小（最大放水流量6 m3/s），設計洪水位和校核洪水位均可能形成穩定滲流，故僅對上游正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位時形成穩定滲流期進行滲流計算。

滲流穩定計算采用北京理正軟件設計研究院的理正滲流分析軟件進行。本次計算斷面選取有代表性的4個斷面分別計算，防滲前典型斷面見圖1，防滲前計算結果見表1，防滲后典型斷面見圖2，防滲后計算結果見表2，通過計算結果表可知，防滲前在正常蓄水位水庫壩體滲漏量為6185 m3/d，防滲幕墻加土工膜防滲后在正常蓄水位水庫壩體滲漏量為625 m3/d，日節約滲水量6160 m3/d。通過典型圖可以看到大壩防滲前溢出點基本都處于壩后坡中下游坡度，這是形成壩后流土及沖刷破壞的主要原因。

圖1 壩3-3斷面防滲前正常蓄水位計算浸潤線

圖2 壩3-3斷面防滲后正常蓄水位計算浸潤線

表1 防滲前壩體典型斷面滲漏量統計表 單位m3/d

表2 防滲后壩體典型斷面滲漏量統計表 單位m3/d

在計算過程中防滲幕墻滲透系數按5×10-6cm/s計。

4.2 壩基防滲方案

（1）方案選擇

根據地質勘探情況及工程現狀，結合現場查勘情況，初步選定壩基防滲軸線為：沿壩軸線在上游壩坡高程線，布設垂直防滲幕墻方案。

根據尤家峁水庫壩基地質情況，其壩基主要為細砂層，中間夾有2 m～7 m厚砂質壤土層。底部為砂巖。由上述地層情況，本次設計考慮由于砂質壤土層滲透系數K=8.9×10-6cm/s相對較小，將其作為相對不透水層考慮截滲深度，防滲幕墻按深入相對不透水層1.0 m進行設計。

根據上述情況，本次設計尤家峁水庫壩基防滲的截滲范圍主要是壩基細沙及壩體填沙層，依據地質剖面圖，初步考慮其截滲方案為：帷幕灌漿、塑性砼墻、深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結合防滲3種方案。但由于帷幕灌漿方案截滲效果難以保證，塑性砼墻方案成孔困難，塌孔嚴重，質量不易控制，所以采用施工不需要開槽，不破壞壩體，不存在塌孔問題，工程質量可靠，防滲效果好，工程造價低、成孔有保障的深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結合垂直截滲方案。

（2）深層水泥攪拌樁及高壓旋噴樁技術指標

深層攪拌地下連續墻采用一次成墻工藝，每個單元墻3根水泥土攪拌樁。攪拌軸間距320 mm，攪拌頭直徑400 mm，墻體有效厚度不小于200 mm。每個單元墻長度為960 mm，前后單元墻的首尾樁采取套接，單元墻有效長度640 mm（圖3）。

圖3 深層攪拌地下連續墻樁間搭接示意圖

地下連續墻攪拌樁水泥摻入量10%～18%，水灰比為1.5～2.0（水泥摻入量及水灰比根據室內試驗及現場試驗最終確定）。地下連續墻墻體彈性模量不大于1000 MPa，滲透系數K＜1.0×10-6cm/s，允許滲透坡降 J＞200，抗壓強度 R28≥0.5 MPa。

高噴旋噴樁采用三管法施工，間距0.8 m，樁徑不小于1.1 m，墻體彈性模量不大于1000 MPa，滲透系數K＜1.0×10-6cm/s，允許滲透坡降J＞200，抗壓強度R28≥2.0 MPa。

4.3 壩體防滲處理

壩體防滲的尤家峁水庫的防滲重點。根據壩體測量資料、地質資料及水文、水位、水庫規模等初步選取兩套方案比選，見表3。

表3 方案一與方案二比較表

方案一：垂直防滲布設方案。壩體防滲范圍從右岸副壩西段沙丘處至左岸已有擺噴幕墻端點偏移4 m為終點止，防滲幕墻全長1418 m，防滲墻軸線在壩前距壩軸線16.9 m（副壩段）、20.9 m（主壩段）。防滲幕墻頂高程1096.00 m，防滲幕墻底高程1052 m～1078 m與壩基相對不透水層相接，防滲幕墻根據施工地質深入不透水層深度不小于1 m，防滲幕墻成墻面積42809 m2。

方案二：斜坡防滲加垂直防滲組合布設方案。壩體防滲范圍從左岸已有擺噴幕墻端點偏移2 m為起點至副壩西段沙丘處止，防滲幕墻全長1361 m，防滲墻軸線在壩前距壩軸線45 m。防滲幕墻末端段幕墻1＋265.66 m至幕墻1＋361.44 m，頂部高程由1091.00 m漸變至1096.00 m，幕墻1＋265.66 m后高程為1091.00 m。防滲幕墻底高程1050 m～1078 m與壩基相對不透水層相接，防滲幕墻根據施工地質深入不透水層深度不小于1 m，防滲幕墻成墻面積35355 m2，高程1091 m～1097 m采用土工膜（PE材質兩布一膜，1000 g/m2）接防滲幕墻防滲，土工膜上依次是1.5 m厚壩體填筑土防凍層、10 cm砂礫層、10 cm厚預制砼塊。

綜合經濟技術比較，方案一垂直防滲深度較大，施工難度較大，防滲效果不易控制，且不經濟，方案二中砼防滲墻結合斜坡土工膜防滲中，砼防滲墻在成墻方面較為困難，塌孔后不易處理，且不經濟，方案二中擺噴幕墻結合斜坡土工膜防滲中，擺噴較為經濟，但擺噴相對防滲效果差，施工干擾大，防滲幕墻在30 m以下深度偏差大等技術缺陷，本次設計采用方案二深層水泥攪拌樁及旋噴樁結合防滲，墻深26 m內采用深層水泥攪拌樁，墻深26 m～30 m內采用單排高壓旋噴樁、墻深26 m至41 m選用雙排高壓旋噴樁。此方案不僅技術方面有保證防滲效果較為理想，且較為經濟，故采用此方案。

5 結語

由于地質地基和工程施工建設中的多種問題，造成尤家峁水庫建成后，滲漏問題嚴重，一直影響到水庫效益的發揮和大壩安全問題。通過地質勘察，結合國內大壩除滲成熟設工設施方案，并經過方案比選，提出壩基采用深層水泥攪拌樁與高壓旋噴灌漿結合的防滲方案，壩體采用斜坡防滲加垂直防滲組合方案。尤家峁水庫壩體防滲處理后，可加大水庫庫容利用率，每年可向下游兩個灌區3萬畝農田供水，年平均補水800萬m3。