水庫工程深厚砂礫石覆蓋層防滲處理設計

□彭遠皓

（云南夏洲水利水電勘測設計有限公司）

0 引言

水庫工程多位于崇山峻嶺地帶，正常蓄水位比較高，通常可達上千米，地質條件復雜，砂礫石覆蓋層比較厚，經常會發生滲漏和繞滲問題。水庫工程滲漏情況，對經濟效益及節約水資源有很大影響。再加上水文地質比較復雜，不確定因素比較多。因此，為充分發揮出水庫工程應有的作用和功能，就必須采取合理的防滲漏措施才能保證水庫工程安全運行，提升工程效益。基于此，開展水庫工程深厚砂礫石覆蓋層防滲處理設計的研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

某水庫工程總投資項目16.82 億元，為碾壓式瀝青混凝土心墻壩體，高度為128.80 m，總庫容為1.27億m3，是一項綜合性強的水庫工程，由攔河壩、帷幕灌漿垂直防滲漏系統、溢洪洞、泄洪洞等共同組成。下部為沖擊砂礫石覆蓋層，呈現泥質半膠結狀態，厚度在45～214 m 之間，砂礫石覆蓋層的天然密度為2.15 g/cm3，干密度為2.13 g/cm3，滲透系數在3.74×10-3cm/s 左右，屬于典型強透水底層。

2 深厚砂礫石覆蓋層防滲處理技術對比分析

2.1 垂直防滲處理技術

此項技術相對比較成熟，和其他防滲技術相比，垂直防滲處理技術具有更加可靠的滲透穩定性，而且還能提升墻體的穩定性，此外，其檢驗優勢也比較明顯，廣泛應用在深厚砂礫石覆蓋層防滲處理中。

2.2 水平防滲處理技術

水平防滲處理技術的主要原理為：以混凝土作為弱水性材料，在水庫工程的上游進行填筑和碾壓，促使混凝土和壩體形成一個整體。和垂直防滲處理技術相比，此種技術最大的優點是可以有效控制滲漏量，但無法徹底根治滲漏問題，防滲效果比垂直防滲處理技術略差，但施工成本低，材料簡單。

2.3 聯合防滲處理技術

為最大限度提升深厚砂礫石覆蓋層防滲處理效果，通常把幕墻結合防滲、水平防滲、垂直防滲相互結合，通過相應的施工技術將三者聯合為一個整體。帷幕灌漿施工技術要想發揮出應有的效果，就必須嵌入到弱風化層中，在具體施工中，為降低施工成本，縮短施工工期，經常會降低防滲墻的鑿孔難度。

3 深厚砂礫石覆蓋層防滲處理設計

3.1 “上防下排”防滲設計思路

防滲處理效果對該水庫工程運行的安全性及經濟效益有重要影響，為行之有效的解決滲漏問題，在該水庫工程的左岸通過“帷幕灌漿+交通洞+排水洞”的方式，形成一道連續的排水孔幕，從而實現“上防下排”的綜合防滲處理效果。

3.2 防滲長度的確定

深厚砂礫石覆蓋層造成該水庫工程發生滲漏問題的主要原因，在布設帷幕時，該水庫工程的年滲漏量為3 078.60萬m3，設置300 m長帷幕時，年滲漏量降為3 034.40萬m3；設置550 m長帷幕時，降為2 864.60萬m3；設置700 m長帷幕時，降為2 784.20萬m3。如果再加上壩肩帷幕及封閉效果比較好的庫區帷幕，則年滲漏降為2 065.40萬m3。從中可以看出550 m長帷幕和700 m長帷幕年滲漏量的變化并不是很大。設置帷幕的主要作用為延長滲徑，并降低滲漏的坡降，避免高邊坡發生坍塌影響水庫工程運行的安全性，因此，選擇550 m長帷幕即可滿足實際需求。

3.3 深厚砂礫石覆蓋層防滲處理方式的選擇

對比三種防滲處理技術，在本工程設計中選擇了垂直防滲處理技術，通過混凝土防滲墻+帷幕灌漿+懸掛式混凝土防滲墻+砂礫石帷幕灌漿的形式，組成“上墻下帷幕”的防滲體系。但該水庫工程砂礫石覆蓋層后超過200 m，缺乏可借鑒的施工經驗，也無規可循，只能按照實際情況及時調整施工參數。

目前全球規模最大的防水帷幕為埃及阿斯旺防滲漏帷幕，為黏土心墻壩體，覆蓋層為砂、砂礫、黏土和砂的互層，覆蓋層深度為245 m，最大幕墻深度為208 m，通過帷幕灌漿施工方法完成施工任務。從1967年建成運行至今，防滲效果比較好，可參考借鑒其成功經驗。

在具體設計過程，如果發現懸掛式混凝土防滲墻無法滿足壩基滲透穩定性及控制流量的需求，可在其下方重新接灌漿帷幕實現全截斷。比如冶勒水電站在基礎施工中就采用了此種防滲處理方法，效果良好。

就目前我國深厚砂礫石覆蓋層防滲處理技術發展現狀而言，在懸掛式混凝土防滲墻下方接百米及以上深度的垂直防滲處理技術相對比較成熟，但防滲墻的造價成本遠遠大于帷幕灌漿防滲成本。就案例工程而言，開展防滲處理的主要目的是延長滲徑，促使繞滲能夠盡量遠離壩體的高邊坡，避免發生滑塌問題。所以為降低施工成本，在本工程設計中，主要采用了帷幕灌漿垂直防滲漏處理技術。但《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》明確規定了斜孔的最大深度為100 m，孔底允許偏差為2.50 m。但本工程鉆孔深度超過200 m，遠遠大于規范的限定值，為形成連續帷幕，避免形成滲漏通道，通過合理調整孔距來控制斜孔深度，在帷幕灌漿時將排距控制在2.00 m左右，孔距控制在3.00 m左右，孔底最大允許偏差值如表1所示。

表1 帷幕灌漿時孔底最大允許偏差值表

就案例工程而言，選擇的帷幕總長度為550 m，則帷幕灌漿孔布置形式為：2排灌漿孔、排間距2.00 m，孔距3.00 m，呈梅花樁布置，為保證防滲處理效果，孔底進入巖石的深度要控制在5 m以下，且注漿完成后滲透系數要控制在100 Lu以下。

3.4 排水孔幕設計

排水管長度計算公式為如下：

式（1）中，Lρsg表示排管的總長度；pp（x，y，z）表示排水孔對應位置的孔壓值；ρw表示水庫水資源的密度；g表示水資源的重力加速度。確定排水管長度時，要結合不同洞頂的實際高程，選擇合理排水長度，案例工程防滲處理中排水管的長度可選擇9～55 m。

工程防滲帷幕的總長度為550 m，雖然可以大幅度降低滲透系數及坡降，但滲透水泥坡降仍然有0.15超過允許范圍值，位于壩體左岸起480 m 的防滲帷幕處，滲漏水量仍然比較大，對下游的高邊坡仍然存在較大影響。為進一步降低水流向邊坡滲漏，本工程在下游左岸高邊坡位置設置了一排排水孔幕，用以攔截繞滲水流，降低坡降。

為進一步提升排水管布置的合理性，通過分析該工程左岸砂礫邊坡的穩定性，可選擇的布置方式有：3 m一排，3 m兩排，2 m 一排，2 m 兩排，1 m 一排，排間距都是2 m。其中3 m 一排布置方式孔壓消散不夠明顯，再加上排水管間距比較大，水體仍然可以繞過排水管繼續向下滲漏。3 m兩排和2 m一排的防滲漏效果基本相同，孔壓可降低50%～55%。后兩種空壓消散的效果最佳，經過排水管之后，孔壓可以降到最低值，綜合考慮性價比和有效性，決定采用2 m 一排布置方式，進而更好地提升防滲處理設計效果。

在砂礫土層上鉆孔時容易發生掉塊現象，增加排水管安裝的難度，而且引發泥沙堵塞等問題，影響排水效果。因此，在具體施工中，采用了深厚砂礫石層滲流濾排水裝置，實現對砂礫石層滲流的分層濾排水處理，有效解決排水孔坍塌和排水管堵塞問題，具體情況如圖1所示。

圖1 深厚砂礫石層滲流濾排水裝置示意圖

4 結語

綜上所述，文章結合工程實例，探討了水庫工程深厚砂礫石覆蓋層防滲處理，得出以下結論：

一是采用“上防下排”的綜合防滲漏處理技術，可有效提升防滲效果，不同帷幕長度，年滲漏量存在一定的差異，但相比而言550 m 長帷幕和700長帷幕年滲漏量差距不是很明顯，出于工程投資和經濟性的考慮，選擇550 m長帷幕即可。

二是垂直防滲處理技術可形成“上墻下幕”形式，防滲漏效果更加，也是本工程采用的主要防滲技術。

三是安裝深厚砂礫石層滲流濾排水裝置，可進一步降低對高邊坡的影響，并防止發生排水管堵塞問題，是一項比較先進的技術，值得大范圍推廣應用。