農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池壩坡局部地下水滲漏處理

范勛禮

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

1.1 工程情況

武威市祁連山山水林田湖草生態(tài)保護(hù)項(xiàng)目修復(fù)了天祝縣黃河流域2018年廟兒溝小流域水土保持綜合治理工程第一標(biāo)段規(guī)劃新增治理面積31.32 km2，其中：造林66.67 hm2，種草 154.21 hm2，封禁治理2 911.12 hm2，管道工程11.26 km，護(hù)岸工程10.82 km（其中工程護(hù)岸4.4 km，生物護(hù)岸6.42 km），谷坊23 座，農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池1 座，河道水環(huán)境治理5.5 km，其主要任務(wù)是境內(nèi)黃河流域上游廟兒溝小流域的溝道、坡面、山頭進(jìn)行水土保持綜合治理，此項(xiàng)目是加強(qiáng)祁連山水源涵養(yǎng)林建設(shè)，提高水源涵養(yǎng)林生態(tài)防護(hù)能力和涵養(yǎng)水源的能力，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全屏障的重要措施。

農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池布置于山體下游荒灘地上，該區(qū)域西高東低，為保證工程的經(jīng)濟(jì)性，水池采用半挖半填。水池為注入性水池，輸水管進(jìn)口位于水池西側(cè)，為確保水池可通過(guò)引水管注滿，水池的正常蓄水位不宜過(guò)高，略低于輸水口高程，取水口位于水池東側(cè)。總蓄水量為6萬(wàn)m3，為矩形水池，池底長(zhǎng)度為145 m，寬度為90 m，池深5 m。采用半挖半填，池底從下到上依次為：20 cm 厚壤土墊層、土工膜（SN/PE-16-400-0.5）、20 cm 厚細(xì)砂蓋重、30 cm 厚砂礫蓋重。水池迎水面坡比為1∶3，背水面坡比1∶2，邊坡從下到上依次為20 cm 厚壤土墊層、復(fù)合土工膜（SN/PE-16-400-0.5）、20 cm 厚細(xì)砂蓋重、30 cm 厚的格柵護(hù)坡（內(nèi)填砂礫石）。調(diào)蓄水池完成后將多余砂礫石在來(lái)水一側(cè)堆置攔水沙壩，將上游來(lái)水排至兩側(cè)溝道。攔水沙壩長(zhǎng)200 m，上底寬2 m，下底寬6 m，坡比1∶1，對(duì)攔水沙壩坡面及頂部利用清表土方進(jìn)行覆土種草。壩體填筑壓實(shí)度不小于0.96，相對(duì)密度0.8，其中北壩壩體為開挖型壩基。

1.2 工程任務(wù)

該農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池工程從上游河道截引雨水和雪山消融水，主要工程任務(wù)包括兩方面：一是通過(guò)供水管道為下游農(nóng)業(yè)農(nóng)田提供灌溉用水，改善項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉條件，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展；二是山水林田湖是一個(gè)生命共同體，對(duì)山水林田湖進(jìn)行統(tǒng)一保護(hù)，統(tǒng)一修復(fù)，對(duì)保護(hù)修復(fù)祁連山山水林田湖生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)流域水源，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重大意義。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，發(fā)揮應(yīng)有的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；通過(guò)流域水環(huán)境治理保護(hù)工程的實(shí)施，改善河流生態(tài)環(huán)境，形成完整的防護(hù)體系，維護(hù)水系河道，拓展城市發(fā)展空間，營(yíng)造良好的城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展環(huán)境，提高人居環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)人與自然和諧相處。同時(shí)，促進(jìn)當(dāng)?shù)鼐用褚阅赁D(zhuǎn)農(nóng)、發(fā)展經(jīng)濟(jì)型農(nóng)業(yè)模式，以加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)自然保護(hù)，徹底改變牧區(qū)居民生活條件。

2 工程地質(zhì)概況

農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)蓄水池布置于打柴溝鎮(zhèn)廟兒溝Ⅰ級(jí)階地，階面平坦開闊，寬150～200 m，略有起伏，向溝床緩傾，地面高程2 765～2 776m。調(diào)蓄水池場(chǎng)地上部地層巖性為沖洪積黃土，呈灰黃色，結(jié)構(gòu)疏松，厚度一般1～2 m；下部地層巖性為沖洪積砂卵礫石，局部夾有厚約0.1～0.5 m 含礫（砂）壤土透鏡體，骨架顆粒成分以變質(zhì)凝灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、花崗片麻巖等硬質(zhì)巖為主，石質(zhì)較堅(jiān)硬，磨圓較好，分選性差，中密-密實(shí)，局部有弱膠結(jié)現(xiàn)象，強(qiáng)透水；下伏新近系（N2）臨夏組粉砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)，巖性軟弱，遇水易軟化、崩解，強(qiáng)風(fēng)化層厚約1.5～3 m。該段地下水埋深6.0～8.5 m，含水層厚度較小，水量較小，水質(zhì)較好，地下水對(duì)普通混凝土微腐蝕性。

蓄水池壩基主要為砂卵礫石層，無(wú)砂夾層，屬?gòu)?qiáng)透水，中等密實(shí)層，卵礫石含量分別71%，即粒徑大于5 mm 以上顆粒質(zhì)量百分率大于70%，不存在地震液化問(wèn)題。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，在場(chǎng)地西側(cè)山區(qū)有季節(jié)性山洪發(fā)育，東側(cè)廟兒溝季節(jié)性洪水，對(duì)調(diào)蓄水池有一定影響，采取防洪和導(dǎo)洪措施，場(chǎng)地整體穩(wěn)定。主要工程地質(zhì)問(wèn)題是滲漏、滲透變形，因此蓄水池池底及池邊必須采取連續(xù)封閉的兩布一膜復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲。

3 滲漏原因分析

2018年5月蓄水池開始開挖和壩體填筑施工，截至9月底無(wú)地下水滲漏。當(dāng)年年降雨量大于400 mm，雨季集中于7—9月，雨季也是當(dāng)?shù)厥┕さ母叻迤凇Ｊ┕み^(guò)程中調(diào)蓄水池北壩坡坡腳開挖到基礎(chǔ)后存在地下水滲水現(xiàn)象，為了防止地下水影響北壩坡腳穩(wěn)定性，對(duì)壩基范圍內(nèi)的滲水區(qū)域采用基礎(chǔ)墊層換填的方式進(jìn)行處理，以確保壩體安全。調(diào)蓄水池壩體北坡基礎(chǔ)增加原基砂礫開挖后換填，換填尺寸為90 m×5 m，深度為1 m，具體換填處理方法為30 cm 塊石+20 cm 紅黏土分層填筑碾壓。2018年11月，庫(kù)區(qū)和壩坡兩布一膜復(fù)合土工膜鋪設(shè)完成，蓄水池未蓄水。經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季凍融，2019年3月已鋪設(shè)的北壩壩坡0+045 處有連續(xù)地下水滲出，并因冬天結(jié)冰將土工膜和混凝土格梁鼓脹頂起，造成土工膜變形，影響壩坡安全。

4 處理方案

針對(duì)蓄水池北壩壩坡0+045 處距離止滑梁1 m高的位置地下水滲漏問(wèn)題，并且地下水滲流具有出水點(diǎn)只集中于一處、滲流周期長(zhǎng)和出水量較小等特點(diǎn)。經(jīng)查證資料和依據(jù)滲流特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)參建四方（建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位）研討、協(xié)商確定采取引導(dǎo)排水的方法處理此處壩坡地下水滲流問(wèn)題。

第一，在距離蓄水池出水面100 m 處開挖1.0 m×1.0 m×1.0 m 通道，分層夯填0.5 m 塊石+0.5 m 壤土，建立排水廊道，將滲漏水引至壩體外。

第二，在土工膜鼓起最嚴(yán)重的的地方（即出水點(diǎn)），人工清理掉出水點(diǎn)周圍原來(lái)安裝的C25 混凝土格梁和砂礫石蓋重。將土工膜裁取0.4 m×0.4 m，用PE 花管（DN50 鍍鋅鋼管，間距10 cm 梅花形鉆孔）引導(dǎo)排出地下滲水，花管末端需安裝逆止閥。

第三，為了防止壩體細(xì)顆粒通過(guò)花管流失，采用棕樹樹皮包裹花管3 層；花管末端安裝逆止閥，能夠給滲漏留有通道，又能防止蓄水池內(nèi)部蓄水倒流。壩坡滲水流量越大時(shí)，閥門開合越大；沒(méi)有滲流時(shí)，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，也不會(huì)發(fā)生蓄水池向外排水。

第四，土工膜粘接過(guò)程中，必須保證土工膜干燥。首先，采用干燥的毛巾擦凈，再采用吹風(fēng)機(jī)吹干，土工膜干燥才能粘接牢固。其次，第一次粘接完成后，待KS 熱熔膠自然風(fēng)干，再次進(jìn)行下一層的粘接工作。

第五，混凝土拌和過(guò)程中按照配合比加入3.5%速凝劑，保證混凝土快速初凝，防止地下滲流將新澆筑混凝土鼓起、架空，并達(dá)到蓋重和穩(wěn)定壩坡的效果。施工配合比嚴(yán)格遵守試驗(yàn)確定并經(jīng)監(jiān)理單位批準(zhǔn)的砼配料單。使用外加劑時(shí)，嚴(yán)格控制其投入量，并將外加劑均勻的配入拌合水中。

第六，對(duì)人工清理的框格梁（內(nèi)填充砂礫石），進(jìn)行C25F200W4 鋼筋混凝土澆筑，鋼筋布設(shè)Φ20@鋼筋網(wǎng)片，砼澆筑厚度按照原設(shè)計(jì)厚度30 cm 分層澆筑，利用大層面散熱。在混凝土澆筑過(guò)程中，觀察模板、鋼筋、預(yù)埋逆止閥管道等的情況，若發(fā)現(xiàn)有變形、移位時(shí)，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。振搗時(shí)以混凝土不再顯著下沉、不出現(xiàn)氣泡，并開始泛漿為準(zhǔn)，做到“快插慢拔”，既不過(guò)振，也不漏振。鋼筋混凝土澆筑的作用，一方面保護(hù)處理滲漏粘接處理的土工膜；另一方面防止框格梁再次因出水鼓起。

第七，預(yù)制鋼筋混凝土格梁的規(guī)格、型號(hào)、預(yù)埋件位置及數(shù)量、外觀質(zhì)量等，均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求及《預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ321—90）的規(guī)定。按結(jié)構(gòu)吊裝方案規(guī)定的順序進(jìn)行吊裝，一般沿縱軸方向往前推進(jìn)，逐層分段流水作業(yè)，減少反復(fù)作業(yè)，當(dāng)一個(gè)斷面的格梁吊裝完成后，再吊下一個(gè)斷面上的格梁安裝。安裝過(guò)程中，檢查柱子軸線，定位板的位置、標(biāo)高和錨固是否符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)在吊裝過(guò)程中被碰撞的鋼筋，在焊接前要將主筋調(diào)直、理順，使上下主筋位置正確，互相靠緊，便于施焊。最后，對(duì)接頭位置采用C30 混凝土進(jìn)行澆筑。

5 處理效果

經(jīng)驗(yàn)證，北壩壩坡經(jīng)滲漏處理后，通過(guò)花管和逆止閥控制了地下水對(duì)壩坡的影響，為地下滲水留有出路，有效地處理了蓄水池壩坡滲漏問(wèn)題。此農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池已正常運(yùn)營(yíng)3年。運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，壩坡穩(wěn)定、地下滲流可控，壩坡坡面無(wú)變形、沉降，建筑物運(yùn)行完全正常。

此次出現(xiàn)的蓄水池壩坡段土工膜因地下水滲漏頂托，與壩體填筑和土工膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，也與施工單位施工工序和施工質(zhì)量無(wú)關(guān)。主要原因是因當(dāng)?shù)厣絽^(qū)當(dāng)年降水量豐富，導(dǎo)致山體地下水水位上漲。水電項(xiàng)目條件比較復(fù)雜，各種外界干擾因素導(dǎo)致的施工難題頻繁發(fā)生，必須充分考慮各方面弊端，利用專業(yè)知識(shí)和技術(shù)克服困難。施工過(guò)程中，施工單位在對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)及項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中就現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際較設(shè)計(jì)有變動(dòng)的地方及時(shí)以報(bào)告單形式上報(bào)建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位，通過(guò)四方單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的再次踏勘復(fù)核，組織召開相關(guān)協(xié)調(diào)會(huì)議解決處理項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中遇到的重大問(wèn)題，設(shè)計(jì)單位結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況組織項(xiàng)目組成員及時(shí)做出變更或調(diào)整設(shè)計(jì)方案，經(jīng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人審核通過(guò)后提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙及說(shuō)明書，并按時(shí)匯總工作開展情況，推進(jìn)工程建設(shè)。

6 結(jié)論與建議

一是針對(duì)此農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池地下水滲流具有出水點(diǎn)集中、滲流周期長(zhǎng)和出水量較小等特點(diǎn)，采用花管、逆止閥引導(dǎo)排水處理，能夠及時(shí)制止壩坡地下水對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響，證明施工方案是可行的。

二是通過(guò)灌溉調(diào)蓄水池的幾年運(yùn)營(yíng)情況，證明上述處理方案效果良好，能夠保證蓄水池的壩體安全性和穩(wěn)定性。

三是該農(nóng)業(yè)蓄水池建成以后，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)預(yù)期效益明顯。一方面，改善項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉條件，通過(guò)管道供水促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植的發(fā)展，促使當(dāng)?shù)貜膫鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)青稞種植向藜麥和蔬菜大棚等經(jīng)濟(jì)作物種植轉(zhuǎn)型；另一方面，生態(tài)系統(tǒng)功能改善情況總體良好，通過(guò)灌溉發(fā)展種草、種樹，提升當(dāng)?shù)夭菰⑥r(nóng)田等自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)功能，區(qū)域內(nèi)及周邊生態(tài)系統(tǒng)功能明顯改善，對(duì)保護(hù)修復(fù)祁連山山水林田湖生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

為了確保蓄水池后期運(yùn)營(yíng)安全，充分發(fā)揮過(guò)程效益，該蓄水池的運(yùn)營(yíng)管理單位天祝縣當(dāng)?shù)厮芴幵诠芾砉ぷ髦校袑?shí)實(shí)行專人管理，具體建設(shè)包括在工程運(yùn)行管理中，管理人員責(zé)任到人，分工明確，隨時(shí)做好蓄水池的檢查觀測(cè)，使工程設(shè)施的運(yùn)行管理和維修養(yǎng)護(hù)逐步走上專業(yè)化、制度化、規(guī)范化的道路；檢查觀測(cè)人員要嚴(yán)格按照規(guī)定的時(shí)間、項(xiàng)目、部位進(jìn)行工程全面、系統(tǒng)和連續(xù)的檢查觀測(cè)，要保證觀測(cè)資料的真實(shí)性、完整性、連續(xù)性和準(zhǔn)確性，對(duì)每次檢查與觀測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)記錄、測(cè)值進(jìn)行整理分析，如觀測(cè)值有突變現(xiàn)象，要及時(shí)上報(bào)并處理；做好水庫(kù)的安全預(yù)防措施。