聶亮亮

(江西省贛禹工程建設(shè)有限公司，江西 南昌 330000)

過去幾十年，為了合理開發(fā)水資源，充分利用地表水資源，我國修建了諸多平原水庫，隨著水庫投入運行，不斷出現(xiàn)一系列問題，其中水庫滲漏成為最致命的問題之一，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，因滲漏破壞而導致大壩垮壩的，占30%以上[1]。我國水庫除修建在巖基或硬土地基上，大部分修建在河道沖積層和濱海沉積層上，壩基地質(zhì)條件通常以輕粉壤土為主，呈松散狀態(tài)，滲透性強且土層分布厚度不均勻，夾有高壓縮性、低強度的黏土層。在此類地基上修建壩基，如若防滲措施及工藝選擇不合理，將會導致水庫滲漏問題進一步加劇。因此，需要對軟弱壩基上的水庫壩體滲漏進行研究。

國內(nèi)外許多專家均對水庫滲漏問題開展了研究，計慶寶對澤城西安水電站大壩滲漏進行研究，發(fā)現(xiàn)壩基全新統(tǒng)洪積卵石混合層、強風化巖層為滲漏的主要部位[2]，顧正聰認為小浪底土石壩運行期間在壩基覆蓋層和基巖斷層處產(chǎn)生了較大的滲漏量[3]，呂百勝、龐瓊、閆小兵、張先員等對水工壩基防滲技術(shù)進行了探討，如采用混凝土和自凝灰漿制作防滲墻、以高壓噴射為施工方式的防滲墻、帷幕灌漿、淤泥固堤防滲、水泥土攪拌樁防滲墻等各種新型且見效快的防滲措施[4- 7]。大壩滲漏主要有三種：壩體滲漏、壩基滲漏和壩肩滲漏，其中壩基滲漏是水庫工程中普遍存在的問題[8]。本文在總結(jié)前人研究理論和技術(shù)的前提下，對軟弱地基上平原水庫壩基土滲透性進行試驗研究，并提出防滲方案及施工工藝措施，可為類似地基上修建水庫提供借鑒。

1 工程概況

該水庫為中型平原水庫，設(shè)計最高蓄水位為20.00m，最大庫容為4732萬m3，年入庫水量為7657萬m3，年供水量為6980m3，水庫所在地土層為沖積平原新近沉積的粉土、黏土，壩基土深度30m范圍內(nèi)自上而下可分為八層：一層粉土，厚2.5～5m，中等壓縮性，工程性質(zhì)較好；二層黏土，軟塑，厚度1～4m，承載力低，是較好的隔水層；三層粉土，中密，厚度0.5～2.3m，低壓縮性；四層粉質(zhì)黏土，軟塑，厚度2.7～7.0m，中壓縮性，工程性質(zhì)較差；五層粉土，密實，厚度2.1～5.5m，低壓縮性；六層粉質(zhì)黏土，軟塑，厚3.0～8.3m，中壓縮性；七層細砂，中密，厚度1.0～4.9m，低壓縮性，工程性質(zhì)較好，八層黏土，可塑，厚度0.9～3.1m，中壓縮性，工程性質(zhì)良好，各土層滲透性及顆粒組成見表1。

2 滲漏分析及控制研究

2.1 滲透試驗

因壩體填筑材料多為就地開挖土料，而開挖土料大多為地表第一層土料粉土，其滲透性大，抗?jié)B穩(wěn)定性較差，因此對壩體及壩基的滲透特性及抗?jié)B穩(wěn)定性進行分析，對控制軟土地基上水庫壩體壩基滲透極為重要。

表1 各土層滲透性及顆粒組

壩體滲透試驗采用的試驗土樣是粉土75%、粉質(zhì)黏土25%混合土樣，兩次試驗干密度分別為1.53、1.56g/cm3，兩次試驗計算所得的滲透系數(shù)分別為1.99×10-4、1.72×10-4cm/s，由此可見，隨著土樣干密度的增加，滲透系數(shù)略有減少，但變化不明顯，同樣壩基土滲透試驗結(jié)果與壩體差別不大。滲透破壞試驗結(jié)果顯示，當壩體干密度分別為1.53、1.56g/cm3時，臨界坡降分別為0.94、0.98，取安全系數(shù)為3，其允許坡降i=0.31～0.33。參照有關(guān)資料，對壩體土干密度為1.53g/cm3時，得到允許坡降為0.07，由于粉土性質(zhì)介于無黏性土與黏性土之間，為保證壩體的滲透穩(wěn)定性，綜合分析取粉土允許坡降為0.11[9]。

2.2 滲流分析

2.2.1斷面設(shè)計

考慮到壩體長度不是很長且地面起伏較小，壩基土層分布基本一致，選擇一個斷面分析即可看出全壩的滲流情況。因壩基第二層黏土層滲透系數(shù)比第一層粉土層約小1/100，可以將壩基地下第二層黏土層看作水平隔水層，因此選擇黏土層最薄、粉土層最厚滲流最不利的斷面作為控制分析斷面。為論證防滲措施的必要性，對選擇的斷面進行了三種防滲方案的滲流分析，且選擇不做任何防滲措施的方案1作為對比參考[10- 15]，如圖1所示。

方案1：壩體迎水面不設(shè)防滲土工膜，壩基不設(shè)垂直防滲鋪塑。

方案2：壩體迎水面鋪設(shè)防滲土工膜，壩基不設(shè)垂直防滲鋪塑。

方案3：壩體迎水面鋪設(shè)防滲土工膜，壩基設(shè)置垂直防滲鋪塑并插入第二層黏土層。

圖1 三種方案防滲簡圖

2.2.2滲流計算

進行滲流場分析時，壩體土的滲透系數(shù)采用干密度為1.53g/cm3的土樣試驗時所得到的滲透系數(shù)為1.99×10-4cm/s，土工膜的滲透系數(shù)取用1.0×10-10cm/s計算。

(1)方案1計算結(jié)果分析

該方案為對比試驗，不采取任何防滲措施，因壩體填筑土料與壩基粉土的滲透系數(shù)十分相近，所以壩體內(nèi)滲流出逸點比較高，滲流計算結(jié)果如圖2(a)所示。由圖2可知，滲流出逸點距壩腳位置約為4.12m，出逸點處的等勢線已達45%，出逸坡降i=0.23>0.11，滲透穩(wěn)定性不滿足要求，工程滲透穩(wěn)定性工程措施量大且比較復雜，該方案計算所得到的單寬滲漏量是2.98×10-6m3/s。

(2)方案2計算結(jié)果分析

該方案為上游迎水面壩坡防滲方案，在上游迎水面設(shè)置復合人工防滲土工膜，滲流計算結(jié)果如圖2(b)所示，方案2和方案1相比，方案2壩體內(nèi)水浸潤面明顯降低，出逸點高度大約為1.23m，出逸點位置的等勢線為20%，出逸坡降i=0.141>0.11，滲透穩(wěn)定性雖不能滿足要求，但較方案1已明顯增強，且計算所得的單寬滲漏量是1.18×10-6m3/s，也有明顯地減少。

(3)方案3計算結(jié)果分析

方案3是在上游迎水面壩坡設(shè)置復合人工防滲土工膜、壩基設(shè)置垂直防滲鋪塑與第二層黏土層隔水層相銜接構(gòu)成完整的防滲體系，滲流計算結(jié)果如圖2(c)所示，方案3與前兩個方案相比，防滲效果特別顯著，壩體內(nèi)浸潤線與壩基面基本一致，滲流出逸點與壩腳位置幾乎持平，出逸坡降i=0.0342<0.11，滿足滲透穩(wěn)定性要求，計算所得的單寬滲漏量是1.11×10-7m3/s。

2.2.3計算結(jié)果分析

由計算結(jié)果可以看出，對比方案1因未采取任何防滲措施，其出逸點高度、等勢線、出逸坡降及單寬滲流量均比方案2、3的指標高；方案2雖然在壩體迎水面設(shè)置了復合人工防滲土工膜，相關(guān)指標較方案1有所下降，但仍未滿足滲透穩(wěn)定性的要求；方案3因壩坡設(shè)置復合人工防滲土工膜、壩基設(shè)置垂直防滲鋪塑與第二層黏土層隔水層相銜接構(gòu)成完整的防滲體系，壩體內(nèi)浸潤面、出逸坡降均有明顯減少，且滿足滲透穩(wěn)定性要求，單寬滲流量較方案1、2也減小1/20～1/10。因此，由試驗研究分析可知，軟弱壩基上平原水庫通過采取方案3類似相關(guān)防滲體系后，水庫壩體壩基滲透得到較好的控制。

圖2 三種方案防滲計算結(jié)果

3 施工措施探討

綜合上述實驗成果，該水庫壩體壩基防滲工程施工時需要注意，將壩腳處的垂直防滲工程插入第二層黏土層中但不能穿透黏土層，其上端與水平防滲措施相連接，再與上游壩坡復合人工土工膜無縫連接，形成一個閉合的防滲體系，滲透系數(shù)將會大大減少。

(1)垂直鋪塑即先采用施工機械對壩基基礎(chǔ)進行清理、平整，在需要鋪設(shè)的位置放好線并用開溝造槽機挖出較窄的深槽，采用泥漿護壁技術(shù)對槽壁進行固定，以防止泥土脫落，然后沿著槽壁鋪設(shè)PE膜，相鄰兩塊膜的結(jié)合處要相互搭接，鋪設(shè)完后及時回填黏土，即形成一道完整的垂直防滲帷幕墻，其上端塑膜與水平鋪塑連接在一起，構(gòu)成了連續(xù)的防滲阻隔系統(tǒng)。但在施工時需特別注意：①泥漿護壁時，泥漿重度不能太小或太大，以免泥漿不粘合槽壁；②兩塊塑膜接合處，搭接長度不小于30m，以免增加滲流通道。

(2)壩體防滲即在上游迎水面壩坡砂墊層上鋪設(shè)人工土工膜形成水平防滲層，鋪設(shè)前需先清理、平整坡面，然后鋪設(shè)土工膜材料，再在上面均勻鋪設(shè)一層黏土進行保護，可以起到覆蓋滲漏部位、保證壩基穩(wěn)定的作用。但在施工時需注意：①可根據(jù)壩坡實際情況選擇合適的復合土工膜，以減少焊接次數(shù)，且每隔10m預留褶皺，防止變形損壞土工膜；②膜與膜之間的焊接重合長度不少于20cm，邊角不齊的地方要修剪平整，保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)論

試驗分析結(jié)果顯示，通過在上游迎水面壩坡設(shè)置復合人土工膜、壩基設(shè)置水平與垂直防滲鋪塑，壩體人工土膜、壩基防滲鋪塑與第二層黏土層隔水層即構(gòu)成完整的防滲體系，能夠起到很好的防滲效果，且能起到保證壩基穩(wěn)定的作用；綜合前人研究成果，結(jié)合現(xiàn)場工程經(jīng)驗，提出了壩體、壩基防滲施工措施及施工注意事項，研究成果可為類似軟弱壩基上的水庫防滲提供借鑒。