斜板混凝土防渗墙在砂砾石层河道工程中的应用

□贾鹏生 □张国辉 □张 雅（南阳市水利建筑勘测设计院）

随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对城市生态和水环境的改善提出了更高的要求。近年来，为了保持一定面积的水面景观，提高城区段地下水位，提高城市用水保证率，减少城市地下水漏斗化，北方城区中、中小河道治理过程中建造了许多橡胶坝拦蓄河水工程。为了保护所形成的碧水蓝天、生机盎然的水景观，减少水资源浪费，确保工程安全，所有工程均进行了防渗、抗冲处理。但在砂砾石层河床上，如何结合工程实际解决防渗抗冲问题受到了技术、设备和资金等多方面的制约。结合河南省南阳市内乡县湍河第三级橡胶坝工程在砂砾石层河床上采用斜板防渗墙，能较好地解决该类问题。

1.工程概况

内乡县位于河南省西南部，伏牛山南麓，南阳盆地西沿，地处北亚热带北部边缘，年平均气温15.1℃。多年平均降雨量780m m，降雨年际变化大，年内分配不均匀，主要集中在6-9月，约占全年降雨量的61.8%。湍河为唐白河水系白河右岸较大的一条支流，发源于内乡县夏馆镇，全长216.3km，流域面积4946km2；湍河是内乡县主要河流，也是内乡县城的主要供水水源，内乡县湍河第三级橡胶坝位于宁西铁路桥下游300m处，坝址以上河道长度110.3km，流域面积1376km2，多年平均径流深314.9m m，多年平均径流量4.33亿m3。经计算湍河橡胶坝坝址处设计洪峰流量为QP=5%=3030m3/s，校核洪峰流量为QP=2%=3920m3/s。

内乡县湍河第三级橡胶坝总长337.8m，正常挡水位158.50m，回水至宛坪高速桥上游，建成后可形成水面面积57.6万m2，静态蓄水量99.2万m3。橡胶坝建成挡水后，不仅能形成秀美的水面景观，同时有助于抬高地下水位，补充县城地下水量，减少城市漏斗化，对县城供水起着重要的作用。

2.工程地质

内乡县湍河第三级橡胶坝坝轴线地层岩性主要为第四系全新统冲洪积物、第三系砂质粘土岩及白垩系粘土岩。

主要包括：层①细砂（Q4al+pl）：分布于湍河两岸一级阶地上，该层底板埋深2.3～3.4m，层厚2.3～3.4m。有效粒径d10=0.118m m，平均粒径d50=0.238m m，不均匀系数2.0，曲率系数1.65，级配较差。层②砾石（Q4al+pl）：分布于整个坝基，底板埋深4.9～8.9m，层厚4.9～5.8m。有效粒径d10=0.35m m，平均粒径d50=8.23m m，不均匀系数40.31，曲率系数1.56，级配较好。层③砂质粘土岩（N）分布于整个坝基，顶板埋深8.9～14.0m，层厚8.4～10.0m。孔隙比0.657，液性指数0.148，压缩系数0.15M Pa-1，压缩模量11.6M Pa，中压缩性，承载力特征值260kPa。层④粘土岩（K）：分布于整个坝基，顶板埋深14.0～18.1m，揭露最大厚度16.0m。棕红色，岩石呈弱风化状态，致密坚硬，层状构造，节理裂隙发育，遇水崩解软化，强度降低。

该坝基不存在饱和砂土液化问题。坝基各单元岩土层最大层面坡度1.01%，坝基为均匀地基。层①细砂渗透系数50m/d，层②砾石渗透系数150m/d，属极强透水，层③砂质粘土岩，渗透系数3.70×10－6cm/s，微透水，层④粘土岩属微透水。

层①细砂及层②砾石层的抗剪强度指标为：层①细砂C=0，φ=23.0°，摩擦系数f=0.42；层②砾石 C=0，φ=27.5°，摩擦系数f=0.52；层③砂质粘土岩C=36.5kPa，φ=18.5°，摩擦系数f=0.33。层②砾石J允=0.18。

3.工程布置

内乡县湍河第三级橡胶坝工程主要包括橡胶坝主体工程、边墙及左右岸护岸工程和控制室工程等。

橡胶坝坝址上游河床整平高程155.40m，下游河床整平高程155.30m。橡胶坝底板定为155.70m，坝顶高程为158.50m，坝高2.8m，最高挡水位为158.80m，台地高程159.10m。

橡胶坝总长337.8m，共分4个坝段，每个坝段84m，中墩厚0.6m，净高2.8m，底板高程为155.70m，设计正常挡水位158.50m。坝底板顺水流方向长度8.4m，底板厚0.8m，C20钢筋混凝土结构。上游为5m C20钢筋混凝土防渗铺盖和C20混凝土防渗斜墙，伸入基础泥岩1m，边坡1：2。下游设12m长，0.6m深消力池，池后为18m长的砌石海漫及10.25m长的抛石防冲槽。边墩基础座于砂砾石层上，采用钢筋混凝土悬臂结构，前趾兼作坝底板，基底总宽7.1m，顶高程159.10m，与左、右岸平台相齐平，边墩顺水流向长度同坝底板8.4m，两侧设垂直止水与上、下游翼墙相接。墩顶高程159.10m，墙高4.2～6.9m。

控制室是操纵橡胶坝充胀和排空坍落的机电设备及附属设施的维护结构。为了节约投资和方便交通，控制室布置在橡胶坝右岸的台地上，矩形结构，平面轴线间尺寸为4.46m×6.56m，共3层。

橡胶坝已于2008年3月份开工，2008年5月竣工并投入运用。

4.方案比选

橡胶坝坝址处河床149.56m以下为砂质粘土岩层，微透水，其上部为砾石层，强透水性，根据这一地层覆盖情况，坝底板座于透水层上，需对上游进行防渗防冲处理，内乡县湍河第三级橡胶坝工程在防渗方面主要采取水平钢筋混凝土铺盖方案、水平铺盖+高喷灌浆方案、水平铺盖+直立混凝土防渗墙方案、水平铺盖+斜混凝土防渗墙方案、深基础方案等方案进行比选：

4.1 水平钢筋混凝土铺盖方案

在坝底板上游做C20钢筋混凝土防渗铺盖，长15m，分为2块，顶部高程155.40m，厚30cm，端部设C15混凝土重力式挡墙防冲，深2m。该方案施工经验较成熟，工程费用较少，但防渗效果不如垂直防渗，不能解决防冲问题。

4.2 水平铺盖+高喷灌浆方案

在坝底板上游做C20钢筋混凝土防渗铺盖，长10m，顶部高程155.40m，厚30cm，端部设高喷灌浆深入砂质粘土岩≥1m。根据该处地质条件，砾石粒径较大，高喷灌浆难以实施或实施后效果难以保证。某水库采用高喷灌浆解决坝基渗漏问题，坝基砂卵石层粒径及含量与本工程类似，根据施工后情况看，效果不是很好，故本工程不推荐该方案。

4.3 水平铺盖+直立混凝土防渗墙方案

在坝底板上游做C20混凝土防渗铺盖，长5m，顶部高程155.40m，厚30cm，在铺盖前端部设C20混凝土防渗直墙，墙厚40cm，防渗墙顶深入铺盖30cm，防渗墙下部深入砂质粘土岩不＜1m。混凝土防渗墙采用明挖浇筑，开挖边坡1:2，底宽2m。该方案采用垂直防渗，防渗效果好，且能解决上游防冲问题。但由于砂砾石层渗透系数达到150m/d，开挖量大，基坑排水量亦很大，对橡胶坝坝基有扰动，回填压实标准高。本工程不推荐该方案。

4.4 水平铺盖+斜混凝土防渗墙方案

在坝底板上游做C20混凝土防渗铺盖，长5m，顶部高程155.40m，厚30cm，在铺盖前端部设C20混凝土防渗墙，混凝土防渗墙采用明挖浇筑，开挖边坡1:2，底宽2m。防渗墙依照下游的1:2开挖边坡浇筑，防渗墙厚0.4m。防渗墙顶部与铺盖间设止水连接，防渗墙下部深入砂质粘土岩≥1.0m。本方案与方案三防渗效果相当，能解决防渗、防冲问题，防渗墙单项工程量有所增加，但不扰动橡胶坝坝基，较好确保工程安全，回填无压实要求，施工较方便，故采用该方案,见图1。

图1 水平铺盖+斜混凝土防渗墙方案设计图

4.5 深基础方案

对设计坝底板高程155.70m以下部分砂砾石基础全部开挖，开挖至砂质粘土岩顶面以下≥1m。下部采用M u60M 7.5浆砌石砌筑，迎水面设C20钢筋混凝土面板，面板厚50cm。深基础方案坝底板前部不设铺盖，仅设置抛石防冲槽，取消下游海漫，消力池长度为7.5m。土砂方、坝体工程量太大，排水难度大，投资大，不推荐。

对以上各方案进行技术经济比较见表1：

表1 防渗方案技术经济比较表

因此，采用方案四作为推荐方案。

5.工程应用

内乡县湍河第三级橡胶坝已于2008年施工完毕，防渗墙施工过程：首先采用机械开挖，然后采用人工整修边坡，根据施工导流方案，从右岸逐块向左岸浇注，齿墙段待基坑清理完毕后立即进行浇注，采用简易木模板，混凝土初凝后不再拆模，直接回填。斜坡段采用滑模施工，简单快捷。整个施工过程施工排水比原计划少了1/3，待斜坡达到设计强度后，上层砂砾石层直接回填整平，不进行夯实，缩短了计划工期，降低了投资。

内乡县湍河第三级橡胶坝运行至今，防渗抗冲效果良好。

[1]南阳市水利建筑勘测设计院.《河南省内乡县湍河第三级橡胶坝工程设计说明书》[R].2008(3).

[2]韩阳等.橡胶坝工程防渗新技术的应用[J].《甘肃水利水电技术》,2006(2),42,159-160.

[3]张铁楠.北方丘陵区城市河道梯级橡胶坝群规划设计[J].《中国农村水利水电》2008(7),P71-73.