油车水库工程防渗方案优化设计

陆雍容，李 剑，刘 勇

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

油车水库工程防渗方案优化设计

陆雍容，李 剑，刘 勇

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

油车水库工程地处苏南丘陵地区，防渗地基处理工程量在同类工程中较为罕见，尤其是深厚覆盖层下的岩溶处理，国内外可借鉴的经验较少，在设计、施工过程中参建各方不断探索、试验并邀请知名专家指导、释疑，并不断优化各项设计参数，并最终得以顺利实施，目前水库已正常蓄水，并运行良好，效益逐步发挥。

油车水库；防渗方案；深厚覆盖层下岩溶；优化设计

1 工程概况

油车水库工程建于江苏省宜兴市南部山区湖滏镇，坝址位于洑西涧中游，距下游湖滏镇和丁蜀镇分别为 4km 和 8km，工程的任务是防洪和城镇生活供水。水库总库容为 3324 万 m3，属Ⅲ等中型水库工程。水库的正常蓄水位为 38.3m，相应库容为 1945 万 m3。设计洪水标准为 100 年一遇，相应库水位 42.42m，相应库容 3075 万 m3；校核洪水标准为 2000 年一遇，相应库水位 43.20m，相应库容 3324 万 m3；水库死水位 24.54m ，相应库容 100 万 m3。

枢纽建筑物主要有拦河坝、溢洪道和引水放空建筑物。拦河坝分为主坝和副坝，主坝南坝段为粘土心墙坝，长 1382.6m ，最大坝高 28.60m，主坝北坝段为粘土均质坝，长 171.40m，最大坝高6.10m；副坝为粘土均质坝，长 37.5m，最大坝高4.5m； 溢洪道布置 3 孔，每孔净宽 4.0m，采用WES 溢流堰，堰顶高程 36.50m；引水放空管为钢管结构，管身埋置于基岩中，管道外侧采用混凝土保护，管长 166m，内径 1.8m，塔式进水口采用分层取水型式。

2 地质概况

该区处在苏浙皖边界山脉北侧，出露地层有：志留系上统、泥盆系上统、石炭系（C）下统、二叠系下统、二叠系上统、三叠系下统、第四系等。

工程区内无活动性断裂分布，据 GB18306-2001《中国地震动参数区划图》该工程区地震动峰值加速度为 0.05g，相对应的地震基本烈度为Ⅵ度。

坝址区位于轴向北东的湖滏向斜的南东翼，库区左右岸山体雄厚，透水微弱，封隔条件较好，库水无向邻谷渗漏的可能。库岸周边均无滑坡、崩塌等不良地质现象分布。库岸不存在浸没问题。

右岸坝基基岩为泥岩和粉砂岩，河床段为薄层灰岩，左岸以厚层灰岩为主。基岩覆盖层右岸较薄（1～2.5m）、左岸较厚（18～25m），河床段覆盖砂卵砾石层厚 7～10m；基岩强风化层厚度是左岸薄（数十厘米）、右岸厚（5～8m）。坝基岩体强度能满足设计要求。基岩稳定条件较好。

坝址主要地质问题为岩溶渗漏。坝址右岸为非岩溶地层。河床及I级阶地下伏基岩为薄层灰岩，属轻微发育岩溶区，岩溶发育下限至高程-5 m。坝址左岸为弱岩溶发育区，岩溶以溶隙发育为主，岩溶发育下限至高程-10～-15m。

水库左岸远岸侧和近岸侧分别为强岩溶发育区和弱岩溶发育区，强岩溶发育区存在地下水低凹带，溶洞暗河发育；弱岩溶发育区地下水位低于水库正常蓄水位，因此，水库左岸存在库水向地下水低凹带渗漏的条件。

3 水库原防渗设计方案

该工程水库防渗主要考虑拦河大坝坝身及坝基防渗、库区左岸岩溶区防渗问题。

3.1 大坝坝身及坝基防渗

拦河大坝采用当地材料坝，主坝南坝段采用粘土心墙防渗，主坝北坝段及副坝采用粘土均质坝防渗。根据主坝坝基地质条件及岩溶发育情况，坝基防渗分别采用如下型式：

1）主坝 0+072.81m—主坝 0+400.00m、主坝0+680.00m—主坝 1+400.00m 段坝基覆盖 层采用混凝土防渗墙，基岩采用帷幕灌浆方式进行防渗，混凝土防渗墙厚 0.6m，墙体上部插入坝身防渗体内，下部进入基岩不少于 0.5m；

2）主坝 0+400.00m—主坝 0+680.00m、主坝1+400.00m—主坝 1+554.00m 段采用粘土 截水槽，截水槽开挖至基岩并设置宽 4.0m、厚 0.8m的 C20 混凝土盖板 （岸坡位置同时设置 C20 混凝土岸墙），基岩采用帷幕灌浆方式防渗。

左岸在主坝 0+072.81m 处与库区左岸防渗连接闭合，该工程主坝基岩帷幕灌浆以透水率 q≤0.05L/(min·m·m） 下限线为相对不透水层控制线。根据坝基地层情况帷幕灌浆底高程线分成3个区域：

1）右岸小黄山斜坡段为非岩溶地层，以伸入相对不透水层线以下不小于5m作为防渗帷幕底线；

2）中间河床及 I级阶地下伏基岩为薄层灰岩，为轻微发育岩溶区，溶槽及溶隙主要分布在高程-5m 以上，基岩侵蚀面有高低起伏，因此防渗帷幕底线定为高程-10m；

3）左岸为微至弱岩溶发育区，岩溶以溶隙发育为主，防渗帷幕底线伸入溶隙发育下限不小于 5 m，即从河床进入左岸溢洪道处高程为-15m，主坝北坝段至左坝肩为-23m 高程。

副坝基础及库区右岸主副坝连接段为非岩溶地层，基础防渗采用灌浆帷幕。防渗帷幕沿轴线，单排，孔距 2.0m，遇断层、破碎带、裂隙密集带适当加密。以伸入透水率 q≤0.05L/(min·m·m）下限线以下5m作为防渗帷幕底线。

3.2 库区左岸防渗

库区左岸坝肩外侧为强岩溶发育区，根据该地区地形地质条件及为对现有库区左岸灵谷洞景区的保护并考虑防渗效果，采用地形高程 40m 为基准的防渗线路。防渗线路总长 2394m。

由于线路沿线覆盖层厚度较大，并且其上部属透水性很强的第四系砂卵砾石或碎石土，采用高压摆喷防渗墙，防渗墙顶为 39.00m，孔距 1.6 m，墙底深入基岩 0.5m，墙厚 0.2～0.4m，对于存在强透水的夹碎石土的地层采用双排高压摆喷进行加强。

基岩采用帷幕灌浆防渗型式。防渗帷幕一般设单排，孔距 2.0m，遇断层，溶洞处加密加深。根据地勘资料，岩溶发育下限在-18～-23m 高程，帷幕底线以伸入溶隙发育下限不小于 5m 控制，因此防渗帷幕底线定在-23～-28m 高程。

4 施工地质及物探检测地质条件情况

由于该工程地处岩溶区域，为进一步查清地质情况，对主坝坝基及库区左岸防渗处理作更加深入的施工指导，在基岩帷幕灌浆施工前每 24m设置一个先导孔，岩溶发育区采用电磁波CT扫描技术对基岩进行物探检测。

通过对先导孔的钻芯取样、压水试验、物探检测及部分开挖等成果分析进一步揭示地质特性。

1）防渗线路上覆盖层主要为粉质粘土夹碎块石、红色粘土、粉质粘土、碎块石夹粉质粘土、砂卵石等，物质组成及分布极不均一，且夹有较多大孤石，渗透系数差异性极大，地层的分布极不完整，厚度不稳定，总体表现为透镜体状和不均一性特征。

2）覆盖层与基岩接触部位岩溶发育明显，基岩顶面呈笋状，覆盖层与基岩无明显的分层界限，相互交错。溶蚀深度一般不大，但范围较广，岩溶发育总体呈水平走向。

3）覆盖层与基岩接触部位溶沟、溶槽内充填物较多，充填物质地松软，密实程度差，且充填不充分，存在明显的渗漏通道。

4）先导孔电磁波物探检测也表明基岩顶板至以下 10m 深度范围是岩溶的主要发育区间；以下深部基岩主要以溶蚀区为主，局部因地质构造作用及地下水侵蚀形成数量不多的具有较大范围的有充填溶洞或溶槽，充填物主要以密实度较差的松软物为主。

5 防渗方案设计优化

5.1 防渗方案及防渗处理范围与深度

5.1.1 大坝坝身及坝基防渗

大坝坝基防渗沿用原帷幕灌浆防渗设计方案，坝基岩溶发育整体呈左岸向右岸减弱并逐渐消失，基岩上部向下部逐渐减弱并消失的规律。根据施工地质、先导孔钻孔取芯、压水试验及物探检测等成果分析，左岸基岩在深部虽已明显减弱但溶蚀现象仍存在，局部因地质构造存在溶沟、溶槽。设计针对进一步了解的地质情况对基岩灌浆进行了优化，在设计优化时，对左岸坝段的主帷幕深度根据先导孔揭示存在溶蚀现象部位作了加深，但对库内侧排副帷幕的深度根据岩溶发育自上而下逐渐减弱的规律作了减少，由-23.00m 高程抬高至-13m 高程，既对基岩顶部岩溶发育区作了补强，又减少了对深部岩溶弱发育区的重复处理，使帷幕灌浆更加具有针对性。

5.1.2 库区左岸防渗

库区左岸防渗方式总体遵循上墙下幕的方式，即上部覆盖层采用防渗墙防渗，下部基岩采用帷幕灌浆进行防渗。

对于上部覆盖层防渗，原设计采用高压摆喷防渗墙，并在现场对不同孔距分别进行了成墙试验，由于开挖检查深度有限，仅对浅层成墙情况进行了检查分析。鉴于覆盖层土层分部的不均，部分地层搭接良好，但部分较坚硬的卵砾石地层搭接较差，而该卵砾石地层渗透系数较大，且在覆盖层深部同样存在该地层，考虑到高压摆喷防渗墙成墙质量上部好于下部，下部搭接效果在一定程度上有所降低，同时考虑到覆盖层与基岩接触面的岩溶发育对墙幕连接可靠性影响，经试验、分析、比较后确定覆盖层防渗方式由原设计高压摆喷防渗墙调整为混凝土防渗墙，混凝土防渗墙厚 40 cm，强度等级 C10，抗渗等级 W6。

下部基岩采用帷幕灌浆方式，库区左岸位于岩溶发育区，经先导孔钻孔取芯、压水试验，物探检测等探知后对防渗底高程作了优化，对局部岩溶发育严重的区域调整了帷幕排数，对 W0+884—W0+936，W1+104—W1+152 部位钻孔时有明显掉钻，不回水等现象出现的区域，采用在帷幕线上下游增设先导孔，并进行物探试验，形成立体式测探，掌握该部位岩溶发育情况，并做了增加帷幕排数，对岩溶发育点重点灌浆补强。

5.2 帷幕灌浆压力及段长设计

该工程主坝左岸及库区左岸位于岩溶发育区，而主坝右岸、副坝及主副坝连接段位于右岸轻微岩溶发育区域、或非岩溶区域，因此帷幕灌浆压力有显著区别。

主坝左岸坝段及库区左岸岩溶区基岩帷幕灌浆最大压力采用 3MPa，灌浆段长由基岩顶面而下前 5 段分别为 2.0，2.0，3.0，5.0，5.0m，以下均为6.0m 至设计防渗底线；灌浆压力由上而下与段长对应，前七段分别为 0.3～0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，2.5，2.5MPa，以下均为 3.0MPa，灌浆采用孔口封闭灌浆法。

主坝右岸坝段、副坝及主副坝连接段基岩帷幕灌浆采用孔口封闭灌浆法，灌浆段长由基岩顶面而下第一段 2.0m、第二段 6.0m，以下各段均为6.0m 至 设 计 防 渗 底 线 ； 灌 浆 压 力 第 一 段 0.3 MPa，第二段 0.4MPa，以下各段每增加一段压力增加 0.1MPa。

5.3 帷幕灌浆材料

帷幕灌浆材料主要采用纯水泥浆液，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级为 42.5，部分区域采用掺砂、粉煤灰或膨润土的复合浆液进行灌注。对于非岩溶区灌浆，水泥浆液主要采用以下5个水灰比 ：5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.5∶1（重量比 ，下同），浆 液由稀至浓逐级变换；对于岩溶区灌浆根据压水试验透水率、灌浆注入率等相关参数确定主要灌浆、堵漏材料。水泥粉煤灰（砂）浆液主要采用比级为水∶水泥∶粉煤灰（砂）=0.65∶1∶0.3，水泥膨润土浆液主要采用比级为：水∶水泥∶膨润土=0.5∶1∶0.2，0.5∶1∶0.25 或 0.5∶1∶0.3。

6 结 语

油车水库工程地处宜南山区，属于无横截溪流水系和穿越山体的岩溶发育系统，岩溶发育方向大致沿山体下部边缘或顺溪流方向呈不连续的带状展布，岩溶主要以溶沟溶槽形式存在，并主要集中在基岩上部临近土石分界面部位，与我国西南高山区垂直大尺度溶洞发育特点有显著的区别，同时岩溶上部又存在较厚的覆盖层，且该覆盖层组成复杂，厚度不均，地层分布不完整，渗透差异性大。需要同时对上部覆盖层及以下基岩进行防渗处理。该工程防渗线路较长，坝轴线位置及库区左岸线路总长约 4.2km，防渗基础处理费用占工程费用的一半以上。

坝基防渗墙主要坐落于砂卵砾石地层，由于地下水位较高、地层流塑性较大，施工过程中塌孔严重，后经采取预填施工平台，改变护壁泥浆浓度等措施得以顺利实施。库区左岸覆盖层防渗墙与基岩帷幕灌浆存在施工先后与场地布置、机械数量及工程进度之间的多重矛盾，为协调施工顺序，场地布置，采用了先墙后幕、先幕后墙的不同施工顺序。 先墙后幕：采用墙幕同轴线，墙中预埋灌浆管，再进行墙下帷幕灌浆；先幕后墙：先施工主帷幕，后在帷幕轴线上游侧施工防渗墙，同时在墙内埋管，对墙下土岩接触面进行补强灌浆。基岩内溶沟、溶槽发育，水平方向常串通贯连，浆液灌注较多而不起压、不返浆，对此采用先堵漏后密实的方案，及时改变浆液浓度，改用掺膨润土、粉煤灰的混合浆液进行灌注。

［1］米有明，陆雍容，等.江苏省宜兴市有车水库工程初步设计报告[R].上海勘测设计研究院，2009，07.

［2］米有明，陆雍容，等.江苏省宜兴市油车水库工程左岸覆盖层防渗方案调整报告[R].上海勘测设计研究院，2011，03.

［3］SL62-94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

［4］SL174-96，水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S].

［5］孙钊.大坝基岩灌浆[M].北京：中国水利水电出版社，2004，03.

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