仰天河水库右坝肩防渗工程实施方案探析

刘红娜

(周至县水利工作队 陕西 周至 710400)

1 概况

仰天河水库位于西安市周至县哑柏镇西南3 k m处的两河口村南，由东、西两座水库组成，是以灌溉为主兼有防洪和养殖等综合利用的小（1）型水库，总库容为215.43m3，其中东库101.09万m3，西库114.34万m3，灌溉面积1.078万亩。枢纽工程等别为Ⅳ等，按30年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核。该水库于1956年10月13日动工兴建，1957年9月26日顺利完工。2010年3月顺利完成水库除险加固。2010年9月9日周至地区普降大到暴雨，仰天河西库蓄满，溢洪道溢流，9月10日发现西库坝背坡右坝肩出现渗流现象。

2 工程地质

2.1 地质概况

仰天河水库位于关中盆地中部渭河南岸秦岭北侧三级洪积扇前部，地势南高北低。仰天河中上游河谷呈“V”型发育，岸边斜坡主要由洪积砂砾石夹粉质壤土组成，下游库区段河谷呈“U”型发育，库岸边坡由黄土、黄土状壤土夹古土壤组成，库岸边坡已趋稳定。工程区地震动峰值加速度0.15 g，地震动反应普特征周期0.40 s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。库区第四系覆盖层厚度大于100 m，没有发现断裂构造。

2.2 西库右坝肩工程地质条件

坝肩斜坡由仰天河一级阶地堆积物组成，坝肩斜坡高17.0 m，坡比1∶1.0，按岩性从上到下分为三层：上部（高程465.1 m以上）为Q 4粉质壤土夹黑垆土；中部砂砾石（高程465.1 m～460.8 m）层厚4.3 m，下部Q 2黄土状壤土（高程460.8 m以下）。根据勘探试验资料分析，粉质壤土夹黑垆土具湿陷性，湿陷起始压力Psh=40 k P a～71 k P a，相对压缩系数 α1-2=0.60 M P a-1～1.12 M P a-1，工程性能较差；砂砾石层，稍密，强透水。黄土状壤土夹砂砾石透镜体弱透水，砂砾石层分布不连续。根据勘探试验资料分析西库大坝存在的主要工程地质问题，一是坝肩斜坡坡比大于1∶1.0，坝体与坝肩结合部位存在碾压不实松软土，在水库长期运行过程中局部发生了流土和管涌破坏，形成孔洞，实测渗漏量大于1560 m3/d，严重威胁水库大坝安全运行；二是沿砂砾石层绕坝渗漏明显，必须进行防渗处理。

2.3 西库右岸地层结构和渗漏分析

西库右岸与东库大坝下游沟谷之间的河间地块宽80 c m～120 m，主要由一级阶地堆积物组成。一级阶地阶面高程477.5 m～481.43 m，堆积层厚13.8 m～17.9 m，从上向下分为两层，上部粉质壤土层厚9.1 m～15.9 m，层底高程472.49 m～463.50 m，下部砂砾石层厚 1.8 m～6.0 m，层底高程 467.79 m～461.20 m。一级阶地基座为三级洪积扇上部堆积的Q 2黄土状壤土。粉质壤土渗透系数K=1.14×10-3c m/s～6.08×10-3c m/s（6.08×10-3c m/s为除险加固勘察时室内试验资料），中等透水；砂砾石层渗透系数K=2.6×10-2c m/s～2.95×10-2c m/s，强透水；Q 2黄土状壤土渗透系数K＜1×10-4c m/s，弱透水，夹砂砾石薄层和透镜体。西库右岸边坡高6.0 m～7.2 m，坡脚高程471.5 m～472.5 m，砂砾石裸露，东库大坝下游沟道地面高程470.03 m～472.3 m，低于砂砾石层顶面高程472.49 m。西库右岸存在向东库下游沟道产生邻谷渗漏和绕坝渗漏的地质条件，建议采用砼防渗墙切断东西库之间的粉质壤土和砂砾石层，砼防渗墙应深入阶地基座Q 2黄土状壤土层2.0 m～3.0 m。

3 仰天河水库除险加固阶段坝肩防渗实施情况

根据地质报告可知，西库右坝肩渗漏一是坝肩结合部位、二是坝肩砂砾石层的绕坝渗漏，砂砾石层厚1.8 m～2.0 m，层底高程461.20 m。在仰天河水库除险加固中，对于西库右坝肩砂砾石层的渗漏采用了帷幕灌浆进行处理，并于2009年实施完成。

仰天河西库除险加固工程完成后水库一直未蓄水。2010年9月9日周至地区普降大到暴雨，仰天河西库蓄满。9月10日发现坝背坡右坝肩出现渗流现象。根据渗漏情况，2010年10月，对右坝肩至溢洪道右岸设计了混凝土防渗墙工程，防渗墙工程位于已完成的围幕灌浆上游侧，总长度98 m。该段防渗墙工程于2011年3月开工，2011年6月完工。

4 现状渗漏分析及防渗处理的必要性

2011年9 月～10月周至地区连降暴雨，仰天河水库满库运行，东库库水位480 m左右，在西库右坝肩坝脚岸坡处、溢洪道出口处及东库下游沟谷中出现明显渗水。西库右坝肩渗水量比2010年明显减少，渗水量在1 L/s～2 L/s，水质清澈。下游无明显渗水点，形成的明流沿排洪沟向下游流淌，估算流量达300 L/s。

为了查明渗漏原因，周至县水务局及时组织了建设、设计、监理及西库防渗墙施工单位的人员实地查看了现场，并进行了分析讨论，会议认为渗漏是严重的，但不会危及大坝安全，需进行以下两项工程：第一项对已施工完成的防渗墙进行检测；第二项补充东西库间的地质勘查工作。

2011年10月15 日，受业主委托，陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院对东西库间的地层结构进行了补勘，补勘结果确定：仰天河东西水库之间的河间地块宽80 m～120 m，主要由二级阶地堆积的粉质壤土和砂砾石组成，二级阶地堆积层上部粉质壤土渗透系数 K=1.14×10-3c m/s～6.08×10-3c m/s，中等透水；下部砂砾石层渗透系数K=2.60×10-2c m/s～2.95×10-2c m/s，强透水。根据勘探试验资料分析，仰天河水库西库存在向东库下游沟道产生邻谷渗漏的通道和向西库大坝下游沟道绕坝渗漏的地质条件。

已成西库右坝肩防渗墙工程经陕西省水利工程质量检测中心采用超声波检验，未发现问题。西库正常蓄水位477.00 m，东西库间的砂砾石层主要分布在460 m～472 m高程，局部段（50 m）砂砾石透镜体最低在455 m～457 m高程，水库蓄水后，因为渗漏通道未封闭，产生了西库向东库下游沟道邻谷渗漏和向西库大坝下游沟道绕坝渗漏。

仰天河水库地处周至西部塬区，水库天然来水径流量不足，拟从邻近流域泥峪及西骆峪利用农灌渠道进行补水。水库产生严重渗漏将影响水库的正常蓄水，无法充分发挥水库的功能和效益；同时由于渗漏使东西库下游沟道内的农田被淹，给当地农户造成一定损失。为充分发挥水库效用，保护当地农户的财产安全，对水库进行防渗处理是十分必要的。

5 渗漏处理措施

5.1 渗漏处理方案

根据地质勘查报告，仰天河水库东西水库之间的渗漏通道是产生渗漏的主要原因，必须进行封堵。综合比较水库防渗工程的可靠性，本次设计采用砼防渗墙方案。防渗墙布置从溢洪道右岸开始，与已成防渗墙东端相接，终点位于东库左坝肩，与东库除险加固防渗帷幕相接，总长度180.2 m。防渗墙墙厚 40 c m，高分别为 24 m、15 m、13 m、11 m和11 m～15 m，长度分别为 103 m、20 m、20 m、12 m及25.2 m。防渗墙施工时采用C Z-22型冲击钻机钻孔，C 25砼浇筑。防渗墙墙底至不透水层以下2.0 m，墙顶位于水库正常水位。防渗墙施工中对地面或路面挖除后，均按照原貌进行恢复。

根据陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院补充地质工作提供的地质剖面图，在新旧混凝土防渗墙衔接位置455.00高程新增有砂卵砾石夹层，因此本次新做防渗墙底高程进行了相应降低。

5.2 防渗墙施工

混凝土防渗墙施工的主要工艺流程为：造孔、清孔换浆、混凝土浇筑。

（1）施工平台及导墙。施工平台宽度6 m，导墙采用C 15钢筋混凝土浇筑，满足设备机械施工要求。

（2）造孔。用冲击钻机造孔过程中，应当在钻进的过程中不断补充泥浆，保持孔内泥浆水位以保护孔壁，当孔内钻渣较多时用抽筒捞取排出。

（3）清孔换浆。清孔换浆包括清除槽孔底部的淤积沉淀、换浆及洗混凝土接头三部分，它是在孔位、孔深、槽宽及孔斜经全面检查验收合格后进行。其具体步骤如下：成槽完成后,对槽底泥浆进行置换和清除，采用吸渣泵从槽底进行抽吸。置换清渣必须边清边在槽顶补浆，清孔置换量不少于槽孔体积量的1/3或下部5 m的体积量，底部泥浆比重不大于1.2，沉渣厚度不大于10 c m；清孔换浆结束l h后，应达到下列标准。孔底淤积厚度不大于10 c m，使用粘土浆时泥浆比重小于1.3 g/c m3，粘度小于30 g，含砂量小于10%。二期槽孔换浆结束前，应利用刷子钻头清除接头孔壁上的泥皮，以刷子钻头上基本不带泥屑、孔底淤积不再增加为准。

（4）混凝土浇筑。防渗墙的混凝土是靠导管内混凝土面与导管外泥浆面的压力差和混凝土本身良好的和易性与流动性，不断填满原来被泥浆占据的空间而形成连续墙体。浇筑时应注意如下：混凝土浇筑于槽孔清孔验收合格后4 h内开始，开浇顺序严格遵守先深后浅的原则。开浇后立即检查导管是否漏浆，发现问题立即处理。混凝土面上升速度不小于2 m/h。每30 m i n测量一次孔内混凝土面深度，每2 h测量一次管内混凝土面深度，在开浇和结尾阶段适当增加测量次数。孔口设置盖板，避免混凝土散落孔内。

5.3 防渗墙质量检测

鉴于仰天河水库防渗处理的特殊性，对防渗墙施工质量应进行检测，除了对防渗墙进行常规的超声波检测，根据专家组评审建议，对防渗墙还需进行钻孔取芯、钻孔注水检测其质量。防渗墙质量检测包括已建成混凝土防渗墙及新建混凝土防渗墙。其中已建成混凝土防渗墙沿防渗墙轴线布设检测钻孔6个（3组），每组布设检测钻孔2个，孔间距1.20 m～1.80 m，孔深17.0 m～29.0 m，钻孔进尺140 m。新建混凝土防渗墙沿防渗墙轴线随机布设检测钻孔10个（5组），每组布设检测钻孔2个，孔间距1.20 m～1.80 m，孔深13.0 m～23.0 m，钻孔进尺120 m。

6 结语

仰天河水库地质结构较复杂，2009年经过了除险加固，但在2010年仍出现右坝肩渗流情况，虽然及时进行了防渗处理，但复杂的地质结构使得当时的抢险式防渗处理并没有彻底解决坝肩的渗漏问题。通过进一步完善地质勘探，提出了科学的补救措施，严格设计施工，并进行工程质量检测，以确保彻底解决右坝肩的渗漏问题。陕西水利