沟里水库增容工程库区防渗设计

2017-04-11徐运海巩向峰杜晓宇

山东水利 2017年10期

关键词：库底库岸土工布

徐运海，巩向峰，杜晓宇

（1.山东省水利科学研究院、山东省科苑水利勘察设计咨询中心，山东济南 250014；2.泰安市岱岳区水务局，山东泰安 271000）

沟里水库增容工程库区防渗设计

徐运海1，巩向峰1，杜晓宇2

（1.山东省水利科学研究院、山东省科苑水利勘察设计咨询中心，山东济南 250014；2.泰安市岱岳区水务局，山东泰安 271000）

分析了沟里水库防渗设计三种方案的优缺点，介绍了水库防渗设计方案，采用库底全盘防渗形式，可在类似区域推广该技术。

沟里水库；水库增容；土工膜；防渗设计

沟里水库位于莱芜市莱城区牟汶河支流莲花河上，控制流域面积44.6 km2，属中型水库。水库自建成以来，渗漏严重，无法发挥正常作用。在除险加固工程中，已对库内围堤以北区域进行了定点防渗处理，但由于地质复杂，未能起到明显防渗作用，水库依然渗漏严重。

库区渗漏的原因：一是库岸沿线长，中奥陶系石灰岩基本裸露，尤其自水库大坝至水库大桥段，两岸裸岩陡立，岩溶裂隙发育，侧渗较为严重；二是库区溢洪道进口处、右岸靠近坝脚处、右岸中部阶地局部有石灰岩出露，阶地覆盖层较薄的基岩部分，以及对库区内的断层破碎带都存在渗漏；三是库底局部区域存在黏土层缺失造成的河床渗漏；四是库区进水段河谷两岸岩石裸露陡立，河床冲击层主要为砂砾石层，透水性极强。

水库渗漏主要表现为：断层渗漏、库首段冲沟渗漏、库底渗漏和库岸渗漏。采用有限单元法对库区现状渗漏进行估算，计算水位分别为207.37m、204.00m、201.00m三种工况。在兴利水位条件下，沟里水库年总渗漏量可达1 404.86万m3。依据有限元建模计算成果分析，沟里水库断层带虽透水性较强，但因以线状分布，漏水量占比低于10%，表明水库漏水以面源渗漏为主因。

1 水库防渗方案

考虑上述渗漏原因，防渗设计采用库底全盘防渗方案。选择以下3个方案进行比较：

1）方案一：水泥土防渗方案。库底清淤、整平后，填筑厚80 cm的水泥土作为水平防渗铺盖。水泥土渗透系数要求小于1.0×10-6cm/s，水泥掺入量应大于12%，具体由现场试验确定。水泥土应分层碾压，压实度不小于94%。主要优点：施工速度快，工期较短。主要缺点：一是本方案可比项投资为118.76元/m2，投资大；二是水泥与黏土需拌合均匀，施工质量不易控制，防渗效果稍差。

2）方案二：两布一膜防渗方案。两布一膜防渗方案是在库底设置两布一膜防渗层，土工布和土工膜要求分开铺设，自上而下分别为：厚0.3 m素土及0.3 m黏土、重200 g/m2土工布、厚0.5 mmPE膜、重200 g/m2土工布、库区支持层压实。施工时库底清淤、整平后，支持层压实厚度不小于60 cm，其中，支持层壤土要求压实度不低于0.96，砂砾石支持层要求相对密度不低于0.75。为防止防渗层被刺破，支持层表面不得有树根、芦苇、岩石尖角等突出物。主要优点：一是防渗效果好，可彻底解决库底渗漏问题；二是土工膜有良好的柔韧性、延展性，适应变形能力强；三是土工膜上设有保护层，不会发生冻胀破坏；四是本方案可比项投资为29.14元/m2，投资较小。主要缺点：土工膜接缝多，施工时必须严格控制接缝质量。

3）方案三：土工合成材料膨润土垫(GCL)。本方案在库底设置GCL膨润土垫防渗层，厚10 mm，自上而下分别为：厚0.5 m黏土、GCL膨润土垫、库区支持层。主要优点：一是防渗效果好，可彻底解决库底渗漏问题；二是柔韧性好，适应变形能力强；三是GCL膨润土垫抗干湿循环能力强，GCL受热后会出现干缩现象，但当脱水后的产品重新注水后，出现的裂缝会再次愈合，防渗有保证。主要缺点：一是应用案例较少，无成熟工程经验，施工技术要求高、难度大；二是本方案可比项投资为45.29元/m2，投资稍大。

经综合分析，为充分发挥水库的经济效益，节省工程投资，库底防渗选择方案二的两布一膜防渗方案。为便于连接及节省投资，库岸采用与库底相同的两布一膜防渗方案，库岸采用复合土工膜。

2 防渗工程设计

1）库底与库岸防渗。库岸采用复合土工膜防渗，面积8.9万m2；库底采用两布一膜防渗，面积95.3万m2。库底土工布和土工膜要求分开铺设，库底自上而下分别为：厚0.6 m回填土保护层、重200 g/m2土工布、厚0.5 mmPE膜、重200 g/m2土工布、支持层压实。在施工过程中，对清淤后的库底进行整平、压实后，铺设两布一膜防渗层。

2）排水排气层。为解决库底铺膜下的排水、排气问题，在铺膜下方设纵横软式透水管。垂直水流向每隔20 m设一道横向排水、排气沟，通至库区两侧护岸，并沿护岸铺设至岸顶，沟槽尺寸280 mm×280 mm，槽内敷设φ80软式透水管，并用粗砂回填，共计108条。顺水流方向设5道纵向排水、排气沟，沟槽尺寸350 mm×350 mm，槽内敷设φ150软式透水管，并用粗砂回填。沿纵向排水、排气沟每100 m设一套逆止阀，共计103套。