岩溶地区水库不同防渗处理方案对比分析

曹丽娟，过 杰，陈科巨，王 健

（1.江苏省常熟市虞山水利管理服务站，江苏 常熟 215501；2.无锡市水利设计研究院有限公司，江苏 无锡 214023）

岩溶地区水库不同防渗处理方案对比分析

曹丽娟1，过 杰2，陈科巨2，王 健2

（1.江苏省常熟市虞山水利管理服务站，江苏 常熟 215501；2.无锡市水利设计研究院有限公司，江苏 无锡 214023）

为寻找适合岩溶地区水库的防渗处理方案，文章以某水库为例，采用垂直防渗帷幕、局部粘土水平铺盖和整体土工膜水平铺盖等三种不同的防渗方案，并对其防渗效果和工程造价进行计算和对比分析，确定了最优防渗方案，为该水库和此类岩溶地区水库的防渗处理提供科学的指导。

岩溶；水库；防渗帷幕；水平铺盖；土工膜

我国是岩溶广泛分布的国家之一，在我国境内许多地区均有岩溶发育。在此类地区进行水利工程建设过程中，往往会遇到岩溶渗漏问题，对工程的实施及其效益的发挥造成极大的影响［1-4］。在国外，岩溶地区修建的最早的水库是1845年法国的阿朗坝，1980年前苏联建成的英古里坝是此类地区修建的最高的拱坝，土耳其在1975年建成的凯班水库是岩溶地区库容最大的水库。在我国，岩溶地区修建的最早的水库是官厅水库和六郎洞水库，随着岩溶地区水库建设经验的积累，自20世纪80年代以来，我国相继建成了乌江渡水电站、大化水电站、鲁布革水电站、天生桥一级水电站、隔河岩水电站、万家寨水电站等一大批大型水利枢纽。这些工程的兴建积累了丰富的勘察设计经验和施工技术，我国岩溶地区修建水库的技术日益成熟。防渗方案是关系到岩溶地区水库能否正常蓄水的关键所在［5-7］。水库的防渗方法主要有避、 堵、 隔、 围、铺、截、导（排）、观等方法，坝址区常采用堵、铺、截、导（排），库区常采用堵、隔、围。本文以某水库为例，采用垂直防渗帷幕、局部粘土水平铺盖和整体土工膜水平铺盖等三种不同的防渗方案，并对其防渗效果和经济性进行计算和对比分析，确定了最优防渗方案，为该水库和此类岩溶地区水库的防渗处理提供科学的指导。

1 工程概况

水库自1959年11月开工兴建，于1960年4月建成，水库面积约1.6km2，大坝上游流域面积48.5km2，总库容约1480万m3，是一座中型水库。水库由主坝、副坝、溢洪道、输水管等组成。主坝为粘土斜墙坝，坝高24.5m，坝顶高程94.2m，防渗墙顶高程93.2m，坝长250m，坝顶宽4.5m；副坝为均质土坝，长800m，宽4.5m，坝高9m，坝顶高程93.6m；溢洪道为开敞式，最大泄量1260m3/s；输水管为钢筋混凝土压力圆管，直径0.8m，最大泄量4.1m3/s。该水库自建成后，库区及主、副坝地基均存在渗漏问题，受岩溶渗漏影响，一直未正常蓄水，在洪水期会短时间蓄水，历史最大蓄水量仅439.5万m3。水库库区地形为盆地，其四周为灰岩残丘，西北高东南低，河流流向自西北向东南，西北部高程大于200m，残丘高程约100m，盆地高程在75m至90m之间，东南方向为河流下切形成的峡谷地形，主坝便修建于峡谷内。经过对该水库库盆地质结构的勘察及综合分析，发现整个库区几乎都有渗漏，多呈点状分布，难以完全调查清楚，基岩的裂隙呈大角度或垂直分布，裂隙分布随深度减小不明显且分布不规律，防渗方案不易确定且工作量和施工难度均较大，防渗效果极难保证。

2 防渗方案及其对比分析

水库的防渗处理方案一般有：粘土水平铺盖，常用于坝基为砂卵砾石层时；垂直防渗帷幕，用水泥灌浆形成截水帷幕或防渗墙体；砂浆或混凝土封堵，常用于库区断层破碎带或溶洞；围堤或围井，常用于围堵库区落水洞或其他垂直渗漏通道。根据水库的地质条件，本次拟采用垂直防渗帷幕、局部粘土水平铺盖和整体土工膜水平铺盖等三种不同的防渗方案来进行岩溶渗漏处理。

2.1 垂直防渗

根据库区压水试验统计结果（表1），采用垂直防渗帷幕处理方案时，需处理主、副坝坝基及两者之间的山体，处理深度需穿过相对透水层嵌入相对不透水岩层。经过对表1中结果进行分析，垂直防渗处理深度的底高程可以控制到33m以下。

表1 库区及岩溶通道压水试验统计结果

根据《水利水电工程地质手册》中的单层均质透水坝基渗漏量计算公式，将防渗帷幕视为不透水，其余参数仍为未处理时的参数，对主、副坝坝基及两者之间的山体在不同深度防渗帷幕处理后的渗漏量进行计算，结果如图1所示。

图1 不同防渗帷幕深度处理后的渗漏量

由图1可知：将防渗帷幕视为不透水时，其深度大于45m后，曲线趋于平缓，表明深度大于45m后随处理深度的进一步增加，截渗的效果变化较小。因此，综合考虑地质条件和工程投资的方面的限制，帷幕灌浆处理深度定为50m，即达到高程25m，以此深度灌浆后，其渗漏量约为0.29m3/d，而防渗处理前的渗漏量为4.64m3/d，相当于处理后可以减少主、副坝及其之间山体范围的渗漏量约93.8%；库区21天的渗漏量约110.1万 m3，平均渗漏量为5.244m3/d，相当于库区减少约82.9%。

2.2 局部水平防渗

局部水平防渗是采用粘土对库区内出露的岩石和砂砾石层进行覆盖，并在四周砌筑齿墙至基岩，将大坝上游两端做防渗坡面，尽可能的增加渗径，降低水力梯度，进而减小单宽渗流量。根据地质勘察资料和地形图，运用FEFLOW软件绘制库区地面高程等值线图并在图中标示出库区现代河床的分布，如图2所示。

图2 地面高程等值线图及现代河床分布范围

根据图2，并采用达西公式计算库区现代河床分布的砂卵砾石在全部铺盖后的渗漏量，铺盖厚度分别取为1m、2m和3m。根据水库以前的蓄洪后渗漏观测资料，渗漏时间自7月23日6时至7月30日6时，渗漏时间为7天。计算结果如图3所示。另外对铺盖厚度为1m、2m和3m时，库区现代河床部分不同高程各自厚度的土方量以及总土方量进行计算，结果见表2。

表2 库区现代河床部分不同高程及铺盖厚度的土方量

图3 现代河床范围水平铺盖前后渗漏量对比

由图3可知：经局部水平铺盖后，库区渗漏量明显减小，不同铺盖厚度的渗流量随着时间推移和库水位的降低，减小幅度不大，说明库水位减少对铺盖后渗漏量影响较轻，铺盖厚度为2m和3m时的渗漏量相差不大，2m时只稍大于3m。铺盖为2m时的土方量为93.68万m3，是3m时的66.7%，因此局部水平铺盖厚度应定为2m。经计算，历时21天水平铺盖厚度2m的总渗漏量为13.65万m3，而铺盖前整个库区21天的渗漏量约110.1万 m3，因此库区采用局部铺盖后渗漏量可减少约87.6%。

2.3 整体水平防渗

整体水平防渗是在整个库区采用铺土工膜的方案将库水阻隔。根据工程的特点，拟选用型号300g/m2二布一膜的复合土工膜。土工膜对建基面的平整度、密实度要求较高，焊接处易出现裂缝，压实不当会被损坏，且土工膜有一定的寿命。根据类似工程经验，复合土工膜可以减少库区90%以上的渗漏量。

2.4 各防渗方案的经济评价

根据对垂直防渗、局部水平防渗和整体水平防渗施工方案工程量及单价的计算，统计出各方案的工程造价，具体见表3。

表3 库区各防渗处理方案造价对比

由表3可知：整体水平防渗方案处理效果最好，但受土工膜质量及寿命等制约；垂直防渗方案的造价最高，防渗效果最差；局部水平防渗造价最低，总体防渗效果较好。综上分析，该水库的防渗处理方案建议采用局部水平防渗方案。

3 结论

以岩溶地区某水库为例，分别对垂直防渗帷幕、局部粘土水平铺盖和整体土工膜水平铺盖这三种防渗方案实施后的库区渗漏量进行了计算，并与处理前的渗漏量进行了对比，确定了减少的渗漏量，此后对各防渗方案的工程量及工程造价进行了计算，整体水平防渗方案处理效果最好，但受土工膜质量及寿命等制约；垂直防渗方案的造价最高，防渗效果最差；局部水平防渗造价最低，总体防渗效果较好。综上分析，该水库的防渗处理方案建议采用局部水平防渗方案。

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TV697.3

B

1672-2469（2017）10-0162-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.046

2017-08-08

曹丽娟（1984年-），女，工程师。