三河水库库区防渗处理方案探讨

三河水库库区防渗处理方案探讨

王明明李明明

河南东方水利勘察设计有限责任公司河南济源459000

摘要：以济源市三河水库防渗处理为例探讨了水库库区防渗处理的方法，提出了粘土覆盖防渗，土工膜斜坡防渗方案以及高压摆喷垂直防渗墙方案三种方案，从防渗效果、施工难度及经济合理性等方面分析了三种方案的优缺点。研究表明三种方案均能够有效的解决库区渗漏问题，但应根据水库的具体情况选择对应的方法。通过综合分析比较，采用高压摆喷垂直防渗墙方案，并论证分析该方案的可靠合理性。

关键词：库区防渗；粘土覆盖；土工膜；垂直防渗墙

1.工程概况

济源市三河水库位于河南省济源市思礼镇境内，蟒河支流塌七河下游，水库于1956年4月兴建，同年9月完工。设计总库容225万m3，校核水位181.56m，兴利库容89.77万m3，兴利水位179.36m。水库工程主要由大坝、溢洪道、输水管等建筑物组成。

2地质条件

库区地貌单元济源盆地内的塌七河与两岸阶地，河床断面呈“U”字形，库区河谷宽一般在150~300m左右，库区出露地层主要为第四系全新统、上更新统冲洪积形成的松散沉积物。河床表层为含砾低液限粘土，K=9.56×10-5~1.37×10-4cm/s，一般属弱透水性，库区上游层厚一般为1.0~2.0m，靠近坝址处层厚一般为2.0~9.0m；中层为级配不良砾，母岩成分主要为石英岩、砂岩等，层厚一般为1.5~2.5m，K=2.51×10-2~5.22×10-2cm/s，属强透水层；下层为棕黄色局部夹含细粒土砂夹层，K=6.84×10-5~6.25×10-5cm/s，属微~弱透水性。主要分布在河谷两岸阶地地层的底部及河床地层的底部，为相对隔水层。

3渗漏原因分析

2015年前库区不存在渗漏现象，2015年三河水库为增加水库库容，对库区中后部库底进行了开挖，最大开挖深度3m，之后水库开始漏水，蓄满水后28天左右基本渗完。由以上现象和地质资料分析可知，库区扩容开挖施工将库区内的天然防渗铺盖层含砾低液限不透水层挖穿破环，造成库区强透水层配不良砾层直接出露，库水渗入强透水地层，补给到库区地下水中，随地下水通过地下径流方式向下游排泄，致使水库渗漏情况严重。

4库区防渗方案比较

针对三河水库地层分布情况及渗漏原因分析，提出3个设计方案：1、粘土层覆盖防渗；2、土工膜封闭侧向漏水通道，粘土覆盖；3、高压摆喷垂直防渗墙形成封闭防渗区域。

4.1粘土覆盖防渗

根据工程地质资料分析，水库大坝附近的不透水覆盖层平均厚度为2～9m，上游未开挖前的不透水覆盖层平均厚度为1.0～2.0m；也就是说，库区下游表层不透水层未被破坏，对开挖破坏的库区进行恢复补强。对不透水层厚度小于2.0m的外漏区域进行粘土层覆盖，形成隔水封闭水库，保证防渗要求。

施工过程中，采用分层碾压，控制最大干容量和最优含水量。土料压实标准要根据当地土料用击实仪进行击实试验来决定。

4.2土工膜斜坡防渗方案

根据地质勘察情况，库区只是中间有2.0~2.5m厚的强透水层与外部联通，形成渗水通道，而下部为相对隔水层，该水库为侧向漏水，因此进行复合土工膜斜坡防渗可以有效治理库区渗漏情况。

沿库区岸坡进行大开挖，然后铺设防渗土工膜，土工膜底部高程低于级配不良砾透水层1m，顶部高程高于透水层1m，铺设完后采用0.5m厚粘土进行覆盖。

4.3高压摆喷垂直防渗墙方案

与土工膜斜坡防渗方案防渗原理一致，采用的方法是高压摆喷形成垂直防渗墙来截断防渗通道。

沿库区岸坡进行高压摆喷灌浆，钻孔过程中注意观察透水层高程，摆喷灌浆部位底部深入不透水层0.5m，顶部高于透水层0.5m，成墙有效平均厚度≥0.20m。

4.4方案比选

比较分析可知：①粘土覆盖防渗。防渗面积为14万m2，需要粘土28万m3，总投资约560万元。施工工艺简单，投资大，占用库容，土料需要量大，施工时要严格控制碾压质量，对施工要求严格。②土工膜斜坡防渗方案。防渗面积为1.9万m2，需开挖土方开挖9.7万m3，土方回填6.7万m3，投资估算300万元（不包含临时导流费用）。该方案施工工艺较为简单，施工质量容易控制，防渗效果较好，投资也较小。但因地下水水位影响，开挖难度较大，导流费用不能确定，很可能因丰富的地下水因素致使投资远远超过预期，且施工工期较长，受自然环境影响较大。③高压摆喷垂直防渗墙方案。平均钻孔深度9m，平均灌浆深度3m，总投资420万元。该方案防渗效果好，工期较短，虽然是隐蔽工程，但防渗墙深度较浅，施工质量相对容易控制，且受自然环境制约较少。

通过综合分析比较，采用高压摆喷垂直防渗墙方案。

5高压摆喷垂直防渗墙方案设计

沿库区岸坡顶部开始布置高压摆喷垂直防渗墙。左岸桩号为0+000-1+206，右岸桩号为0+000-1+053，共计布设长度为2259m。共计需造孔15560m，灌浆5222m。

5.1摆喷方式及孔距初定

因无现场实验资料，根据类似工程和以往工程经验，并结合相关技术规范拟初定高喷墙摆喷孔距为1.4m，成墙厚度为20cm，摆喷灌浆采用折接形式，摆角为36°。待现场试验结束后再最终确定孔距。

5.2防渗墙插入土层深度

桩号左岸0+000~0+226段和右岸0+000~0+183段，最深处高程为160.10m，作用水头为19.3m，结合实际情况，计算可得深入深度为1.5m。桩号0+226~1+206和右岸0+000~0+183段，最深处高程为167.20m，作用水头为12.2m，结合实际情况，计算可得深入深度为1m。

5.3摆喷防渗墙方案技术参数

5.3.1方法及材料选择

高压摆喷灌浆采用三管法。高压喷射浆液采用P.O42.5级水泥拌制，细度要求通过80um方孔筛的筛余量不大于5%。

5.3.2高压摆喷灌浆试验

在现场高压灌浆作业开始前，选择地质条件具有代表性的区段，并按选定的配合比进行高压摆喷灌浆的板墙成墙工艺试验，以选定孔距以及喷射流量、压力、摆速和提升速度等工艺参数。

成墙试验计划选择Ⅰ序孔2个、Ⅱ序孔2个，1#孔与2#孔之间孔距为1.2m，2#孔与3#孔之间孔距为1.4m，3#孔与4#孔之间孔距为1.6m。

根据工程地质资料和以往施工经验拟定试验参数：高压水压力35~40MPa泵压；高压水流量70~75L/min；压缩空气压力0.5~0.6MPa；压缩空气流量48~90m3/h；水泥浆压力0.5~1.0MPa泵压；水泥浆流量70~80L/min；进浆密度1.6~1.65kg/L；回浆密度1.25~1.30kg/L；提升速度8~10cm/min；摆动速度5~10次/min单程一次；摆喷角度36°。

5.4防渗墙质量指标

高压摆喷防渗墙渗透系数≤1×10-6cm/s，允许渗透比降≤80.设计要求墙体强度R28≥3.0MPa，成墙有效平均厚度≥0.20m。

5.5质量检查：

采用围井法检查高喷墙的防渗性能，围井形成至少14d以后，在井内钻孔进行注水试验，钻孔位于围井中心，钻孔直径不小于110mm，孔深应至围井底部。

6结论与建议

（1）通过对三河水库现场调查和进行地质勘察分析后，提出了高压摆喷垂直防渗墙方案，通过论证分析该方案的科学合理可行。

（2）在施工过程中会产生不少废弃浆液，为避免污染环境，需设置沉淀池进行沉淀。

施工工期尽量安排在非汛期，避免库区中蓄积水进而影响施工质量。