南水北调双王城水库截渗技术方案分析

于 云 ，张东霞 ，侯彩云

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.山东创元水务有限公司，山东 济南 250001）

双王城水库位于寿光市北部的卧铺乡寇家坞村北废弃水库处，距离市区约31km，是南水北调东线胶东干线工程的重要调蓄水库。由于水库修建在黄河下游冲积平原地区，水库坝基可能发生渗漏、渗透变形，尤其可导致坝下游沼泽化，次生盐渍化和农田浸没，因此需采取防渗技术。平原水库主要防渗方案有垂直防渗、水平防渗，根据水库选址的地质条件，在水库坝基渗漏条件分析的基础上，对“垂直防渗”“水平防渗”和“垂直+水平”3种防渗方案进行综合分析比较，选取最优方案。

1 水库坝基渗漏条件分析

按照一般性钻孔资料（孔深35.0m），坝基下伏地层分为11层；11层以下地层，控制性钻孔资料（孔深50.0m）揭示，分布岩性为砂壤土和粉细砂、中细砂，均具中等～强透水性。

坝基11层地层中，主要岩性为砂壤土、壤土，局部夹粉细砂及黏土透镜体，经现场水文地质试验及室内试验，除⑨层壤土、（11）层重壤土渗透系数相对较小外，其他地层均为中等透水层。由此可以看出，采取垂直截渗方案可以利用的相对不透水层为⑨层壤土、（11）层重壤土。而（11）层重壤土以下分布巨厚层的中等透水至强透水层，对上部含水层存在越流补给问题，若以（11）层重壤土作为相对不透水层截渗处理，处理不当容易造成上部地下水透壤土作为相对不透水层为宜。

初步设计阶段勘察时，查明了⑨层壤土分布特征，并进行现场抽水试验，该层渗透系数范围值为 0.23～1.27×10-4cm/s，属弱透水～中等透水层，分布不连续，厚薄不均，在桩号2+186～2+611、3+458～4+854 段该层缺失，而且，1+790～2+186 段最小厚度只有 1.50～1.70m；2+710～3+038段为夹杂砂壤土透镜体，使该层变薄，最小厚度0.80m；7+983～8+200 段厚度 0.60～1.60m；8+400～9+590段厚度 1.00～2.80m，达不到《南水北调工程平原水库技术规程》（NSBD13-2009）对相对不透水层厚度“满足渗透稳定需要，一般不小于 3～5m”的要求。

经多方面比较分析后，又对⑨层壤土缺失段进一步进行补充勘察工作，在该层缺失段库内，根据库区地质断面布置勘察钻孔，勘察工作分两段进行，一段自桩号 2+060（S21 孔）～3+084（S31孔），距原坝轴线110～200m；另一段自桩号3+366（S34孔）～4+854（S49孔），距原坝轴线 160～190m。勘察资料显示，⑨层壤土在两段内均分布连续，但厚薄不均。桩号2+060（S21孔）～3+084（S31孔）段厚度 1.10～5.00m，层底高程-28.66～-25.90m，渗透系数 1.13～1.5×10-4cm/s。桩号 3+366（S34孔）～4+854（S49孔）段厚度 1.30～4.90m，层底高程-30.69～-26.64m，渗透系数 0.81～1.05×10-4cm/s。根据补充勘察地质资料，⑨层壤土分布基本连续，但是厚薄不均。综合分析认为，⑨层壤土在整个坝址区均有分布，但厚度存在较大的不均匀性，在⑨层壤土分布较薄区段，可综合考虑利用⑨层壤土、（11）层重壤土截渗。

2 防渗方案对比

坝基防渗方案分两大类：一类是垂直截渗；另一类是水平防渗。

2.1 垂直截渗方案

双王城水库垂直截渗制定了5个方案，分别是深层搅拌桩防渗墙、薄混凝土防渗墙、垂直铺塑、振动切槽防渗墙、高喷灌浆水泥土防渗墙。鉴于钻探深度内，⑤⑥⑦⑧层土料的渗透系数皆为2.43×10-4cm/s，以⑨层壤土作为相对不透水层。根据各施工工艺的最优深度，设计深层搅拌桩防渗墙底进入⑤层土料1.00m，墙体平均深度15.0m，厚度0.3m；薄混凝土防渗墙、振动成槽防渗墙底进入⑨层土料1.0m，墙体平均深度28.0m，厚度0.3m、0.2m。深层搅拌桩防渗墙渗透系数为5×10-6cm/s、薄混凝土防渗墙的渗透系数为1×10-7cm/s，垂直铺塑的渗透系数为 1×10-9cm/s，振动成槽防渗墙的渗透系数为5×10-7cm/s。垂直铺塑工艺的最适宜施工深度是8～10m，且由于塑膜之间的搭接、设备工艺受限制等因素，严重影响防渗效果，深层搅拌桩防渗墙适宜施工深度是10～15m，因此两方案不再进行进一步的计算比较。计算结果详见表1。

表1 双王城水库垂直防渗墙方案比较表

2.2 水平防渗方案

设计水平防渗方案时，首先对铺设0.3mm厚的聚乙烯膜和两布一膜的复合土工膜（150（g/m2）/0.3mm/150（g/m2））进行了单价比较，施工工艺皆为：推开0.6m的土，碾压密实，铺膜，回填土，碾压密实。前者受施工影响大，易受损坏，造价为15.02元/m2，后者受施工影响小，造价为27.67元/m2。基于工程运行安全可靠考虑，采用复合土工膜方案。

水平防渗效果随防渗设施长度的不同而变化。选定9.0m水深，计算不同铺膜长度的防渗效果，优选确定最佳水平防渗长度。计算库内设100m、300m、500m长及库底全铺水平塑膜4种防渗方案。复合土工膜的渗透系数取1×10-9cm/s。计算结果见表2。

由表2可知，100m长水平塑膜铺盖时，造价低，但年渗漏量1247万m3，防渗效果不理想，年渗漏损失较大；500m长水平塑膜铺盖与300m相比，防渗较果已大大降低，年渗漏量虽然小，但工程造价高，不经济；库底全铺塑膜防渗方案防渗效果最好，一次性投资太大；300m长水平塑膜铺盖时，年渗漏量750万m3（未考虑施工破坏形成空洞，引起的渗漏量），防渗效果较理想，投资适中，是最佳水平防渗长度范围。

表2 各防渗方案防渗效果比较表

3 防渗方案优选

采用薄混凝土防渗墙结构形式时，年渗漏量为932万m3、投资7652.7万元；采用振动切槽防渗墙结构形式时，年渗漏量为1012万m3、投资7254.1万元；采用300m长水平塑膜铺盖时，年渗漏量为750万m3，若考虑施工破坏形成空洞引起的渗漏量约4220万m3（0.04m3/（d·m-2）、投资7999万元。从防渗功能、经济方面考虑，3个方案都可行，但从施工工艺成熟性、工程安全可靠度方面考虑，推荐采用防渗效果显著、施工技术成熟、防渗安全可靠度高、工程投资适中的薄混凝土防渗墙方案。

南水北调双王城水库采用薄混凝土防渗方案，已经于2013年6月建设完成，运行近6年来，平均年渗漏量为363.6m3，低于设计要求，防渗效果良好。