南河水库库区防渗处理方案比选

任丽霞

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

南河水库兴利库容为575.39万m3，总库容为780.11万m3，工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（一）型。主要建筑物包括大坝、溢洪道、取水口、导流兼放空管等，为4级建筑物，次要建筑物及临时建筑物为5级。本工程坝址区岩溶发育状况以溶洞、溶孔和垂直裂隙和层面裂隙中溶隙现象为主，主要发育在奥陶系中统峰峰组白云质灰岩中，孔、洞呈不规则状、豆状、蜂窝状等。溶洞内主要为泥质充填，含有少量碎石，充填物不能很好起到防渗作用。因此，坝址区属于深部岩溶水补给区，岩溶发育强烈，渗漏严重。

库区两岸及河床基底由奥陶系中统峰峰组白云质灰岩夹泥质灰岩地层组成，由于产状近于水平，垂直裂隙发育，为透水岩层。两岸大部分库段为第四系坡积黄土状粉质粘土所覆盖，河床为冲洪积级配不良砂砾石所覆盖。经注水试验，两岸黄土状粉质粘土其天然渗透系数为2～4×10-3（cm/s），属中等透水层，河床砂砾石层渗透系数为7～9×10-3（cm/s），属中等透水层；基岩中由于垂直裂隙发育，使得岩溶溶孔、溶洞、溶隙发育，上部峰峰组岩组为透水岩层。因此，水库两岸无相对隔水层存在，库盆底部相对隔水层埋藏太深。该水库具备产生渗漏的地层岩性和水文地质条件，水库蓄水后，存在水库渗漏问题，需对水库进行防渗处理。根据库区地质条件，采用垂直防渗处理较为困难，故采用全库盆水平防渗处理。

2 防渗方案比选

根据已建工程经验，现拟在正常蓄水位以下河床及两岸覆盖层，采用铺设防渗土工膜防渗方案和铺设防渗粘土料防渗方案进行综合比选。

2.1 铺设防渗土工膜防渗方案（方案1）

2.1.1 防渗范围

对全库盆进行水平防渗处理，包括大坝库底及库区两岸边坡。其中，库区两岸边坡防渗处理至超过最高水位0.42m处，即1173.00m高程。

2.1.2 防渗措施

（1）库底

由坝脚至库尾处库底，全部采用复合土工膜进行防渗。对库底清表土、整坡，地势较高处进行土石方挖除，坑、沟、洼地进行开挖料补填，整坡后库底平均坡比0.02，桑后峪库底平均坡比0.03，对沟库底平均坡比0.05。

整坡后铺设0.2m厚砂砾料垫层，作为复合土工膜下垫层，复合土工膜采用两布一膜，自上而下依次为140g/m2土工布、1mm厚高密度聚乙烯（HDPE）土工膜、140g/m2土工布，膜上铺设0.5m厚粘土保护层。

库底与两岸交接处设C20混凝土脚槽，脚槽截面尺寸为0.5m×1m（宽×高），用以固定库底复合土工膜。同时，为增强库底复合土工膜固定效果，在顺水流方向库底布设C20混凝土脚槽，截面尺寸为0.5m×1m（宽×高），间距50m，布满整个库底。

复合土工膜下设置排水排气盲沟，盲沟为碎石外包土工布组成，断面尺寸为0.4m×0.2m（宽×高），间排距50m，在纵横盲沟交汇处、库底低洼处设置逆止阀，将膜下水气排出。

（2）水库库尾、支沟入口及陡于1∶2的岸坡

两岸边坡每隔10m高程，设置一级宽2m马道，高程分别为1148.00m、1158.00m、1168.00m、1173.00m。陡于1∶3.5的边坡在垂直方向上，每5m设置一道抗滑槽，尺寸0.5m×0.9m（宽×高）；顺水流方向每隔50m顺坡向设置一道C20混凝土脚槽，尺寸0.5m×1.0m（宽×高）。

对上述位置的岸坡的防渗处理，为现浇C25钢筋混凝土防渗面板，面板厚度0.3m，下设0.1m厚C15混凝土垫层。马道内侧设C20混凝土脚槽，尺寸0.5m×0.5m（宽×高），脚槽和面板间采用铜片止水。

岩质岸坡布设直径25mm锚杆，锚杆长3.5m，间距3m×3m，梅花型布置，用以固定面板钢筋网；土质边坡视地质情况布设随机锚杆。防渗处理至1173.00m高程，并在该高程设置C20混凝土截洪沟，矩形槽结构，厚0.2m，槽宽0.4m，深0.4m。

（3）缓于1∶2的岸坡

除水库库尾、支沟入口及陡于1∶2的岸坡外，其余岸坡均采用复合土工膜进行防渗。铺设合土工膜前，对两岸土质边坡进行清表、整坡、碾压，岩质边坡进行清扫、清除松动石块等工序。

两岸边坡每隔10m高程设置一级马道，宽2m，高程分别为1148.00m、1158.00m、1168.00m、1173.00m。每级马道内侧设置一道C20混凝土脚槽用以锚固复合土工膜，尺寸0.5m×1.0m（宽×高）。高程1173.00m马道外侧设置一道当C20混凝土截洪沟，矩形槽结构，槽宽0.4m深0.4m，壁厚0.2m。于岸坡上原冲沟处设置排水沟，尺寸同截洪沟，将截洪沟内积水排入水库中。

岸坡整坡碾压后铺设0.2m厚砂砾料垫层，作为复合土工膜下垫层，复合土工膜采用两布一膜，自上而下依次为140g/m2土工布、1mm厚高密度聚乙烯（HDPE）土工膜、140g/m2土工布，膜上铺设0.5m厚砂砾料。

复合土工膜下设置排水排气盲沟，盲沟为碎石外包土工布组成，断面尺寸为0.4m×0.2m（宽×高），间排距50m，盲沟与库底盲沟贯通。

（4）铺设防渗土工膜方案工程量

铺设防渗土工膜方案工程量见表1所示。

表1 铺设防渗土工膜方案工程量表

2.2 铺设防渗粘土料防渗方案（方案2）

2.2.1 防渗范围

对全库盆进行水平防渗处理，包括库底及库区两岸边坡。其中，库区两岸边坡处理范围为库底至最高水位以上0.42m处，即1173.00m高程。

2.2.2 防渗措施（1）库底

由坝脚至库尾处库底，全部采用铺设粘土料进行防渗。对库底进行清表土、开挖整坡，平均开挖深度5m，整坡后库底平均坡比0.020，桑后峪库底平均坡比0.03，对沟库底平均坡比0.05。整坡后铺设粘土料，坝脚处粘土料铺设厚度8m，与大坝相接。库底粘土料铺设厚度由坝脚处至库尾逐渐变薄，库尾处粘土料铺设厚度2m。

（2）两岸土质边坡

两岸土质边坡进行清表土、整坡，每隔10m高程设置一级宽2m马道，马道高程分别为1148.00m、1158.00m、1168.00m、1173.00m。整坡后开挖坡比缓于1∶4的边坡采用铺设粘土料进行防渗，粘土料铺设厚度与同桩号库底粘土铺设厚度相同；陡于1∶4的边坡，由于坡度大于粘土的水下休止角，易产生水下滑动，采用铺设复合土工膜进行防渗，复合土工膜铺设与方案1中边坡复合土工膜铺设措施相同。

（3）两岸岩质边坡

岩质岸坡主要分布于对沟左岸及库尾左岸段，对岩质岸坡的防渗处理为现浇C25钢筋混凝土防渗面板，面板厚度0.3m。岩质岸坡布设直径25mm锚杆，锚杆长3.5m，间距3m×3m，梅花型布置，用以固定面板钢筋网。防渗处理至1177.00m高程，并在该高程开挖截洪沟，采用C20混凝土矩形槽结构，槽宽0.4m，深0.4m，壁厚0.2m。

（4）方案工程量

铺设防渗粘土料方案工程量见表2。

表2 铺设防渗粘土料方案工程量表

3 防渗处理方案比选及结论

3.1 施工难度

方案1比方案2，开挖和填筑工程量相对较小，大坝填筑与水平防渗施工相互制约因素少，临时道路布置方便；施工期降雨及洪水对水平防渗施工影响小；铺膜施工较为简单，施工工效高。从工程施工角度考虑，方案1优于方案2。

3.2 防渗效果

方案1主要采用复合土工膜进行防渗，复合土工膜材料渗透系数可达1×10-11cm/s，考虑到实际施工过程中，可能对复合土工膜局部造成破坏，降低复合土工膜防渗效果，初步可取复合土工膜材料渗透系数为1×10-10cm/s；方案2主要采用粘土料进行防渗，粘土料经碾压后渗透系数可达1×10-5cm/s。通过渗流计算可知，方案1的单宽渗流量远小于方案2，方案1防渗效果要明显优于方案2。

3.3 工程投资

方案1投资6852.20万元，方案2投资6228.65万元，方案2较方案1投资少约289万元。工程投资方面方案2略优。

4 结论

综合以上分析，本工程两种防渗方案施工难度方面方案1占优，工程投资方面方案2略优于方案1，但考虑到本水库为注入式水库，库水来之不易，方案1较方案2渗流量小，防渗效果更好，方案1可更有效地防止库水流失，降低引水调蓄成本。故推荐铺设防渗复合土工膜方案作为库区防渗方案。