XX水库库区防渗处理设计方案论证

现代河床部位弱透水层很薄，局部砂层出露直接与深层砂卵石层相通， 主要垂直入渗部位为现代河床，因此水平防渗重点为库区大面积的现代河床位置。
对于局部的采砂坑和范村旧址的坑圈井窖导致局部的渗漏通道，也进行封堵处理。在主坝和靠近主坝的部分副坝，也就是曾经发生管涌的位置，需增加坝
体排水。
根据计算成果分析，当砂卵石层渗透系数与上层壤土渗透系数相差100倍以上时 ，库区渗漏量与上层壤土的厚度和渗透系数有直接的关系。当壤土的
渗透系数为1.0×10-4cm/s，上层壤土的厚度较大时，砂卵石层的渗漏量有大幅度降低,或者当上层壤土厚度较小，但是渗透系数也较小时，达到1.0×10-
6cm/s，渗漏量也会有大幅度的降低。由渗流计算可知，当壤土厚度达到3.0m时，渗透系数达到1.0×10-5cm/s，当水位为40m的情况下，水库渗漏量为0.2
8m3/d?m；当水位为46.59m时,水库渗漏量为1.92m3/d?m。基本可满足防渗要求.而土工膜的渗透系数为1.0×10-14cm/s，根据达西定律可知，渗漏量与渗透
系数成正比关系，所以土工膜防渗可满足防渗要求。
根据地质资料发现，对于水库的渗流稳定问题， 主要原因应为存在渗流通道导致库区渗漏严重，而坝体下游较单薄的壤土层，不能承受几乎没有消减
的上游水头,使土体承受的水力坡降大于土体允许的出逸坡降，发生管涌等渗透破坏。因此通过在上游渗流通道进口采取防渗措施，消减水头，使下游土体
承受的水头减小，达到解决大坝渗流稳定的目的。
根据渗流计算分析，库区天然铺盖厚度小于3.0m时，渗漏将加剧；当天然铺盖厚度大于3.0 m时，渗漏量相对较小。因此，水平防渗处理范围为天然铺
盖厚度小于3.0m的部位，主要分布在现代河床部位。
4.2 壤土水平防渗方案
对天然铺盖厚度小于3.0m的部位,先进行平整,用壤土进行铺盖补强。与土工膜水平防渗方案不同的是防渗体由土工膜改为壤土.因此，要求作为防渗铺
盖的壤土必须有较小的渗透系数。
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。
壤土平均补强厚度为2.0m，要求土料粘粒含量不少于20%，压实度不低于0.93。
该方案要到库区以外寻找料场，运输到库区。防渗铺盖占用部分库容。
4.3 垂直防渗方案
根据地质勘察资料可知，坝前天然铺盖厚度不均，具中等透水性，大范围的垂直入渗较强烈；库区河床靠上游段壤土层较薄， 局部卵砾石层出露，坝
基卵砾石层厚度较大，且分布连续广泛，并与河床卵石层相通，导致库水垂直入渗后通过卵砾石层向库外排泄,造成坝基渗漏严重。由于局部地段卵砾石层
与上部土层直接接触，卵砾石层粗粒含量较高，缺少砂粒填充，透水性强， 高水头作用下易产生层间接触冲刷，潜蚀作用会影响坝基渗透稳定。为解决坝
基严重渗漏与坝基渗透稳定， 对深厚的砂卵石地基采用混凝土防渗墙防渗是行之有效的措施。
混凝土防渗墙布置在坝轴线上游坝脚位置。防渗墙顶端埋入坝脚，下端要求穿透深层的砂卵石层,打入相对不透水层。坝基为粘性土、砂性土、碎石土
及坚硬岩多层结构，其中砂卵石层下分布有较连续的粘土层， 渗透系数较小，可作为相对隔水层，为减少工程量及施工难度，在粘土层较厚部位，防渗墙
下端打入粘土层内不小于2.0m，粘土层较薄的部位要求防渗墙嵌入基岩。防渗墙平均深度为62m，墙体厚度0.8m，混凝土强度为C10。
4.4 方案比较
经比较分析可知：①垂直防渗方案。防渗效果好，但是防渗墙深度大，坝线长，防渗墙总面积达32万m2，施工难度大， 工期长达4年。 工程总投资最
高，达46371万元。 ②壤土水平防渗方案。施工较易，但防渗处理效果不如土工膜水平防渗方案，总投资为13998万元，比土工膜水平防渗方案大。施工用
的粘壤土要到库区或库外较远的地方运土， 对库容有一定减小。施工时要严格控制碾压质量，对施工要求严格。③土工膜水平防渗方案。施工容易，防渗
效果好于壤土防渗方案， 总投资为5983.99万元，是3个方案中最小的。施工条件优越，施工方法简单，土工膜埋于地下，不存在老化而导致的防渗失效，
耐久性较好。
通过综合分析比较，采用土工膜水平防渗补强方案。
5 土工膜水平防渗方案设计
5.1 天然铺盖渗透稳定分析
库区最低点的高程为33.5 m，校核洪水位为46.83 m，因此黄土状壤土层所承受的最大水头为13.33m。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）
规定，斜墙的容许渗透梯度为5，心墙的容许渗透梯度为4。实际上,防渗体的容许渗透梯度视土的性质不同而异，轻壤土为3～4，壤土为4～6，粘土为6～
8。通常控制防渗体的容许梯度为5～6。因此，从渗透稳定考虑，库区较低部位，天然铺盖小于3.0m的部位需要做防渗处理，才能保证防渗层的渗透稳定。
5.2 库区处理前后渗漏量分析
在确定土工膜防渗的范围时，需要从投资和防渗效果两个方面考虑。处理范围小，则不能达到预期的防渗效果； 处理范围过大，将会使投资量大。
当只对天然铺盖厚度小于2m的区域铺设土工膜防渗后，正常蓄水位情况下，总渗漏量仍达10.46万m3/d，显然渗漏量太大，防渗效果不明显；对天然铺
盖厚度小于3.0m的区域铺设土工膜防渗，需要土工膜面积为207.57万m2， 渗流量为205万m3/d； 当铺设土工膜的范围扩大为天然铺盖厚度小于4.0m的区域
时，渗流量为1.71m3/d，但是铺设土工膜面积增大为327.9万m2。
在正常蓄水位41.0m的情况下，库区铺设土工膜防渗后，渗漏量仍很大，达3.7万m3/d。但是考虑到水库达到41.0m的情况较少，且持续时间很短。而库
水位大多数情况下维持在40m以下。在库水位40.0m和39.0m时,渗漏量分别为1.74万m3/d和7438m3/d。库水位低于39.0m，渗漏量更小。库区铺设土工膜的防
渗处理后，可满足蓄水运用要求。因此推荐处理范围为：高程40m以下，天然铺盖厚度小于3.0m的区域。对于局部水头较高的部位，适当扩大到天然铺盖厚
度3.0～4.0m的区域。
5.3 土工膜设计
5.3.1 材料选择
选用聚乙烯（PE）膜，土工膜厚度选取为0.5mm。
选用材料物理力学性能指标应符合下列要求：密度不应低于900kg/m3，破坏拉应力不应低于12MPa，断裂伸长率不应低于300%，弹性模量（E）在5℃不
应低于70MPa，抗冻性（脆性温度）不应低于-60℃， 联接强度应大于母材强度；撕裂强度应大于等于40N/mm，抗渗强度应在1.05MPa水压下48h不渗水，渗