榆阳区尤家峁水库防渗方案探析

王 军

（陕西省榆林市榆阳区南郊抽水站，陕西 榆林 719000）

1 概况

陕西省榆林市尤家峁水库位于榆林市榆阳区境内的榆溪河支流沙河中上游的芹河乡尤家峁村，1988年10月建成并投入运用，是以城市供水为主，兼顾灌溉、防洪、防沙治沙、渔业养殖及旅游开发等综合利用的水利枢纽工程。水库枢纽由大坝、放水洞、西沙渠注水陡坡等建筑物组成；大坝由主坝和副坝组成，为水力冲填均质水坠沙坝，最大坝高29 m。兴利库容912万m3，防洪库容444万m3，相应总库容1566万m3。尤家峁水库蓄水运用二十多年来，由于坝体质量原因，一直处于低水位运行，最高蓄水位1092.50m时坝体渗漏严重，坝后溢出点较高，形成多条渗漏通道，最大渗漏量约为0.2 m3/s～0.3 m3/s，不仅造成水源浪费，还威胁到大坝安全，必须对水库进行防渗处理。

2 渗漏原因分析

尤家峁水库左岸紧邻黄土梁岗区，其分布高程远高于库水位，故左岸不存在渗漏问题；水库右岸黄土梁岗区距库岸较远，梁岗区与库岸之间为榆溪河二级阶地，阶面高程低于库水位，故存在渗漏问题。虽然采取多种防渗措施，但效果均不理想。尤家峁水库大坝渗透破坏从表象来看主要有大坝接触渗透破坏、坝体渗透破坏和坝下渗透破坏三种。目前大坝主要问题坝下漏水量较大，同时坝体侵润线较高。

2.1 防渗帷幕墙未穿透至相对隔水层以下

根据主坝坝轴线剖面和横剖面图分析，前期高压摆喷形成的防渗帷幕墙在桩号0＋320～0＋440 m处，防渗帷幕墙未穿透②层细砂和③-2层细砂，遗留有渗水通道。

2.2 防渗帷幕墙大部分深入相对隔水层厚度较小

从勘察剖面分析，幕墙深入下部相对隔水层的厚度为6.0 m～10.0 m，与其同部位的坝后未见有渗水点和潮湿现象。其后段幕墙深入相对隔水层厚度约为1.5 m～2.3 m，虽然进入相对隔水层，但其深度明显偏小，与其对应的坝后漏水严重。因此说明防渗帷幕墙体，要达到良好的防渗效果，墙体必须深入下部相对隔水层的深度宜不小于5.0 m。

2.3 防渗帷幕墙长度不够

从主坝坝轴线剖面可以看出，防渗墙桩号0＋795 m（放水塔附近）后透水层厚度远大于30 m，且坝基以下仍为中等透水性的砂层，这也是坝后漏水为什么右岸最大的原因。目前观测到的该处渗漏量小于坝基，是由于后期运行管理中发现该处漏量很大，已危及到大坝安全，随后管理方对该处进行了大量的盖压处理，故该处实际的渗漏量要远大于观测值。

2.4 摆喷防渗帷幕墙质量不理想

通过三条坝体侵润线观测孔结果，幕墙上下游水头差约2.5 m～4.0 m，而且下游侵润线水力坡度极缓。若防渗帷幕墙质量能达到预期目标，理论分析形成上下游水头差将不低于10.0 m，故不排除高压摆喷形成防渗帷幕墙局部有防渗天窗现象。

3 防渗处理建议

3.1 相对隔水层选择意见

由主坝坝轴线剖面和横剖面图可知，较为理想的相对隔水层是下部侏罗系中统直罗组（J2z）细砂岩，岩层中厚层状结构，层厚稳定，属弱透水性，但其埋深大于60.0m。从试验成果看位于其上的中更新统风洪积堆积（Q2eol＋pl）黄土状壤土，厚23.0 m～35.0 m，一般埋深 30.0 m～40.0 m，渗透系数 5.54×10-6cm/s～9.04×10-5cm/s，依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）属微透水层，可视为坝区防渗处理的相对隔水层。

3.2 防渗范围建议

由于已有防渗帷幕墙，不排除有质量缺陷，同时也难以修复，综上，建议重新进行防渗帷幕处理。为了确保坝体安全及水库能发挥正常效益，建议处理长度结合副坝地质条件统一考虑，且应不低于1.2 km。

4 坝体防渗处理措施

针对尤家峁水库渗流情况，现从坝基、坝体两方面提出防渗处理方案。

4.1 渗流稳定计算与分析

由于该水库洪水全拦全蓄，且放水洞放水流量较小（最大放水流量6 m3/s），设计洪水位和校核洪水位均可能形成稳定渗流，故仅对上游正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时形成稳定渗流期进行渗流计算。

渗流稳定计算采用北京理正软件设计研究院的理正渗流分析软件进行。本次计算断面选取有代表性的4个断面分别计算，防渗前典型断面见图1，防渗前计算结果见表1，防渗后典型断面见图2，防渗后计算结果见表2，通过计算结果表可知，防渗前在正常蓄水位水库坝体渗漏量为6185 m3/d，防渗幕墙加土工膜防渗后在正常蓄水位水库坝体渗漏量为625 m3/d，日节约渗水量6160 m3/d。通过典型图可以看到大坝防渗前溢出点基本都处于坝后坡中下游坡度，这是形成坝后流土及冲刷破坏的主要原因。

图1 坝3-3断面防渗前正常蓄水位计算浸润线

图2 坝3-3断面防渗后正常蓄水位计算浸润线

表1 防渗前坝体典型断面渗漏量统计表 单位m3/d

表2 防渗后坝体典型断面渗漏量统计表 单位m3/d

在计算过程中防渗幕墙渗透系数按5×10-6cm/s计。

4.2 坝基防渗方案

（1）方案选择

根据地质勘探情况及工程现状，结合现场查勘情况，初步选定坝基防渗轴线为：沿坝轴线在上游坝坡高程线，布设垂直防渗幕墙方案。

根据尤家峁水库坝基地质情况，其坝基主要为细砂层，中间夹有2 m～7 m厚砂质壤土层。底部为砂岩。由上述地层情况，本次设计考虑由于砂质壤土层渗透系数K=8.9×10-6cm/s相对较小，将其作为相对不透水层考虑截渗深度，防渗幕墙按深入相对不透水层1.0 m进行设计。

根据上述情况，本次设计尤家峁水库坝基防渗的截渗范围主要是坝基细沙及坝体填沙层，依据地质剖面图，初步考虑其截渗方案为：帷幕灌浆、塑性砼墙、深层水泥搅拌桩与高压旋喷灌浆结合防渗3种方案。但由于帷幕灌浆方案截渗效果难以保证，塑性砼墙方案成孔困难，塌孔严重，质量不易控制，所以采用施工不需要开槽，不破坏坝体，不存在塌孔问题，工程质量可靠，防渗效果好，工程造价低、成孔有保障的深层水泥搅拌桩与高压旋喷灌浆结合垂直截渗方案。

（2）深层水泥搅拌桩及高压旋喷桩技术指标

深层搅拌地下连续墙采用一次成墙工艺，每个单元墙3根水泥土搅拌桩。搅拌轴间距320 mm，搅拌头直径400 mm，墙体有效厚度不小于200 mm。每个单元墙长度为960 mm，前后单元墙的首尾桩采取套接，单元墙有效长度640 mm（图3）。

图3 深层搅拌地下连续墙桩间搭接示意图

地下连续墙搅拌桩水泥掺入量10%～18%，水灰比为1.5～2.0（水泥掺入量及水灰比根据室内试验及现场试验最终确定）。地下连续墙墙体弹性模量不大于1000 MPa，渗透系数K＜1.0×10-6cm/s，允许渗透坡降 J＞200，抗压强度 R28≥0.5 MPa。

高喷旋喷桩采用三管法施工，间距0.8 m，桩径不小于1.1 m，墙体弹性模量不大于1000 MPa，渗透系数K＜1.0×10-6cm/s，允许渗透坡降J＞200，抗压强度R28≥2.0 MPa。

4.3 坝体防渗处理

坝体防渗的尤家峁水库的防渗重点。根据坝体测量资料、地质资料及水文、水位、水库规模等初步选取两套方案比选，见表3。

表3 方案一与方案二比较表

方案一：垂直防渗布设方案。坝体防渗范围从右岸副坝西段沙丘处至左岸已有摆喷幕墙端点偏移4 m为终点止，防渗幕墙全长1418 m，防渗墙轴线在坝前距坝轴线16.9 m（副坝段）、20.9 m（主坝段）。防渗幕墙顶高程1096.00 m，防渗幕墙底高程1052 m～1078 m与坝基相对不透水层相接，防渗幕墙根据施工地质深入不透水层深度不小于1 m，防渗幕墙成墙面积42809 m2。

方案二：斜坡防渗加垂直防渗组合布设方案。坝体防渗范围从左岸已有摆喷幕墙端点偏移2 m为起点至副坝西段沙丘处止，防渗幕墙全长1361 m，防渗墙轴线在坝前距坝轴线45 m。防渗幕墙末端段幕墙1＋265.66 m至幕墙1＋361.44 m，顶部高程由1091.00 m渐变至1096.00 m，幕墙1＋265.66 m后高程为1091.00 m。防渗幕墙底高程1050 m～1078 m与坝基相对不透水层相接，防渗幕墙根据施工地质深入不透水层深度不小于1 m，防渗幕墙成墙面积35355 m2，高程1091 m～1097 m采用土工膜（PE材质两布一膜，1000 g/m2）接防渗幕墙防渗，土工膜上依次是1.5 m厚坝体填筑土防冻层、10 cm砂砾层、10 cm厚预制砼块。

综合经济技术比较，方案一垂直防渗深度较大，施工难度较大，防渗效果不易控制，且不经济，方案二中砼防渗墙结合斜坡土工膜防渗中，砼防渗墙在成墙方面较为困难，塌孔后不易处理，且不经济，方案二中摆喷幕墙结合斜坡土工膜防渗中，摆喷较为经济，但摆喷相对防渗效果差，施工干扰大，防渗幕墙在30 m以下深度偏差大等技术缺陷，本次设计采用方案二深层水泥搅拌桩及旋喷桩结合防渗，墙深26 m内采用深层水泥搅拌桩，墙深26 m～30 m内采用单排高压旋喷桩、墙深26 m至41 m选用双排高压旋喷桩。此方案不仅技术方面有保证防渗效果较为理想，且较为经济，故采用此方案。

5 结语

由于地质地基和工程施工建设中的多种问题，造成尤家峁水库建成后，渗漏问题严重，一直影响到水库效益的发挥和大坝安全问题。通过地质勘察，结合国内大坝除渗成熟设工设施方案，并经过方案比选，提出坝基采用深层水泥搅拌桩与高压旋喷灌浆结合的防渗方案，坝体采用斜坡防渗加垂直防渗组合方案。尤家峁水库坝体防渗处理后，可加大水库库容利用率，每年可向下游两个灌区3万亩农田供水，年平均补水800万m3。