龙门口水库副坝下游渗水处理方案设计

【摘要】本文对副坝下游渗水原因进行了分析，比较了混凝土防渗墙、排水减压方案，采用排水降压方案处理下游地面渗水，可为深厚复合地基处理工程提供借鉴。

【关键词】副坝；防渗墙；铺盖；减压沟

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

龙门口水库位于河北省遵化市石门镇镇北，是滦河水系淋河中下游的中型水利枢纽工程，控制流域面积123km2，总库容为2970万m3。水库是以防洪、供水和灌溉为主，兼顾旅游和养殖等综合利用。水库枢纽建筑物由主坝、副坝、泄洪洞、灌溉发电洞、小辛庄灌区引水洞组成。龙门口水库始建于1976年，2005年续建达现状规模。

主坝为拱坝，副坝为均质土坝。副坝坝长为615m，坝顶高程74.5m，最大坝高为14m，坝体上游设水平铺盖，下游设减压沟。

2副坝减压沟下游地面渗水问题

副坝位于牛心山与鹞子山之间，地面高程60.0～68.0m，由于地面高程较高，坝身未曾挡水。2006年12月初，水库蓄水至高程63.6m，减压沟下游约500m处的耕地（地面高程54.0～56.0m）发现较大面积的渗水溢出，局部形成沼泽化。水库周边五道洞，南北六盘营，租户、石门二村，郭家场等村庄的民井地下水位普遍上升2.0～3.0m，坝后减压沟（沟底高程59.0m）积水0.3～0.4m。

续建工程增设了副坝坝体、坝基测压管，发生渗水时尚未施工埋设，无法观测坝体浸润线和坝基渗流情况，渗水位置距副坝下游坝脚较远，不影响水库工程的安全，但考虑渗漏对水库蓄水的影响，以及下游农田沼泽化的问题，影响耕种，关系到农民利益，也影响社会和谐，对渗水进行处理是非常必要的。

3下游渗水原因分析

（1）副坝基础卵石层是良好的渗漏通道

副坝坝基为双层复合结构，上层为粘性土、下层为厚砂卵石层及岩石的复合地基。一级阶地地面高程52.0～58.0m，为厚1～2m灰褐色含粘粒的粉砂土，下部为砂卵石层。砂卵石层厚3.0～5.0m，卵石含量为60％～80％，粒径3.0～20.0cm，最大约50.0cm，卵石成份以石英砂岩、角闪斜长片麻岩为主，磨圆较好。中粗砂约占30％，分布厚度一般为10.0～16.0cm，最厚处28.0cm。卵石层的渗透系数为4.93×10-3cm/s～1.29×10-2cm/s。

副坝坝基渗漏主原因是较强透水性的卵石层地下水直接向下游排渗。由于砂卵石层连通性差，当蓄水位达到63.6m高程时，地下水位高程超过59m，渗水在减压沟及沟下游高程低于59.0m耕地逸出，形成局部沼泽地。

（2）下游渗水不是通过坝前铺盖下渗

副坝上游水平铺盖为壤土及粉质粘土，厚1.0～3.0m，局部为0.5m或者4.0m，分布不均，在阶面陡坎或者沟谷处砂卵石于地表。续建工程对局部厚0.5m或陡坎、沟谷卵石等薄弱处采取开挖回填壤土措施均已做了铺盖加固处理。

铺盖长度约200m，铺盖大部分土体密实性较好，粘粒含量最小为22.4％，塑性指数最低值10.2，渗透系数最小值7.0×10-7cm/s,土体作为防渗介质基本满足规范要求。

副坝铺盖地面在高程64.0m以上，发生渗漏时对应库水位为高程63.6m，库水位仅接近天然铺盖前缘，因此不是铺盖失效引发渗漏。

4渗水处理方案比选

针对副坝坝基地层结构和现状渗水情况，设计对截渗和排渗两个方案进行了比较:

方案一：混凝土防渗墙截渗方案

考虑坝基砂卵石粒径较大，在副坝上游坝脚处设置混凝土防渗墙，与坝体形成整体防渗系统。防渗墙墙体厚度为0.6m，混凝土强度为C10W6。防渗墙采用板槽式搭接型，设计防渗墙顶高程63.5m，防渗墙入岩1.0m，平均墙高25m。根据工程地质条件，混凝土防渗墙长度确定为桩号0+20～0+542，长度522m，防渗墙面积约11000m2。

方案二：排水降压排渗方案

为了降低地下水位，采用降低副坝坝脚下游减压沟底高程。根据副坝下游地面高程情况，将坝后减压沟底高程比现状沟底下降4m至高程55m，减压沟上游边坡沿原减压沟上游边坡下延至沟底高程55m，在沟最低处埋设混凝土暗管，将沟内渗水引至下游石马公路边排水沟。

方案比较：方案一，主要建筑工程投资1176万元（2007年第一季度价格水平，以下同），投资高，该方案的实施不需要增加占地，可截断坝基渗流，能够彻底解决下游沼泽化问题，减少库水渗漏，年增加可利用水量350万m3；方案二，主要建筑工程投资256万元，投资较少，能解决副坝下游沼泽化问题，但比现状水库渗漏水量增加。由于沟底高程的降低，会较现状增加坝基渗漏量，按正常蓄水位67.0m计算渗漏量约为574万m3/年。两方案投资相差较大，业主自筹资金困难，为了尽快解决当年副坝下游农田耕种问题，工程实施采用方案二。

5排水降压方案实施

为解决沼泽化问题，降低减压沟底高程，渗水由减压沟通过埋设暗管引至下游。

（1）减压沟设计

续建工程中在副坝坝脚下游156m处设有减压沟，自桩号FB0+120至FB0+570，长450m，沟深1m，底宽1m，边坡1：1.5,最低处沟底高程59m。新减压沟是将现状坝后减压沟底高程下降4m至高程55m，沟底宽1m，边坡上游1：2、下游1：1.5，长度不变。首先拆除减压沟干砌石和垫层，开挖至设计高程，开挖边坡上游1：2、下游1：1.5，对减压沟进行护砌。减压沟干砌石厚30cm，其下铺设碎石垫层厚20cm，铺设砾石垫层厚20cm。在沟最低处桩号FB0+255埋设排水暗管，暗管长1124m，将渗水引至下游石马路边沟。

（2）排水暗管

在减压沟桩号FB0+255处埋设混凝土管，与渗水农田区域上游侧埋设混凝土集水花管相连接，渗水通过混凝土管排至下游石马路公路边沟内，流向下游河道。经计算副坝坝基渗漏量约为0.182m3/s，按明渠均匀流计算，纵坡1/300，得出管径为60cm，设计水深0.34m，采用预制钢筋混凝土管，进口底高程55.0m，出口底高程50.54m。

（3）埋设方法

混凝土管外填开挖出来砂砾石料，上部回填壤土，为不影响农田耕种，在地表回填腐植土。排水管外两侧及管顶回填开挖土，宜采用小型轻型机具碾压，先回填管外两侧土，压实度不小于0.95，后回填管顶土，压实度宜为0.85。混凝土管采用承插式接口，接口采用沥青麻布填塞，并用水泥砂浆封堵。

（4）地下水位观测

牛心山北侧与昭西陵间开阔地带为二级阶地分布区，地面高程68.0～72.0m以东地形低洼形成单薄分水岭（正常蓄水位67.0m高程）。二级阶地表层有5.0～7.0m壤土，其下为厚约10.0m砂卵石层。续建后库水位升高，库水可能通过分水岭向库外渗漏，引起下游耕地浸没、沼泽化等不良工程地质现象发生。为了解水库蓄水后地下水位变化、基础渗流和对环境的影响情况，在牛心山北侧与昭西陵间布置3根观测管，与副坝坝基测压管、附近民井组成观测网，加强对地下水位的观测。

6结语

（1）对于复合地基，尤其是位于古河道坝基，为了防止水库蓄水位升高后，沿古河床砂卵石层产生严重渗漏，应采用混凝土防渗墙垂直防渗方案。采用天然铺盖水平防渗措施，无法彻底解决坝基渗透性较强的砂卵石层问题，通常在坝体下游形成沼泽化。

（2）垂直防渗方案年增加可利用水量350万m3，排水减压方案渗漏量约为574万m3/年，在水资源严重缺乏地区不宜采用排水减压方案。

（3）工程排水降压方案实施后，有效地解决了现状坝下游农田沼泽化问题，但随着库水位升高，坝基的渗漏量增加明显。

参考文献：

[1]SL265-2004.碾压式土石坝设计规范.

[2]顾慰慈.土石(堤)坝的设计与计算[M].中国建材工业出版社.2006.07.

[3]刘杰.土石坝渗流控制理论基础及工程经验教训[M].中国水利水电出版社2006.01.