和田地区策勒县先锋水库库盘防渗设计

刘 娟 赵晓军

（新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院 新疆 乌鲁木齐 830002）

1 水库概况

先锋水库位于新疆和田地区策勒县境内，水库坐落在策勒河河道上，是一座以防洪、灌溉为主的平原水库。水库总库容为 566万 m3，工程规模为小（1）型工程，工程等别为Ⅳ等，水库死库容110万m3，兴利库容万252m3，拦洪库容92万m3，调洪库容204万 m3。水库大坝长3.2km，最大坝高13.3m。正常蓄水位1434.04m。库盘平均地面高程1432m，其中Ⅰ区平均地面高程1432.5m，Ⅱ-1区平均地面高程1431.3m，Ⅱ-2区平均地面高程1432.3m。

2 库区工程地质

水库库盘主要以第四系上更新统～全新统冲洪积物（Q3-4al+p）l为主，岩性为沙砾石层和低液限粉土。

按地层岩性不同将库盘分为两个区，分别叙述如下。

Ⅰ区：分布于库区东部，该区地表平坦开阔，向西微倾，地表植被不发育。其地层岩性为巨厚沙砾石层，分布稳定均一，根据区域地质资料和坝址区所揭露情况，其厚度30m以内无相对隔水层分布。根据野外渗透试验，砂砾石渗透系数5.4×10-2cm/s～3.6×10-3cm/s，属中等透水～强透水层，以中等透水为主。

Ⅱ区：该区主要位于库区西部，沿坝线附近分布，地形平坦，受洪水的冲蚀，局部分布冲沟，沟深0.8m～2.0m。区内地表植被较为发育，主要以胡杨林、红柳为主，其表层地层岩性以低液限粉土为主，下部与沙砾石层之间有中细砂透镜体分布，厚0.2m～1.0m，主要为淤积形成，受地层由东南向西北微倾影响，其厚度也随着由东南向西北由薄变厚，低液限粉土渗透系数 2.3×10-4cm/s～4.2×10-5cm/s，属弱透水～中透水层，以弱透水为主。低液限粉土层以下地层岩性为砂砾石，分布厚度大于30m，渗透系数 5.4×10-2cm/s～3.6×10-3cm/s，属中等透水～强透水层，以中等透水为主。

根据Ⅱ区表层粉土层分布厚度的不同，将其进一步分为两个二级区，其中Ⅱ-1区表层低液限粉土层厚度为0～2.0m，Ⅱ-2区表层低液限粉土层厚度为2.0m～5.0m。

3 库盘防渗前渗漏量计算

水库蓄水后产生垂直渗漏，现对水库渗漏量按照达西定律进行估算：

式中，Q——渗漏量，m3/d；

K——岩土层渗透系数，m/d；

I——水力坡降，垂直渗漏时取值1.0；

F——渗漏面积，m2。

根据上式计算所得结果每天渗漏量为36.45万m3/d。

4 库盘防渗设计

根据地质资料分析，Ⅰ区地层为中等透水层，需做水平防渗处理；Ⅱ—1区表层低液限粉土分布厚度较薄，不宜作为天然铺盖，也宜采取水平防渗处理措施；Ⅱ—2区表层低液限粉土厚2.0m以上，以弱透水性为主，可视作相对隔水层，不作处理。

工程区附近无粘土料场可用，目前新疆地区库盘防渗大多采用土工膜方案。土工膜具有铺设快捷、工艺简单、施工质量有保证、造价低、防渗效果显著等优点，其防渗技术已成熟，有较多的成功经验，本次设计也选择土工膜作为防渗形式。

对于砂砾石地层，铺膜防渗形式进行以下两个方案的比选：

方案一：采用0.5mm厚塑膜，为防止塑膜破坏，塑膜上下分别设20cm风积沙垫层，上层风积沙垫层上再覆30cm沙砾料保护层。建筑工程造价1786.56万元。

方案二：采用两布一膜直接铺设，膜厚 0.3mm，单层布重 150g/m2。膜上设50cm沙砾料保护层。建筑工程造价1489.56万元。

两方案相比，方案二具有施工快速，造价较低的优势，故设计采用复合土膜进行库盘防渗。

Ⅰ区地层岩性为沙砾石层，可铺设两布一膜，膜厚0.3mm，单层布重150g/m2；Ⅱ—1区分布有不同厚度的粉土层，为降低工程造价，拟采用一布一膜，膜厚0.3mm，单层布重150g/m2，膜向下，布向上。

东坝段库盘防渗塑膜应与坝坡土工膜连接成整体，西坝段库盘防渗塑膜末端应埋入结合槽内。

5 库盘防渗后渗漏量

塑膜渗透系数小，防渗效果较好，但仍有一定的渗漏量，正常渗漏量可按《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》（SL/T231-98）中推荐的公式（2.4.1）计算。

式中，Q——正常渗透量，m3/s；

K——PE土工膜的渗透系数，m/s；

A——PE土工膜的渗透面积，m2；

H——PE土工膜上、下水位差，m；

δ——PE土工膜的厚度，m；

6 库盘防渗施工

6.1 库盘清理

库盘内芦苇、杂草采用推土机清除。捡除库盘内因清理残留的根系，并撒灭草剂。

6.2 库盘内高地、陡坎修整

库盘内地形总体较为平坦，局部有高地、陡坎，需削坡平整。应严格控制铲运机铲土的坡度，通过铲运机铲土，使高地、陡坎形成缓于1∶2.0的土坡。经验收后，方可实施库盘防渗工作。

表1 库盘防渗前渗漏量计算表

表2 库盘防渗后渗漏量计算表

图1 先锋水库库盘防渗设计图

6.3 库盘防渗施工程序

①第一个槽宽采用推土机推槽，槽底高程达到设计铺膜底高程，顺水流向，深度不小于50cm；②用平碾对基面进行平整碾压，要求碾压后基面0.5m深度范围内干密度不小于天然干密度的1.05倍，并应光滑、平整，不得有突出尖角块（砾）石；③通过联检后铺复合土工膜，幅宽4m；④避免出现土方的二次倒运，挖掘机在第一个槽边倒占法挖第二个槽，槽深不小于50cm，挖出的土直接翻到第一个槽内膜上，再由人工将土中草根及大粒径尖角块（砾）石捡除，并辅助整平。按此工序依次操作。

6.4 库盘防渗膜的铺设

库盘防渗膜铺设时应符合以下要求：

（1）施工人员一律要求穿不带钉子的软底鞋，施工人员进入膜层时，必须清除鞋底粘附的砂粒。

（2）车辆等机械不得碾压土工膜表面及其保护层。

（3）大捆塑膜铺设可采用机械，也可采用人工铺设。

（4）按规定顺序和方向分区分块进行塑膜的铺设。

（5）塑膜搭接采用焊接法，搭接面不得有污垢、砂土、积水等影响焊接质量的杂质存在，土工布可采用缝接法。

（6）土工膜铺设时，应根据当地气温变化幅度和工厂产品说明书要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量。

（7）坝体防渗土工膜的铺设，其接缝排列方向应平行最大坡度线，且应按由下而上的顺序铺设。

（8）膜层不要拉得太紧，并平贴基面，膜下空气应完全排出。检查并粘补已铺膜层的破孔。粘补膜超出破孔周边10cm～20cm。

（9）库盘防渗膜料铺设完毕后，尚需覆保护层至原地面高程。保护层总厚度为50cm，不碾压。膜上覆土的施工速度应与铺膜速度相配合，避免膜层裸露时间过长。

7 水库库盘防渗后效果

先锋水库始建于1970年，由当地农民投工投劳建设而成，主要承担策勒乡、镇的农业补充灌溉任务。受当时条件限制，工程质量较差。库盘及坝基岩性为级配良好砾，具有中等透水性，水库蓄水后渗漏量大，无法保证蓄至兴利库容。

水库于2009年10月除险加固完工后，运行至今一切正常，库区渗漏情况较加固前有所改善，能保证设计的兴利库容，发挥了对下游灌区的补充灌溉作用，缓解了灌区缺水的现状。

8 结语

对库盘类似于砂砾石地基这样强透水层的平原水库，库盘渗漏成为水库蓄水的制约因素，垂直渗漏使水库的水量损失较大，对水库的经济效益影响较大。依据工程地质情况，合理的对库盘采取防渗措施，可大大地提高水库的蓄水能力，增加水库的经济效益。陕西水利

[1]《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）[S]，2001。

[2]《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》（SL/T231-98）。