烏克塔斯水庫壩基滲水原因分析與處理

金英春

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830091)

烏克塔斯水庫壩基滲水原因分析與處理

金英春

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830091)

近兩年來，自治區(qū)為改善和提高牧民生活水平，興建了幾十余座小型水庫。由于勘察設(shè)計(jì)和施工周期短，部分水庫建設(shè)完成后，水庫初期蓄水期間，大壩后坡腳處出現(xiàn)較多的滲水現(xiàn)象，影響了水庫運(yùn)行和功能發(fā)揮。本文主要介紹新疆烏克塔斯水庫壩基滲水問題出現(xiàn)后所采用的勘察和分析方法，及如何較準(zhǔn)確地查明壩基滲漏的分布位置及規(guī)模，以期為今后類似工程的分析與處理提供參考。

壩基滲水;鉆孔壓水;滲流量;水位觀測;灌漿

1 工程概況

烏克塔斯水庫地處新疆塔城地區(qū)和布克賽爾縣境內(nèi)的烏圖闊力河出山口處，是一座山區(qū)攔河式水庫，壩址處多年平均徑流量為714.6萬m3。水庫樞紐主要由大壩、左岸放水涵洞、右岸溢洪道組成。水庫正常蓄水位達(dá)到1742.5m，總庫容265萬 m3，工程等別為Ⅳ等。

壩址區(qū)河谷呈U形，谷底寬30～50m，河床縱坡2.5%，左右岸邊坡約為24°～50°。壩址區(qū)左右岸基巖裸露，基巖巖性為泥盆統(tǒng)凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖，巖層走向與河流平行。河床表層第四系沖積砂礫石厚度為5.0m，下部為凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖的塊狀結(jié)構(gòu)，抗壓強(qiáng)度為55～60MPa，屬中硬巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚1～2m，弱風(fēng)化層厚約8～15m。

2 壩體設(shè)計(jì)與壩基開挖處理

大壩為砂礫石瀝青心墻壩，壩頂高程1744.06m，最大壩高27.68m，上游壩坡1∶2.25，下游壩坡1∶2.0;壩體砂礫石、過渡料填筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)為相對密度Dr≥0.8;瀝青心墻位于壩體中部，心墻厚度0.3m，心墻底部與混凝土基座連接，混凝土基座呈倒梯形坐落在弱風(fēng)化巖石上;混凝土基座與巖體用砂漿錨桿連接，錨桿間距1.5m;混凝土基座下部巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，其中:固結(jié)灌漿2排，灌漿孔間、排距2m，深度5m;帷幕灌漿1排，孔距2m，深度采用壓水試驗(yàn)透水率10Lu或1.5倍壩高進(jìn)行控制。

根據(jù)施工和監(jiān)理單位提供資料:壩體范圍內(nèi)的壩基開挖需按設(shè)計(jì)要求清除表層粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂層和至砂礫石層頂面。瀝青心墻混凝土基礎(chǔ)開挖要求清除砂礫石層和基巖強(qiáng)風(fēng)化層至弱風(fēng)化層頂面，對巖石建基面進(jìn)行清理后，設(shè)置砂漿錨桿，從右岸至左岸進(jìn)行澆筑厚度為1.0m的混凝土墊層，隨后在混凝土墊層下部進(jìn)行2排、孔距2.0m、深度5.0m的固結(jié)灌漿處理，并按透水率小于10Lu界線進(jìn)行1排、孔距2.0m、深度17～38m的帷幕灌漿處理。灌漿完成后共設(shè)14個檢查孔，并分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查通水率孔壓水試驗(yàn)段結(jié)果顯示均小于10Lu。

3 大壩建成后心墻下游壩后坡滲水現(xiàn)狀調(diào)查

烏克塔斯水庫于2011年6月開工建設(shè)，2011年9～10月，大壩地基固結(jié)灌漿和帷幕灌漿處理，2012年3月大壩瀝青心墻澆筑和壩體填筑基本完成后(高程1739.0m)，壩前蓄水位達(dá)到1731.80m，屆時(shí)沿壩后坡腳處連續(xù)有滲流水出露，且在河床地形最低點(diǎn)處出現(xiàn)兩處較集中的呈泉水涌流狀的出溢點(diǎn)。第①處(1號滲水點(diǎn))位于樁號0+056，距心墻軸線下游49m，出水點(diǎn)橫向分布在壩坡腳，長度為3m，順坡面滲水高度0.4m，出水最高點(diǎn)高程為 1721.99m，低于庫水位9.82m;第②處(2號滲水點(diǎn))位于樁號0+100，距心墻軸線下游55m，出水點(diǎn)橫向分布在壩坡腳，長度為5m，順坡面滲水高度0.5m，出水最高點(diǎn)高程為1720.3m，低于庫水位11.5m。

直角三角堰測得心墻下游壩后坡最大滲流量為27.09L/s(年滲漏量約85.4萬方)，約占河道平均徑流量的12%，占水庫總庫容32%，滲漏量較大，影響了水庫的正常運(yùn)行。

4 心墻下游壩體補(bǔ)充鉆孔壓水試驗(yàn)

根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為，大壩滲水有四個途徑:?庫水通過壩體瀝青混凝土心墻滲水;?庫水通過壩基與心墻接觸面滲水;?庫水通過壩基灌漿巖體滲水;?庫水繞壩或繞壩基未灌漿巖體滲水。為查明水庫大壩滲水途徑，勘察方法主要采用在壩體進(jìn)行鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)、庫水位與地下水位長觀、壩后測流、繪制地下水等流場圖、研究施工資料等手段，對心墻下游壩后坡滲水原因進(jìn)行調(diào)查。

a.在壩頂平行壩軸線布置6個鉆孔，各鉆孔孔位均設(shè)置在心墻下游邊線與混凝土基座底部下游邊線之間的混凝土蓋板上，使鉆孔更接近帷幕灌漿范圍，鉆孔距離瀝青心墻下游邊線為0.27m。通過壩基巖體鉆孔壓水試驗(yàn)(見表1)查明壩體、壩基地下水位，已灌漿壩基巖體段與下部未灌漿巖體段的透水率，以確定巖體5Lu界線。

b.在壩后坡布置3個鉆孔，分別垂直壩軸線與壩頂鉆孔組成三條橫剖面，以查明壩基、壩體地下水位，調(diào)查了解壩體不同斷面的水位線的變化。

c.通過以上調(diào)查，并結(jié)合前期勘察資料和壩體施工期已有的觀測試驗(yàn)資料，分別查明壩體、壩基水位與庫水的關(guān)系，繪制出上游庫水位與下游滲水量關(guān)系曲線及地下水等水位線流場圖和剖面圖，可分析確定現(xiàn)狀壩后坡腳的滲水原因和滲漏范圍，并提出相應(yīng)的處理建議。

表1 壩 體 各 補(bǔ) 充 鉆 孔 壓 水 試 驗(yàn) 統(tǒng) 計(jì)

由表1中可以看出:

a.JC1、JC2、JC4、JC5孔的第1試驗(yàn)段長度均為2.7～4.0m(為混凝土蓋板與基巖接觸段)，其透水率分別為13.9Lu、35.0Lu、21.6Lu、40.8Lu，各鉆孔第1段透水率均大于10Lu，且透水性較大。因此，確定大壩樁號0+000～0+260段混凝土蓋板與基巖接觸面之間存在著較大滲漏問題(見圖1)。

b.壩基巖體存在9條順河向斷層，巖體完整性較差，沿?cái)鄬悠扑閹Ш陀绊憥в屑袧B漏問題，且滲漏量較大(見圖1)。

c.壩體左右岸壩肩地下水水位高，帷幕延長線存在漏灌段的繞壩滲漏問題。

d.帷幕深度范圍內(nèi)一般灌漿效果良好，帷幕深度范圍以下巖體局部段仍存在透水率q＞10Lu的滲透巖體，因此有滲漏問題。

圖1 壩基滲漏段分布位置示意圖

5 水庫蓄水位與心墻下游壩體地下水位及壩后滲水量關(guān)系

2012年2月17日～2012年4月對壩基進(jìn)行補(bǔ)充勘察，對庫水位與心墻下游壩體河床和左右岸地下水位及壩后坡腳滲水進(jìn)行連續(xù)觀測(見表2)。由表中可以看出，壩后坡腳滲水量與庫水位成正比關(guān)系，當(dāng)庫水位升高時(shí)，壩后滲水量隨之增加，庫水位下降，壩后滲水量隨之減小。由表中觀測資料分析，2012年3月18日水庫最高水位為1732.09m，壩后最大滲水量為27.09 l/s。2012年5月12日壩軸線補(bǔ)充勘探鉆孔完成后，實(shí)測各鉆孔地下水位分別為:JC2孔地下水位1723.86m，JC3孔地下水位1722.18m，JC4孔地下水位1726.41m，JC5孔地下水位為1727.41m，表明心墻下游平行壩軸線壩體內(nèi)地下水位變化不大。由此可見，瀝青混凝土心墻下游壩體內(nèi)水位低于庫水位約4.0～9.2m，壩體心墻上、下游水位差較大，說明瀝青混凝土心墻防滲效果良好，壩后滲水主要來自于壩基。

表2 實(shí) 測 庫 水 位、壩 后 觀 測 孔 及 滲 漏 流 量

6 壩體地下水水力坡度及流向

壩體段共布置9個鉆孔水位觀測點(diǎn)，壩后坡腳有滲水出露點(diǎn)2處，共計(jì)11個水位觀測點(diǎn)，繪制地下水等水位線圖(見圖2)，從圖中可知壩體心墻下游地下水位的分布特征:

a.在垂直壩軸線方向上看，總體是靠近心墻水位高，壩后坡腳水位低，地下水流向是由左右壩肩向河床下游最低洼處徑流。從壩線中部JC3～2號滲水點(diǎn)斷面上看，地下水水力坡度為0.06～0.08之間。左壩肩心墻后JC1與2號滲水點(diǎn)之間平均水力坡度為0.1，右壩段JC5與2號滲水點(diǎn)間的水力坡度為0.06。因此，左壩段水力坡度大于右壩段，左壩段地下水滲透流量也大于右壩段。

圖2 心墻下游壩基地下水等水位線圖

b.在平行壩軸線方向上看，總體是兩壩肩水位略高于壩體中部水位;左壩肩JC2水位高于壩體JC4水位約2.6m，低于庫水位3.89m;右壩肩JC5水位高于壩體JC4水位1.75m，低于庫水位3.51m，在壩后坡1號滲水點(diǎn)出露高程高于2號滲水點(diǎn)約1.7m。以上數(shù)據(jù)表明左壩段地下水滲透流量大于右壩段地下水滲透流量。

7 壩基滲水原因分析

a.構(gòu)造復(fù)雜:工程區(qū)處于布克賽爾凹陷西北邊緣，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，壩軸線上游200m處發(fā)育平行壩線方向的F41斷裂，破碎帶寬度100～200m，壩址均處在該斷裂影響帶范圍內(nèi)，巖石破碎，壩基陡傾角小斷層和裂隙較為發(fā)育，走向與F41近正交，并順河向貫通壩基上下游，從而使庫水沿壩基和斷層帶產(chǎn)生滲水問題。

b.灌漿深度不足:在實(shí)際帷幕灌漿中，已發(fā)現(xiàn)樁號0+045～0+105段底部透水率超出設(shè)計(jì)指標(biāo)(10Lu)，在建設(shè)、監(jiān)理單位的要求下，僅對0+059～0 +105段在水平方向上進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)灌漿，帷幕灌漿孔距由原來的2m加密到1m，但在垂直方向上，帷幕體以下的透水巖體未灌漿，因此存在帷幕下部滲水問題。

c.在壩體左右岸壩肩處，未布置勘探鉆孔，左右岸帷幕灌漿延長線在庫水位與防滲界線(10Lu)之間無鉆孔控制，使左右岸帷幕防滲不明確，但根據(jù)主壩段滲漏條件對比，發(fā)現(xiàn)有庫水繞壩滲水問題。

d.設(shè)計(jì)樁號0－050～0+030及0+130～0+245段灌漿深度按0.5倍的壩高(15m)進(jìn)行控制，其余壩段按透水率q＜10Lu進(jìn)行控制。根據(jù)本次勘察:樁號0－050～0+030段已灌帷幕下部3～4m處存在 q＞10Lu的滲漏巖體未灌漿;0+130～0+245段已灌帷幕下部有10～20m左右存在q＞10Lu的滲漏巖體未灌漿，存在壩基滲水問題。

e.經(jīng)施工地質(zhì)編錄，混凝土基座建基面在心墻軸線樁號0+055(F8為界)以左為凝灰質(zhì)砂巖，巖體較完整，為BⅢ2類巖體。在心墻軸線樁號0+055(F8為界)以右屬凝灰?guī)r為主，裂隙發(fā)育，屬NNW向陡傾角斷層、裂隙控制的鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖體，巖體質(zhì)量較差，屬BⅣ1、 BⅣ2類巖體。斷層帶屬BⅤ，建基面清理時(shí)易松散，尤其是在水的作用下產(chǎn)生泥化，使混凝土基座與下部巖體膠結(jié)差，加上混凝土基座板寬度和厚度不大，在灌漿中巖體表層很容易出現(xiàn)漏漿和灌漿質(zhì)量差的情況，因此導(dǎo)致混凝土基座下接觸段巖體厚度2～4m存在滲水問題。

8 壩基補(bǔ)充灌漿處理后水位與滲水量分析

2012年5月10日～2012年11月20日，由施工單位對壩基、壩肩處的上述滲漏段按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了補(bǔ)充灌漿，同時(shí)對壩基灌漿期間水庫水位和各觀測孔壩體地下水位及壩后三角堰流量，分不同時(shí)段進(jìn)行了統(tǒng)一觀測(見表3、圖3)。

表3 壩基灌漿期間觀測孔地下水位及壩后三角堰流量統(tǒng)計(jì)

圖3 庫水位、觀測孔水位及壩后滲流量關(guān)系曲線

由表3中可以看出:水庫壩基經(jīng)補(bǔ)充灌漿后，心墻下游壩體內(nèi)的地下水位下降和壩后坡腳處的滲水量減小是明顯的，防滲效果良好。壩基補(bǔ)充灌漿前與灌漿后比較:

a.水庫蓄水位由灌漿前的1731.4m上升到灌漿后的1732.63m，庫水位升高1.23m。

b.心墻后河床段壩體地下水位由灌漿前的1726.83m下降到灌漿后的1725.61m，水位下降了1.22m。左右壩肩地下水位灌漿前與灌漿后比較分別下降了1.26～4.64m。

c.通過灌漿前、灌漿后心墻后壩體長觀資料地下水等水位線圖分析，灌漿后壩體地下水水力坡度比灌漿前減小了0.02。

d.壩后坡腳滲水量由灌漿前的27.09L/s下降到灌漿后的8.26L/s，滲水量減小了18.8L/s。

e.通過分析計(jì)算，壩體碾壓砂礫石允許水力坡降Jcr=0.2，灌漿后壩體實(shí)際地下水水力坡 J實(shí)際=0.05，心墻下游水力坡降(J實(shí)際)小于允許水力坡降(Jcr)，表明壩后不會發(fā)生管涌破壞，壩后滲水不存在滲透穩(wěn)定問題。

1 GB 50021—2001.巖土工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.

2 《工程地質(zhì)手冊》編委會．工程地質(zhì)手冊［M］.第四版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

3 王安明，楊青.新疆和布克賽爾蒙古自治縣烏克塔斯水庫工程大壩滲漏原因分析報(bào)告［R］.2010.

Analysis of W ater Seepage Reason in Ukraine Tasman Reservoir Dam Foundation and Solutions

JIN Ying-chun
(Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute，Urumqi830091，China)

Dozens of small reservoirs are established in the autonomous region in the past two years in order to improve and enhance herder living standards．Since survey and design aswell as construction cycle is short，the rear slopes of the dams have frequentwater seepage problems during the initialwater accumulation period of the reservoirs after some reservoirs are constructed，thereby affecting operation and functioning of the reservoirs．Survey and analysismethods adopted for thewater seepage problems of Xinjiang Ukraine Tasman Reservoir Dam Foundation，and the approach of accurately discovering distribution positions and scales of dam foundation leakage aremainly described in the paper，thereby providing reference for analyzing and treating similar projects in the future．

dam foundation water seepage;drilling water pressing;seepage flow capacity;water level observation;grouting

TV62+1

B

1005-4774(2013)09-0059-05