某水庫(kù)副壩壩基滲漏分析

林祥海

某水庫(kù)副壩壩基滲漏分析

林祥海

(巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

以某水庫(kù)為例，對(duì)水庫(kù)副壩壩基滲漏情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：副壩滲漏是由于壩基下存在較強(qiáng)透水層，在壓力水頭作用下產(chǎn)生滲流的結(jié)果；壩基現(xiàn)狀天然鋪蓋不是很完整、均一。當(dāng)水庫(kù)高水位時(shí)會(huì)與透水層建立水力聯(lián)系，建議壩基采用垂直防滲措施；為確保水庫(kù)安全運(yùn)行，建議在水庫(kù)周邊區(qū)域設(shè)置地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)孔。

水庫(kù)；壩基滲漏；原因分析

某水庫(kù)由主壩、副壩、泄洪洞、灌溉發(fā)電洞組成。副壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程776.0m，頂寬14.0m，壩長(zhǎng)615m，最大壩高12.0m。2006年12月，當(dāng)水庫(kù)水位763.6m時(shí)，副壩壩后減壓溝（溝底高程759.0m），積水0.3～0.4m，距減壓溝下游約500m處的耕地（地面高程754.0～756.0m）亦發(fā)生較大面積滲水溢出，局部形成沼澤化。水庫(kù)周邊村莊的地下水位普遍上升2.0～3.0m。若庫(kù)水位繼續(xù)上升到正常水位767.0m高程，則水力坡降加大，有可能危及到副壩安全。因此需分析滲漏原因及危害，以便采取必要的工程措施。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

副壩建在二級(jí)階地上，階面較平整，寬615m，地面高程一般764.0～768.0m，高出一級(jí)階地約8.0～10.0m，高出河床約10.0～12.0m，表層分布有粘性土其下為厚層砂卵石層。

1.2 地層巖性

副壩區(qū)出露和揭露的地層為元古界長(zhǎng)城系石英砂巖和第四系松散沉積層，現(xiàn)由老至新分述如下。

（1）石英砂巖（Z1C）：主要分布于左、右壩肩及壩基，巖層總體走向NW310°～330°，與壩軸線夾角25°～45°，傾向SW（水庫(kù)上游），傾角30°～50°。由于石英砂巖多為弱風(fēng)化巖石，呈中～厚層，巖體較好，可按不透水考慮。

（2）第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵石（a1+plQ3）：卵石粒徑5.0～10.0cm，最大可達(dá)50.0cm，卵石約占50%，中粗砂約占30%。卵礫石成分以石英砂巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖為主，磨圓較好。在副壩壩基下分布穩(wěn)定，厚度一般10.0～16.0m，最厚處可達(dá)28.0m以上。

（3）第四系全新統(tǒng)沖洪積壤土夾粘土層及砂卵石層（al+plQ4）、第四系全新統(tǒng)坡殘積壤土、紅色粘土夾碎石（dl+elQ4）：分布于副壩兩壩肩靠山坡處，厚度1.0～3.0m局部為5.0m。

1.3 水文地質(zhì)條件

副壩區(qū)地下水可分為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水兩類(lèi)。

（1）基巖裂隙水。分布于巖體裂隙中，以大氣降水為補(bǔ)給，以下降泉形式溢出補(bǔ)給河床而排淺，水量隨季節(jié)變化。

（2）孔隙潛水。分布于副壩壩基下砂卵石層中及其一級(jí)階地，在副壩探井做簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)，滲透系數(shù)k值為4.93×10-3cm/s～1.29×10-2cm/s。

2 壩前天然鋪蓋分析

2.1 分布特征

副壩天然鋪蓋主要是利用二級(jí)階地表層分布的壤土及粉質(zhì)粘土。其厚度1.0～3.0m，局部為0.5m或者4.0m，分布不均，在階面陡坎或者溝谷處砂卵石裸露于地表。土層分布厚度總趨勢(shì)是從壩腳向庫(kù)區(qū)逐漸變薄，沿壩線軸線方向土層兩側(cè)較厚，中部區(qū)普遍較薄，約2.0m左右。土層厚度與地形變化趨勢(shì)基本相似，地形相對(duì)較高的區(qū)域土層厚度相應(yīng)較厚，反之則薄。

2.2 室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)

在副壩天然鋪蓋范圍內(nèi)選取有代表性的地段挖探坑6個(gè)，進(jìn)行室內(nèi)土工物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。經(jīng)顆分試驗(yàn)，壩前天然鋪蓋土大部分定名為壤土和粉質(zhì)粘土，干密度最小值為1.52g/cm3，最大值1.80g/cm3，大部分土體大于1.60g/cm3。土樣的孔隙比大部分大于0.66，土體密實(shí)性較好，壤土和粉質(zhì)粘土飽和快剪內(nèi)摩擦角φ平均值為23.1°、17.6°，粘聚力C平均值為23.8kPa、31.6kPa。天然鋪蓋土粘粒含量最小為22.4%，最大為36.4%，塑性指數(shù)最低值10.2，最大值16.4；土體滲透系數(shù)k最小值7.0×10-7cm/s，最大值1.6×10-3cm/s。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：鋪蓋土體粘粒含量、塑性指數(shù)符合規(guī)范要求。土樣滲透系數(shù)大部分接近1× 10-5cm/s，從滲透系數(shù)分析，土體作為防滲介質(zhì)基本滿足規(guī)范要求，但有一個(gè)土樣為1.6×10-3cm/s，說(shuō)明鋪蓋土層局部具中等透水性，存在薄弱部位。

3 副壩壩基透水性分析

副壩壩基砂卵石層粒徑一般為5.0～10.0cm，最大者50cm，卵石成分以石英砂巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主。滾圓度較好，含量約占50%，砂為中粗砂（含少數(shù)量粘泥）約占30%，分布厚度一般為10.0～16.0cm，最厚處28.0cm，其特征是由壩軸線左岸向右岸，厚度逐漸增大，分布長(zhǎng)度約600m。從壩前坡腳向庫(kù)內(nèi)延伸厚度變化不大，但靠左岸卵石層厚度有漸薄現(xiàn)象。

卵石層滲透系數(shù)是以簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)求得的，K的最大值為1.29×10-2cm/s。簡(jiǎn)易試驗(yàn)測(cè)得的卵石層滲透系數(shù)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比有一定偏小，但仍屬于強(qiáng)透水性范疇。

4 副壩壩基滲漏原因分析

副壩地基建在二級(jí)階地，地基下部砂卵石厚度10.0～24.0m，基巖面高程740.0～751.6m，分布廣泛，層位穩(wěn)定?，F(xiàn)代河床砂卵石層，厚3.0～5.0m，最厚處為7.0m。卵石含量為60%～80%，粒徑3.0～20.0cm，最大約50.0cm，磨圓較好?；鶐r面高程741.0～750.0m；一級(jí)階地高程在752.0～758.0m，表層為厚1～2m灰褐色含粘粒的粉砂土，下部為砂卵石層。

通過(guò)對(duì)河床二級(jí)階地卵石層成分，基巖面高程以及卵石層無(wú)相對(duì)阻水的粘性土夾層或透鏡體的特征分析，可將各地貌單元的卵石層近視為同一含水層。在建壩前它們之間有水力聯(lián)系，建壩后隨著庫(kù)水位的上升相應(yīng)地下水位有所抬升，只是壅高的程度上未達(dá)可溢出減壓溝（759.0m）高程。水庫(kù)蓄水位升高，當(dāng)達(dá)到763.6m高程時(shí)，地下水壅高超過(guò)759.0m高程，必然在副壩減壓溝及溝下游高程低,759.0m的耕地處溢出滲水，形成局部沼澤地。因而，副壩壩基滲漏系較強(qiáng)透水性的卵石層地下水直接向下游排泄造成的。

壩前天然鋪蓋一般厚1.0～3.0m，少數(shù)范圍為4.0m，對(duì)局部厚0.5m或陡坎、溝谷卵石裸露等薄弱處均已做了鋪蓋加強(qiáng)處理，鋪蓋長(zhǎng)度約200.0m，若按照壩前約4.0～5.0m水頭不致發(fā)生嚴(yán)重滲透，再者發(fā)生滲漏時(shí)對(duì)應(yīng)庫(kù)水位為763.6m高程，而副壩地面高程在764.0m以上，庫(kù)水位僅接近天然鋪蓋前緣，因而不會(huì)是鋪蓋失效引發(fā)滲漏。

5 副壩壩基滲漏危害分析

（1）若庫(kù)水位控制在763.6m，壩基砂卵石層在一定水壓下促使地下水流速加大，若長(zhǎng)期滲水可能造成卵石層中孔隙骨架的擴(kuò)大細(xì)粒徑顆粒被帶走，形成局部集中滲漏。

（2）若庫(kù)水位繼續(xù)上升到正常水位767.0m，則加大水力坡降，有可能促使壩體土與卵石層接觸面產(chǎn)生接觸沖刷變形而危及到副壩安全。

（3）庫(kù)區(qū)北側(cè)開(kāi)闊地帶為二級(jí)階地分布區(qū)，地面高程768.0～772.0m以東地形低洼，形成單薄分水嶺（正常蓄水767.0m）。二級(jí)階地表層有5.0～7.0m壤土，其下為大于10.0m厚的砂卵石層。庫(kù)水位抬高可能通過(guò)卵石層引起兩種情況發(fā)生：①使該處地下水位壅高，對(duì)周邊耕地產(chǎn)生浸沒(méi)；②庫(kù)水可能通過(guò)分水嶺向庫(kù)外滲漏，引起下游耕地浸沒(méi)、沼澤化等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生。今后應(yīng)布設(shè)觀測(cè)設(shè)施，加強(qiáng)地下水位的長(zhǎng)期觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)成果視情況確定下步處理措施。

6 結(jié) 語(yǔ)

（1）副壩滲漏是壩基下廣泛分布厚度較大層位穩(wěn)定的卵石層，向上游延伸與一級(jí)階地卵石層及現(xiàn)代河床卵石層相互串通伸向副壩下游的較強(qiáng)透水層，在壓力水頭作用下產(chǎn)生滲流的結(jié)果。

（2）現(xiàn)狀天然鋪蓋也沒(méi)有很完整、均一，特別是局部的鋪蓋較深和前沿卵石層出露的地方，當(dāng)高水頭或者水庫(kù)高水位時(shí)都會(huì)與透水層建立水力聯(lián)系，為了解決副壩滲漏問(wèn)題，還是采用垂直防滲措施為好。

（3）為確保水庫(kù)安全運(yùn)行，建議在水庫(kù)周邊區(qū)域設(shè)置地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)孔，調(diào)查水庫(kù)周邊村莊地下水位。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.021

TV697.3+2

A

1008-1305（2014）03-0058-02

林祥海(1978年-)，男，工程師。