半截河水庫滲流分析及措施淺析

任思飛

(北大荒建設(shè)集團有限公司直屬三公司，哈爾濱 150000)

1 工程概況

半截河水庫位于穆棱河南岸一級支流半截河上，是以灌溉、防洪為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用功能的中型山丘區(qū)水庫。壩址地理坐標為E131°34′，N45°12′，壩址以上集水面積為106km2，包括開崗引水引入的楊木林溝流域面積為29.40km2。水庫距雞東縣向陽鎮(zhèn)6km，行政上隸屬雞東縣水務(wù)局管轄。

半截河水庫是一座以灌溉、防洪為主，結(jié)合養(yǎng)魚的多年調(diào)節(jié)的中型水庫。

水庫樞紐工程包括土壩、溢洪道、輸水洞(由取水塔、隧洞組成)、開崗引水工程。

2 土壩滲流分析及滲透穩(wěn)定措施

2.1 現(xiàn)狀分析

通過對現(xiàn)場觀察、查閱原有設(shè)計資料、查閱水庫運行期間的管理質(zhì)量記錄，庫水位高時下游壩體出現(xiàn)多處出逸點，壩腳局部出現(xiàn)散浸、流土現(xiàn)象。尤其在老河道處(0+350斷面附近)，壩后有類似泉眼出露，該處水位隨庫水位升降，當庫水位達到174.00m以上時，此逸出點大量冒水。由于常年滲水，冬季壩后形成一片冰湖。

經(jīng)過初步設(shè)計工程地質(zhì)勘查，對原老河道附近的0+350斷面布置了地質(zhì)橫剖面勘探，考慮現(xiàn)有水庫在壩前布孔易造成對壩體的破壞，因此在同一斷面內(nèi)只在壩頂及壩下游布設(shè)三個鉆孔，分別鉆至壩基透水層和基巖層，分析壩下滲漏原因。

為進一步查清壩后老河道漏水點出水原因，在現(xiàn)場做探坑檢測。即在常年滲水處用鉤機挖一探坑，坑的尺寸是順壩長4m，寬1.5m，深6m。揭露的巖性與鉆孔巖性吻合，在挖掘過程中，在坑壁西側(cè)2.2m處向外漏水，水流急；于坑底處(不同深度)，以水柱形式向上涌水，最大水柱高為0.4m。

分析原因，初步認為有兩個水源：

1)壩基滲漏

因當時考慮壩基低液限黏土層較厚，所以壩基上游防滲僅利用了天然黏土層，未做工程防滲措施，下游壩體及壩基亦未做排滲減壓工程。因工程地質(zhì)勘察局部的不確定性，有可能個別壩段天然鋪蓋不連續(xù)，形成滲流短路。黏土層下部為強透水的級配良好的細礫，其滲透系數(shù)為K=2.22×10-2-4.41×10-2cm/s。另據(jù)資料記載，當年土壩清基時，將老河道附近黏土層挖穿，出露砂礫層，使壩基形成滲漏通道[1]。

2)壩肩繞滲

0+140-0+250間為右壩肩段，由于壩右端巖體裂隙發(fā)育，走向S40°-60°W，傾向NW(下游)，庫水及山坡水形成繞壩滲漏，并沿下游低洼處滲出。

2.2 壩基滲流計算

根據(jù)初設(shè)工程地質(zhì)勘探結(jié)論，計算各種水位條件下游壩基表面的出逸比降，壩基滲透流量，判定是否滿足滲透穩(wěn)定要求。

從壩軸線地質(zhì)剖面圖及土壩橫斷面地質(zhì)剖面圖中得知，表層土為高低液限粉土弱透水層，厚度為4.1-6.0m，其滲透系數(shù)為1.19×10-6-6.19×10-6cm/s，下部為透水性較強的級配良好的細礫，其滲透系數(shù)為K=2.22×10-2-4.41×10-2cm/s。，且兩層滲透系數(shù)相差較大，比值大于100，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定應(yīng)采用雙層地基滲流計算法，上游鋪蓋按有限長等厚天然鋪蓋計算。分別對不同的壩基黏土層厚度進行抗浮穩(wěn)定性復(fù)核。

土壩樁號0+250-0+350段，為老河道段，根據(jù)觀測資料記載，該段在春汛大水時，曾出現(xiàn)壩下滲漏，當時壩后作的填土蓋重處理，處理范圍100m，厚度約1.5m。地質(zhì)剖面中該范圍給出的壩基黏土層厚度4.1-4.5m即已考慮原蓋重厚度。土壩樁號0+350-0+550段，為原河灘地段，壩基黏土層厚度4.1-4.9m在土壩樁號0+250-0+500范圍內(nèi)，采用0+300斷面作為計算代表性斷面。

其余壩段為一般壩段，計算采用代表性斷面0+600，壩基黏土層厚度取6.2m。

滲流計算公式為：

(1)

式中：A為越流系數(shù)；Le為臨水側(cè)有效長度，m；h為弱透水層底板承壓水頭，m；H為壩前水深，m；k0強透水壩基滲透系數(shù)，m/s;k1為弱透水壩基滲透系數(shù)，m/s;T0為強透水壩基層厚度，m;T1為弱透水壩基層厚度，m。

當下游滲透出逸比降符合下式時，應(yīng)設(shè)置排水蓋重層或排水減壓井。

Jc-x>(Gs-1)(1-n1)/K
Jc-x=h/T1

(2)

式中：Jα-x為表層土在壩下游坡腳點c至c以下范圍x點的滲透比降；Gs為表層土的土粒比重，取2.73；n1為表層土的孔隙率，取0.46；K為安全系數(shù)，對粉質(zhì)黏土取1.5；γ為排水蓋重層的容重，水上用濕容重，水下用浮容重；γw為水的容重。

經(jīng)計算，允許出逸比降[J]=(Gs-1)(1-n1)/K=0.622。

滲流計算結(jié)果見表1。

表1 滲流計算成果表

通過計算可以看出，壩后覆蓋層在4.2m以內(nèi)段，滲流出逸比降大于允許出逸比降值。因此在0+250-0+500范圍內(nèi)，壩基滲流不滿足穩(wěn)定要求，需采取防滲減壓措施。

2.3 采取的滲透穩(wěn)定措施

1)壩基滲透穩(wěn)定措施

通過壩基滲透計算可以看出，壩后覆蓋層在0+250-0+500范圍內(nèi)，壩基滲流不滿足穩(wěn)定要求，需采取防滲減壓措施。

在初設(shè)地質(zhì)成果壩址區(qū)橫斷面圖中雖未見到壩基明顯的砂層揭露，但根據(jù)壩后溢出點現(xiàn)狀并經(jīng)進一步探坑檢查，該段壩基有多處出逸點，并伴有明顯的集中滲流。為解決壩基滲流及壩肩繞滲，采用在滲漏嚴重區(qū)壩基透水層做垂直防滲。

壩基垂直防滲的具體位置設(shè)在0+140-0+500段，其中0+140-0+250間為壩肩繞滲段，總計360m。保證右壩肩繞滲和老河道附近壩基滲流的穩(wěn)定。

針對水庫壩基地層情況，在垂直防滲措施上采用高壓定噴防滲板墻方案。

高壓定噴防滲板墻方案適應(yīng)的地層較為廣泛，幾乎所有第四系地層；基礎(chǔ)處理深度大，其最深可達80多m；對施工場地要求亦不高；該工程狀況完全適用。并且投資亦不多即能解決基礎(chǔ)滲漏問題。

選定高壓定噴防滲板墻方案作為壩基防滲措施。防滲墻頂高程深入壩體內(nèi)1.5m，底高程嵌入基巖內(nèi)0.5m。采用定噴折接，孔距2m[2]。

目前水庫防滲措施已經(jīng)施工完，水庫運行良好。