某水庫壩區(qū)滲漏原因分析

高玉生 高立業(yè) 喬東玉

水庫滲漏是指水庫蓄水后，庫水沿巖土體中的孔隙、裂隙、斷層、溶洞等向水庫下游及庫岸分水嶺外的低矮溝谷產生滲漏的現象。根據水庫滲漏產生部位的不同，分為壩區(qū)滲漏和庫區(qū)滲漏。

水庫滲漏降低了水庫工程效益，可能影響水庫運行安全，還可能引起一些次生地質災害，如局部地段浸沒、邊坡變形失穩(wěn)等。水庫滲漏是常見的工程地質問題，其原因是復雜多樣的，給工程勘察分析帶來挑戰(zhàn)。

1 工程概況

某水庫工程位于侵蝕切割中山區(qū)，地面高程1 240～1 350 m。庫壩區(qū)出露的地層有太古界鉀長片麻巖，長石石英巖，新生界新近系砂礫巖、砂巖、泥巖及第四系殘積、坡積、沖積、沖洪積物。

庫區(qū)構造活動以燕山期南北向水平擠壓為主，形成近東西向的壓性結構面。壩址鉀長片麻巖片麻理產狀以 NE50°～80°NW∠30°～55°為主，局部為NW275°～280°NE∠28°～33°。巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有 4 組：第 1 組 NW305°～355°NE∠65°～83°，第2 組 NW275°～340°SW∠62°～83°，第 3 組 NE10°～30°NW∠82°～84°，第 4 組 NE50°～70°SE∠35°～82°，以第1 組最為發(fā)育。新近系砂礫巖、砂巖、泥巖地層多平緩，產狀以 NE3°～36°SE∠6°～16°為主，局部呈NW300°～310°NE∠6°～10°。壩基第四系松散堆積物有低液限粉土、淤泥質高液限黏土、含細粒土砂、粉土質砂、含細粒土礫等，厚9.8～18.2m。

工程區(qū)地下水有第四系松散層孔隙潛水和基巖孔隙裂隙潛水。地表水的水化學類型為HCO3—Na·Ca·Mg 及 HCO3—Ca·Mg 型，地下水的水化學類型為 HCO3—Na·Mg 及 HCO3—Na·Mg·Ca 型。

大壩為黏土心墻砂礫石壩，心墻頂高程1 257.12 m，頂寬5 m，心墻邊坡1∶0.2。壩基多為砂類土，厚9.8～18.2 m，表部淤泥質黏土采用砂礫石置換處理。壩基防滲采用混凝土連續(xù)墻，厚0.6 m，防滲墻頂做成光滑的楔形插入上部黏土心墻2.0 m，墻底嵌入下部基巖1 m。在墻體內預埋帷幕灌漿管，對下部基巖進行帷幕灌漿，帷幕設置1排，孔距2.0 m，孔深10.90～35.22 m，孔底至巖體透水率小于10 Lu。

隨著大壩填筑至壩頂，水庫開始少量攔蓄河水，發(fā)現壩后排水棱體底部有多處滲水點，尤其是下游排水溝上游側及排水溝溝底滲水明顯，沿排水溝匯集成明流。

查明滲漏水原因，有針對性進行工程措施加固，最大程度發(fā)揮工程效益顯得尤為重要。

2 大壩防滲體檢測

2.1 黏土心墻檢測

2.1.1 檢測試驗

沿壩軸線布置8 個勘探鉆孔（S1—S8），并在孔內取原狀土樣70 組、擾動土樣12 組，進行室內物理力學試驗。試驗成果見表1。

表1 黏土心墻試驗成果表

根據表中試驗數據，黏土心墻屬中等壓縮性；50 組滲透試驗中，6 組屬中等透水性，16 組屬弱透水性，28 組屬微透水性。

2.1.2 質量評價

通過對心墻取樣測試，其滲透性大部分屬弱—微透水性，50 組試驗僅有17 組試驗成果滿足設計防滲要求，而31 組試驗樣品試驗成果超過規(guī)范1×10-5cm/s 的要求，占試驗總數的62%。

從鉆孔取樣和豎井開挖情況觀察，大壩心墻黏土滲透性存在不均一性；從顆粒組成分析，粉粒含量局部較高，為31.4%～71.2%，個別地段有低液限粉土分布（S6 孔處），黏粒含量僅為2.50%～4.30%，遠低于規(guī)范要求，不滿足防滲標準。

2.2 混凝土防滲墻檢測

2.2.1 檢測試驗

混凝土防滲墻厚60 cm，混凝土為C15W16F100，隨壩基覆蓋層厚度大小其深度有所變化，為8.1～18.2 m。在勘探鉆孔中采取混凝土試樣44 塊，進行室內物理力學試驗。

試驗成果見表2。

表2 混凝土防滲墻試驗成果

在混凝土防滲墻中進行了13 段壓水試驗，見表3。

表3 混凝土防滲墻壓水試驗成果

混凝土透水率0.6～50 Lu，平均13 Lu，屬微-中等透水性。其中有6 段屬中等透水性，透水率較大的多位于防滲墻的底部，尤其是混凝土防滲墻與基巖接觸部位透水率較大，如S2 孔30.0～32.0 m為 50 Lu、 S5 孔 30.0～36.0 m 為 44 Lu、 S7 孔 20.4～26.0 m 為18 Lu，其上部各段透水率均小于12 Lu，大部分呈弱透水或微透水性。

鉆孔在檢測過程中，個別部位進尺較快。S2、S3 孔在鉆進過程中局部地段返水帶出砂子較多，這與上述鉆進中進尺較快相吻合，說明防滲墻存在不連續(xù)問題。

2.2.2 質量評價

從混凝土防滲墻檢測過程及檢測成果看，所取出的混凝土巖芯多較完整，膠結較好，30 組飽和單軸抗壓強度12.7～30.40 MPa，平均18.55 MPa。其中有6 組小于15 MPa，24 組大于15 MPa，大部分滿足設計要求。

混凝土防滲墻局部存在缺陷，如S2 孔19.76～19.80、 28.77～29.19、 30.50～30.75 m； S3 孔 20.05～20.16、 34.70～35.10、 36.10～37.10 m； S5 孔 24.60～24.90、 27.52～27.74、 28.81～29.12、 29.23～29.85 m；S6 孔 18.47～18.73、21.40～21.67、22.60～22.77 m；S7孔16.25～16.36、20.20～20.30 m，主要是底部與基巖接觸部位多有砂層，墻體中部局部存在缺陷，由此判斷混凝土防滲墻存在的質量缺陷，是造成大壩產生滲漏的主要原因。

2.3 防滲帷幕檢測

2.3.1 檢測試驗

在勘探鉆孔基巖段進行了42 段壓水試驗，在壩軸線 S1～S8 孔有 35 段次。巖體透水率 1.5～33 Lu，平均8.3 Lu，屬弱-中等透水性，試驗成果詳見表4。

由表4 可見，中等透水巖體在S3 孔、S5 孔中上部有分布外（其透水率為10～15 Lu），S4 孔、S5孔和S7 孔均分布在鉆孔的下部兩段，透水率為11～33 Lu，說明上部10～15 m 巖體經過帷幕灌漿，巖體的透水率有所減小。

勘察中在 S8 孔 28.80～29.00 m 段見到水泥結石，說明壩基上部巖體經過帷幕灌漿，降低了巖體的透水性。

鉆孔錄像顯示，巖體中主要有裂隙發(fā)育，局部有節(jié)理裂隙密集帶，巖體較為破碎，斷層等構造破碎帶不發(fā)育?？變葞r體上部因風化影響，節(jié)理裂隙相對較發(fā)育，下部巖體多較新鮮，巖體較完整。

表4 壓水試驗成果

2.3.2 質量評價

從鉆孔壓水試驗成果看，壩基巖體透水率1.5～33 Lu，屬弱-中等透水性，巖體以弱透水為主，局部試段透水率較大，其中在S4 孔、S5 孔和S7 三孔的底部巖體透水率偏大，部分超過帷幕灌漿的深度。

壩基巖體存在一定的滲漏問題，未發(fā)現明顯的集中滲漏通道，其滲漏量是有限的。

2.4 左右岸繞壩滲漏

檢測中分別在左右岸布置繞壩滲漏檢測孔，進行壓水試驗。

兩岸巖體透水率為1.5～6.8 Lu，均小于10 Lu，屬弱透水性，滿足的設計防滲標準。說明左右岸繞壩滲漏問題較小。

3 壩基滲漏觀測

通過對大壩周邊滲水情況進行調查，壩后排水棱體坡腳有明顯滲水點25 處，滲水量比較大的有4處；排水溝底板附近有明顯滲水點19 處；另外，大壩下游分布有5 個滲水坑，于地表均形成明流沿河谷向下游排泄。

根據滲水點位置，現場布設三角堰及矩形堰進行流量觀測，41 d 監(jiān)測結果，壩后地表滲流量47.21～64.70 L/s，平均 55.08 L/s。

在地面以下還存在地下潛流。根據勘探資料，地面以下透水層厚8.1～18.2 m，根據巖土體滲透試驗成果選取滲透系數k＝3×10–4m/s，由壩后水位的水頭差計算地下滲透坡降為0.010 7，再根據地質剖面確定地下滲透面積，進而估算地下潛流為19.56 L/s。由此分析大壩總滲漏量為66.77～84.26 L/s。

勘察期間庫水位1 246.43～1 246.79 m，水位變化幅度不大，大壩上下游水頭差9.43～9.79 m。根據現狀滲漏量，由地質資料估算正常蓄水位1 255.5 m 時壩基總滲漏量為241.28 L/s，占河流多年平均徑流量的12.44%。

現場用胭脂紅示劑進行示蹤試驗，經過1 h 20 min，庫水通過壩基防滲體系滲漏到大壩下游，2 h 5 min示蹤現象消失，驗證了壩基滲漏問題。

4 壩基滲漏問題綜合分析評價

壩后滲水點主要分布在下游排水溝和滲水坑，滲水坑距壩軸線60～345 m，距壩軸線越遠的滲水坑流量越小。說明壩后滲水分布在壩下游一定范圍內，符合滲流隨滲徑延長而減小的規(guī)律。

從壩后滲水點分布位置看，滲水點多分布在河床的主河道附近，距主河道越遠靠近兩岸，透水層厚度減小，滲水點也越少。另一方面，主河道附近地勢最低，滲水點多在地勢低處出溢，滲漏水流向地勢低洼地帶匯流，距壩越遠匯集的水坑越多，地表徑流量越大。

壩后地面觀測到的滲流均屬地表明流，在地面以下含水層中存在一定量的潛流?？辈旃ぷ髦?，僅能對出溢到地表的明流用三角堰等進行流量監(jiān)測，而對地下潛流則無法直接觀測，需要通過觀測下游一定范圍內水位差計算出滲透坡降，再通過地質勘察資料確定含水層厚度、面積、巖土體的滲透系數，計算出地下潛流的大小。

本工程滲水點較為明顯，滲漏量較大，已引起各方重視。通過對水庫壩區(qū)滲漏原因檢測與分析，工程于2015 年即開展了滲漏處理工作，處理后大壩下游滲漏量明顯減少。

5 結 語

水庫滲漏是常見的工程地質問題，其原因是復雜多樣的。水庫滲漏降低了水庫效益，降低巖土體強度，對于當地材料壩，滲漏可能引起巖土體發(fā)生滲透變形，甚至危及大壩運行安全，需要高度重視。對水庫壩區(qū)滲漏原因勘察分析，重點要對工程防滲體進行檢查和分析，分析工程防滲體的布置是否合理、調查防滲體的質量，分析和計算各部位滲漏量的大小及對工程的影響程度，對滲漏量較大的部位進行技術評估，分析其危害程度，并提出工程處理措施及建議。