庫爾班·依明

古河槽防滲處理中存在的問題及后期處理措施

庫爾班·依明

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳規(guī)劃設(shè)計管理局 新疆烏魯木齊 830000）

新疆某水庫左岸分布三條古河槽，前期設(shè)計階段對其進(jìn)行滲流分析計算，最終根據(jù)其結(jié)論進(jìn)行了工程建設(shè)。后期水庫下閘蓄水后，三條古河槽出口扇面均出現(xiàn)了較大的滲流量，對大壩安全構(gòu)成危險，對古河槽的防滲處理影響了工期和效益，措施費占批準(zhǔn)投資的25%。由此得出，推薦壩址存在古河槽時，不能完全依據(jù)計算成果確定古河槽防滲處理方案，要加大古河槽的地質(zhì)勘探工作量，完全查明古河槽的邊界條件及覆蓋層組成。為類似工程的設(shè)計、建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗。

古河槽 滲漏通道 防滲處理 Ⅴ級階地

1 工程概況

某水庫工程為Ⅱ等，屬大（2）型工程，主要建筑物包括主壩、副壩、泄水建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房組成。壩址左岸Ⅴ級階地以下分布有三條古河槽，由下游至上游分別為1#、2#和3#，1#古河槽進(jìn)口在大壩左岸趾板線上游80m處,從左壩肩西側(cè)約200m處通過，古河槽長780m、寬約180m，基巖頂板高程比正常高水位低約70～62m；2#古河槽位于1#古河槽左側(cè)，進(jìn)口距壩址上游約700m處,從左壩肩西側(cè)約500m處通過，長約1820m，基巖頂板高程低于正常高水位約57～46m； 3#古河槽位于2#古河槽左側(cè)，進(jìn)口在壩址上游1.5km處,進(jìn)口寬約250m,從左壩肩西側(cè)約680m處通過,長度大于2.5km。根據(jù)鉆孔、坑槽探和物探資料，三條古河槽的堆積物基本相同,依次為表層的風(fēng)積黃土層、砂卵礫石層和黑云母花崗巖，風(fēng)積黃土層分布在古河槽頂部，厚度2.5～9m,滲透系數(shù)4.2× 10-4cm/s；砂礫石層分布在古河槽中部，厚度較厚，整體結(jié)構(gòu)較密實，局部夾有1～2m厚的級配較差的砂礫石層，前期設(shè)計階段滲透系數(shù)5.33×10-3cm/s，屬中等透水，據(jù)后期補充地質(zhì)勘探成果，滲透系數(shù)1.4×10-2～2.4×10-1cm/s，屬強透水層；黑云母花崗巖分布在古河槽最下部，強風(fēng)化帶厚度3～4m。

2 前期設(shè)計對古河槽的滲流計算分析

該工程在前期設(shè)計階段，對主壩左岸的古河槽擬定7個不同方案進(jìn)行了三維有限元滲流分析計算，并對2#、3#古河槽進(jìn)行了最大滲透坡降及其出口滲透坡降分析計算。

2.1擬定方案及計算結(jié)果16

方案一：假定對1#古河槽進(jìn)口表層黃土被全部挖除，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案二：1#、2#、3#古河槽表層均為天然黃土，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案三：僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)粘土鋪蓋，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案四：僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案五：僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強濕限性；方案六：僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強濕限性且砂礫石滲透系數(shù)擴(kuò)大5倍；方案七：僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強濕限性且砂礫石滲透系數(shù)擴(kuò)大10倍。計算結(jié)果見表1、表2。

表1 古河槽穩(wěn)定滲流分析滲透流量計算成果表

表2 2#、3#古河槽最大滲透坡降及其出口滲透坡降

2.2計算結(jié)論

計算表明，在正常蓄水工況下,方案F7左岸砂卵礫石層的最大滲透坡降較方案FI至方案F6均略有減小,最大滲透坡降出現(xiàn)在發(fā)電廠房下游約200m附近,不會對廠房的穩(wěn)定性造成影響。但方案FI和F2的古河槽砂礫石層的最大滲透坡降為0.1403和0.1310,大于其允許滲透坡降0.l2,滲透穩(wěn)定性不滿足要求，其他五種方案古河槽砂卵礫石層的滲透坡降均小于其允許滲透比降,滿足滲透穩(wěn)定的要求。

2#、3#古河槽最大滲透坡降出現(xiàn)在進(jìn)口，1#古河槽進(jìn)口不同處理方式對2#、3#古河槽黃土層最大滲透坡降以及出口滲透坡降有所影響；3#古河槽滲徑較長,其出口滲透坡降小于2#滲透坡降；在正常蓄水工況下,2#、3#古河槽最大滲透坡降分別為0.894(方案F7),出口滲透坡降分別為0.0766和0.0609 (方案Fl),均小于其相應(yīng)土體的允許滲透坡降,滿足古河槽滲透穩(wěn)定的要求。僅采用天然表層黃土進(jìn)行防滲的方案,不能滿足古河槽砂卵礫石層滲透穩(wěn)定的要求,需要增設(shè)粘土鋪蓋或混凝土面板。根據(jù)本工程的實際情況,建議采用方案F5,此時,1#古河槽砂卵礫石層的最大滲透坡降為0.1012,河槽出口的最大滲透坡降分別為0.0389和0.0321,三條古河槽總滲透流量為670萬m3/年,可以滿足要求。

最終設(shè)計推薦僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，厚20～40cm，考慮壩基黃土強濕限性。對2#、3#古河槽不進(jìn)行處理。

3 水庫下閘蓄水后下游滲水問題分析

后期工程下閘蓄水到1904m(正常高水位1930m)時發(fā)現(xiàn)，1#古河槽出口扇面范圍內(nèi)共有20處出水點，隨著壩前水位的增高，滲漏量逐步加大，2#、3#古河槽出口也出現(xiàn)了20多處出水點。從滲水表觀現(xiàn)象可以看出,各滲水群雖距古河槽進(jìn)口較遠(yuǎn),最近也在1km左右,但滲水具有滲水時間短、出水范圍廣、滲漏量大等特點。

3.1古河槽滲水監(jiān)測

針對本工程下閘蓄水后左岸古河槽出現(xiàn)的滲水問題,為了詳細(xì)了解滲水情況、查明滲水原因及滲漏通道,水庫放空后一段時間進(jìn)行了監(jiān)測。

(1)從滲水時間與滲流量關(guān)系可以得出,古河槽滲水隨著時間的推移,滲水流量趨于逐步增大的趨勢, 最大時滲流量達(dá)到4.5m3/s,水庫放水后一段時間總滲流量在4～4.4 m3/s之間波動,水庫放空后總滲流量降至0.23 m3/s。

(2)從庫水位與滲流量關(guān)系可以得出,庫水位與滲流量成正比關(guān)系,庫水位越高，滲漏量越大,庫水位在1914左右時,滲流量保持在4m3/s以上。

(3)從古河槽出口各部位滲水量的監(jiān)測成果可以看出,1#古河槽出口滲水量最大,達(dá)到2.4m3/s左右,占古河槽總滲流量的55%左右。

(4)從各古河槽地下水水位與庫水位的關(guān)系可以看出,兩值成正比關(guān)系,1#古河槽進(jìn)口及2#古河槽進(jìn)口地下水位較高,說明古河槽進(jìn)口滲流量較大,1#古河槽雖進(jìn)行了防滲處理,但2#古河槽滲水后地下水位較高,加之兩個古河槽之間山梁較低,2#古河槽勢必對1#古河槽有水量補給。

(5)從1#古河槽進(jìn)口至出口水位觀測成果及地下水出逸高程可知,古河槽出逸坡降均小于古河槽砂卵礫石層的允許滲透坡降0.12，可以滿足滲透穩(wěn)定的要求。

(6)從水庫放水過程中水位觀測孔的水位變化可以看出,隨著庫水位的降低,古河槽內(nèi)地下水也隨之降低,初期降幅較大,后期降幅較小。隨著放水時間的延長，可以判定進(jìn)口滲水發(fā)生倒流。

(7)水庫放空后相當(dāng)長的一段時間,古河槽水位均較高,出口局部較低部位滲水還在繼續(xù),說明古河槽地下水位高且儲水量大。

3.2古河槽滲水原因及滲漏通道分析

為了查明古河槽滲水原因及主要滲漏通道,在對古河槽監(jiān)測成果進(jìn)行了研究分析的基礎(chǔ)上。并對1#、2#、3#古河槽進(jìn)口、槽身及出口,結(jié)合處理方案布置了一定地勘工作，同時結(jié)合水庫放空前后各滲水點位的表觀現(xiàn)象進(jìn)行滲漏通道分析研究。

3.2.1 古河槽滲水原因分析

（1）從查明的古河槽地質(zhì)成果分析，雖三個古河槽進(jìn)口至出口滲徑較長，但古河槽砂礫石覆蓋層的顆粒級配不均勻性是古河槽滲水的原因之一。

（2）結(jié)合1#、2#古河槽進(jìn)口防滲墻施工先導(dǎo)孔的地質(zhì)剖面資料可以看出，古河槽基巖埋深較大，特別是2#古河槽覆蓋層最深已達(dá)90m以上，近百米的作用水頭是未經(jīng)防滲處理的2#古河槽滲水的原因之一。

（3）從三個古河槽的鉆孔及觀測孔基巖面高程成果可知，三個古河槽在槽身中部以下基本貫通，這也是滲水產(chǎn)生的時間短、滲水量大、范圍廣的原因之一。

（4）從古河槽地下水檢測成果可以看出，2#古河槽進(jìn)口地下水位比1#古河槽進(jìn)口高10m左右，蓄水及放水過程中均會有2#古河槽滲水補給1#古河槽的現(xiàn)象，同時雖3#古河槽滲徑較長，基巖面稍高一些，但其對2#古河槽也有一定的滲水補給，因此雖1#古河槽進(jìn)行了防滲處理，未處理的2#、3#古河槽滲水補給也是滲水原因之一。

3.2.2 滲漏通道分析

（1）從水庫蓄水放水過程中發(fā)現(xiàn)庫面有些部位有大量水泡出現(xiàn),有的呈噴泉狀,這可能是主要的滲水通道,水庫放空后將水泡位置與破壞的面板及孔洞位置進(jìn)行了對比,位置相近。

（2）滲水過程中廠房、渣場及機(jī)電公司后坡的黃土浸水后均發(fā)生了坍塌及滑坡,從出露的地層分析,局部砂礫石層粒徑大且均一,立面也有分布,均屬于強透水層,這也是滲水的主要通道。

（3）水庫放空后經(jīng)對三個古河槽進(jìn)口的檢查,發(fā)現(xiàn)1#古河槽存在四處薄弱部位,素混凝土防滲心墻底部砂礫石灌漿、導(dǎo)流洞梯形引渠左岸齒墻下砂礫石灌漿、導(dǎo)流洞引渠扶壁式擋墻兩側(cè)連接及基礎(chǔ)灌漿、濕陷性黃土基礎(chǔ)破損的分離式面板,這也是滲水的主要通道。

4 后期對三條古河槽的處理措施

根據(jù)對古河槽滲水原因及主要滲漏通道的分析結(jié)論，后期對1#古河槽進(jìn)口采用“防滲墻加分離式面板”的方式完全封閉，即防滲墻軸線布置于發(fā)電洞進(jìn)口至副壩頂部平臺之間的2#施工道路上，左岸接1#與2#古河槽之間的出路基巖上，右側(cè)與發(fā)電洞進(jìn)口左側(cè)巖石相接，防滲墻頂部高程1884～1897m，全長282.95m，防滲墻最大深度45.5m，防滲墻以上部位直至副壩趾板之間采用分離式面板防滲；對2#古河槽進(jìn)口采用全斷面防滲墻處理，防滲墻軸線沿1935m等高線布置，兩側(cè)與基巖銜接，全場518.2m；3#古河槽的滲水可以補給2#古河槽，因此，對3#古河槽進(jìn)口采用防滲墻+分離式面板防滲處理，后期，不考慮工期延誤而導(dǎo)致的發(fā)電損失費，僅對三條古河槽的處理措施費為2億多元，占原批準(zhǔn)投資的近25%。

5 結(jié)論

該工程水庫左壩肩分布三條古河槽，前期設(shè)計階段通過多種不同處理方案，進(jìn)行了三維有限元滲流分析計算、最大滲透坡降及其出口滲透坡降分析計算，由于計算過程中所采用的古河槽邊界條件及覆蓋層顆粒參數(shù)與實際不符等原因，得出了三條古河槽總滲透流量為670萬m3/年,可以滿足工程滲流穩(wěn)定要求，最終設(shè)計推薦僅對1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強濕限性，對2#、3#古河槽不進(jìn)行處理的結(jié)論。后期水庫下閘蓄水時，三條古河槽出口扇面上不僅發(fā)現(xiàn)眾多滲水點，而且滲水量較大，直接影響了工程的安全和效益，通過滲流原因、滲流通道分析得知，三條古河槽互為補水，古河槽進(jìn)口必須全部進(jìn)行防滲處理，后期經(jīng)過多方案比較確定的古河槽進(jìn)口防滲處理措施費大幅增加，約占批準(zhǔn)投資的25%。由此可見，壩址選擇中不能忽視庫區(qū)古河槽，壩址選擇應(yīng)盡可能避開古河槽，實在避開不了時，最終方案確定前，要加大古河槽的地質(zhì)勘探工作量，完全查明古河槽的邊界條件及覆蓋層組成，要委托多家權(quán)威部門進(jìn)行相關(guān)分析計算，在此基礎(chǔ)上確定合理可行的古河槽防滲處理方案。

1. 王長錄.運用地震法非縱觀測系統(tǒng)探測古河槽[J].西北水電,2009,(6):20-23.

2. 沈建,王教輝.古河槽地區(qū)水利樞紐的選址[J].江蘇水利,2004,(2):16-17.

3. 鄧春生，趙堅.古河槽深覆蓋層滲流控制措施[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2011，（2）:161-165

4. 葉建群，熊立剛. 龍開口水電站壩基深槽處理設(shè)計[J].水力發(fā)電,2013,2(39):28-31.

5. 邵字，許國安等.大西溝瀝青心墻壩防滲處理和滲流分析[J].長江科學(xué)院院報,2009,(10) :76-81

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.016

TV223

B

1672-2469（2014）05-0053-03

16作者簡介：庫爾班·依明，(1970年—)，男，高級工程師。