魏光輝

（1.新疆塔里木河流域管理局，新疆庫爾勒，841000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊，830052）

1 工程概況

希尼爾水庫位于新疆庫爾勒市西尼爾鎮(zhèn)境內(nèi)，地理坐標(biāo)介于 86°13′～86°18′E，41°33′～41°38′N。該水庫是從孔雀河第一分水樞紐引水，經(jīng)庫塔干渠總干渠輸水注入的中型平原水庫[1]，總庫容為9 800萬m3。水庫工程包括：水庫大壩、引水閘、引水渠、放水閘、放水渠、壩后排水護坡及附屬設(shè)施。大壩總長7.65 km，最大壩高20 m，平均設(shè)計水深6 m。壩體防滲采取斜鋪復(fù)合膜（兩布一膜）結(jié)構(gòu)，其中膜厚0.75 mm，無紡布規(guī)格為200 g/m2；上游護坡設(shè)計為混凝土面板（C30W8F300），厚15～22 cm。根據(jù)地質(zhì)情況的不同，壩基防滲分別采取PE塑膜、塑性混凝土防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻三種不同形式。

筆者以希尼爾水庫主壩4+575與5+175斷面為例，對壩基采用水泥土防滲下的水庫壩體、壩基滲流情況（2004～2012年觀測數(shù)據(jù)）進行分析，取得了一些有價值的研究成果。

2 主壩水泥土防滲典型斷面滲流分析

2.1 主壩4+575斷面

該斷面共埋設(shè)五支測壓管，編號分別為UP30～UP34，埋設(shè)高程分別為895.42 m、900.08 m、900.08 m、901.08 m和895.78 m。4+575斷面儀器布置、測壓管水位及滲流位勢過程線分別見圖1～5。

該斷面壩基采用防滲深度約12.0 m的水泥土防滲墻，墻底坐落在厚約2.8 m、弱微透水性的第三系泥巖層上，泥巖層以下為透水率約5～10 Lu的第三系砂巖。由圖2～5可知：

圖1 4+575斷面儀器布設(shè)及庫水位912.26m時壩基滲壓水位線與壩體水位線Fig.1 Instrument layout on section 4+575 and piezometric level at dam foundation and water level line of dam body with reservoir water level 912.26 m

圖2 4+575斷面測壓管水位過程線圖（壩基）Fig.2 Piezometric level of section 4+575(dam foundation)

圖3 4+575斷面測壓管水位過程線圖（壩體）Fig.3 piezometric level of section 4+575(dam body)

圖4 4+575斷面測壓管滲流位勢過程線圖（壩基）Fig.4 Seepage potential of section 4+575(dam foundation)

圖5 4+575斷面測壓管滲流位勢水位過程線圖（壩體）Fig.5 Seepage potential of section 4+575(dam body)

（1）壩基UP30、UP32、UP34三支測壓管水位均持續(xù)較高，明顯受庫水位變化的影響，與庫水位的相關(guān)性好；從上游至下游，管水位具有一定程度的削減。在高庫水位912.26 m時，壩基滲壓水位高出設(shè)置在建基面以上的壩體橫向排水體頂高程約3.0～4.5 m，超過設(shè)計要求。

由表1可知，在庫水位911.00 m左右及912.26 m時，壩軸線上游側(cè)1.88 m處的壩基UP30測點滲流位勢在37.94%～44.70%之間，位于壩軸線下游側(cè)15.95 m、38.02 m處的壩基UP32、UP34兩測點滲流位勢分別在31.51%～36.94%、19.11%～38.29%之間。

在庫水位911.00 m左右及912.26 m時，UP32、UP34兩測點壩基水平向滲透坡降均小于0.07（見表1）；UP34至排水溝處壩基水平向滲透坡降在0.138～0.247之間。在2004年6月14日庫水位910.95 m時，UP34測壓管水位為902.85 m，滲流位勢為20.90%，而在2004年6月21日庫水位911.10 m及2006年10月24日庫水位911.00 m時，管水位則分別抬升至904.39 m和904.65 m，滲流位勢增大至35.42%和38.29%；相應(yīng)地，排水溝處壩基水平滲透坡降在2004年6月14日為0.134，而在2004年6月21日及2006年10月24日分別增大至0.230和0.247。該斷面清基后的壩基表層主要為遇水后呈散砂狀的第三系砂巖，并在砂巖上部自上而下夾有亞砂土、較密實但遇水后呈變軟的第三系堅硬泥巖，因此，以第三系砂巖為主進行臨界滲透坡降分析。根據(jù)前述分析，臨界坡降Jcr=1.069；考慮到主壩該斷面壩段的重要性，壩基巖土體的允許滲透坡降J允許可用臨界滲透坡降除以3.0的安全系數(shù)，按計算所得為0.356?？梢姡趲焖?11.00 m及912.26 m時，UP32、UP34兩測點壩基水平向滲透坡降小于允許值，滿足規(guī)范要求[2]。

表1 壩基UP30、UP32、UP34測壓管水位、滲流位勢及水平向滲透坡降Table 1 Piezometric level,seepage potential and horizontal seepage gradient of UP30,UP32 and UP34

除對壩基水平滲透坡降進行分析外，還需對壩后坡排水溝處反濾墊層料進行滲透坡降分析。經(jīng)計算，4+575斷面壩后坡排水溝反濾墊層料的臨界滲透坡降為Jcr=2.2×（2.69-1）×（1-0.274）2×0.13/0.39=0.653。考慮到主壩該斷面壩段的重要性，反濾墊層料的允許滲透坡降可用臨界滲透坡降除以3.0的安全系數(shù)，計算得允許滲透坡降J允許=Jcr/3.0=0.218?？梢姡?004年6月21日庫水位911.10 m及2006年10月24日庫水位911.00 m時，排水溝處壩基水平向滲透坡降分別為0.230和0.247，超過允許值，不滿足規(guī)范要求。

（2）壩體UP31和UP33兩支測壓管水位接近，與庫水位的相關(guān)性一般，但均低于同期壩基測壓管水位。在高庫水位912.26 m時，壩體水位高出設(shè)置在建基面以上的壩體橫向排水體頂高程約1.0～1.5m，超過設(shè)計要求。

由表2可知，在庫水位911.00 m左右及912.26 m時，位于壩軸線上游1.88 m、下游15.95 m處的壩體UP31、UP33兩測點滲流位勢分別在2.23%～11.37%、9.65%～16.40%之間。值得關(guān)注的是，在2008年10月后的高庫水位運行期，壩體UP33測點滲流位勢有小幅度增大趨勢，應(yīng)予以關(guān)注。

在庫水位911.00 m及912.26 m時，UP33測點壩體水平向滲透坡降均小于0.01（見表2）。據(jù)前所述，壩體Ⅰ區(qū)砂礫料的允許滲透坡降為J允許=0.167，Ⅱ區(qū)砂礫料允許滲透坡降為J允許=0.166?？梢?，UP33測點壩體水平向滲透坡降小于允許值，滿足規(guī)范要求。但現(xiàn)場檢查及運行過程中發(fā)現(xiàn)，下游壩后回填清基料出逸點高程較高，不利于下游壩坡、壩后回填清基料以及排水溝開挖回填料的滲透穩(wěn)定。

2.2 主壩5+175斷面

該斷面共埋設(shè)五支測壓管，編號分別為UP35～UP39，埋設(shè)高程分別為896.284 m、901.278 m、900.092 m、901.092 m和895.474 m。5+175斷面儀器布置圖、測壓管水位、滲流位勢過程線分別見圖6～10。

表2 壩體UP31、UP33測壓管水位、滲流位勢及水平向滲透坡降Table 2 Piezometric level,seepage potential and horizontal seepage gradient of UP31 and UP33

圖6 5+175斷面儀器布設(shè)及庫水位912.26 m時壩基滲壓水位線與壩體水位線Fig.6 Instrument layout on section 5+175 and piezometric level of dam foundation and water level line of dam body with reservoir water level 912.26 m

圖7 5+175斷面測壓管水位過程線圖（壩基）Fig.7 Piezometric level of section 5+175(dam foundation)

圖8 5+175斷面測壓管水位過程線圖（壩體）Fig.8 Piezometric level of section 5+175(dam body)

圖9 5+175斷面測壓管滲流位勢過程線圖（壩基）Fig.9 Seepage potential of section 5+175(dam foundation)

圖10 5+175斷面測壓管滲流位勢過程線圖（壩體）Fig.10 Seepage potential of section 5+175(dam body)

該斷面壩基采用防滲深度約16.05 m的水泥土防滲墻，墻底坐落在厚約2.1 m、弱微透水性第三系泥巖層上。由圖7～10可知：

（1）壩基UP35、UP37、UP39三支測壓管水位很高。其中，UP35、UP37兩支測壓管水位接近，且均明顯受庫水位變化的影響，與庫水位相關(guān)性好；UP39測壓管水位與庫水位相關(guān)性一般，在高庫水位912.26 m時，壩基滲壓水位高出設(shè)置在建基面以上的壩體橫向排水體頂高程約4.0～5.5 m，超過設(shè)計要求。

由表3可知，在庫水位911.00 m左右及912.26 m時，UP37測點壩基水平向滲透坡降均小于0.10；UP39測點壩基水平向滲透坡降在2004年6月14日和2006年6月21日分別為0.178和0.142，而2006年6月21日后，減小到0.10以下。值得關(guān)注的是，在2004年6月21日和2006年6月21日庫水位分別為910.95 m和911.10 m時，UP39測壓管水位分別為903.16 m和903.72 m，滲流位勢分別為19.94%和25.30%，而在2006年10月24日后庫水位911.00 m左右時，管水位則抬升至905.20 m以上，滲流位勢增大至40.00%以上；相應(yīng)地，排水溝處壩基水平滲透坡降在2004年6月14日和2006年6月21日分別為0.153和0.188，但2006年6月21日后，在0.280～0.328之間。根據(jù)前述分析，壩基土體的允許滲透坡降J允許為0.356?？梢?，在庫水位911.00 m及912.26 m時，UP37與UP39這兩測點壩基水平向滲透坡降均小于允許值，滿足規(guī)范要求；排水溝處壩基水平向滲透坡降較大，稍小于允許值。

此外，通過計算[3]，5+175斷面壩后排水溝上游側(cè)（靠壩一側(cè)）反濾墊層料的臨界滲透坡降為Jcr=2.2×(2.69-1)×(1-0.262)2×0.20/0.59=0.686。取安全系數(shù)為3.0，計算得允許滲透坡降J允許=Jcr/3.0=0.229?？梢?，2004年6月21日后雖經(jīng)排水溝處理及增設(shè)排水溝后減壓井，但排水溝處壩基水平向滲透坡降在庫水位911.10 m左右時基本在0.28～0.30之間，在庫水位912.26 m時達(dá)到了0.328，超過反濾墊層料的允許滲透坡降，不滿足規(guī)范要求。

（2）壩體UP36、UP38兩支測壓管水位均較高且接近，均明顯受庫水位變化影響，與庫水位的相關(guān)性顯著，但均低于同期壩基測壓管水位。在高庫水位912.26 m時，壩體水位高出設(shè)置在建基面以上的壩體橫向排水體頂高程約2.0～3.0 m，超過設(shè)計要求。

由表4可知，在庫水位911.00 m左右及912.26 m時，位于壩軸線上游2.10 m、下游15.60 m處的壩體UP36、UP38兩測點滲流位勢分別在24.73%～27.75%和21.89%～26.34%之間。

在庫水位911.00 m及912.26 m時，UP38測點壩體水平向滲透坡降均小于0.030（見表4）。據(jù)前所述，壩體Ⅰ區(qū)砂礫料的允許滲透坡降J允許=0.167，Ⅱ區(qū)砂礫料允許滲透坡降J允許=0.166?？梢?，UP38測點壩體水平向滲透坡降小于允許值，滿足規(guī)范要求。

表4 壩體UP36、UP38測壓管水位、滲流位勢及水平向滲透坡降Table 4 Piezometric level,seepage potential and horizontal seepage gradient of UP36 and UP38

3 結(jié)語

（1）主壩4+575斷面在高庫水運行期壩基滲壓水位較高、滲透壓力較大，壩體水位及下游壩后回填清基料出逸點高程高，壩軸線下游至排水溝處的壩基水平向滲透坡降雖小于壩基表層巖土體（或排水溝反濾墊層料）的允許滲透坡降，但依然較大，且運行過程中曾出現(xiàn)排水溝處水平向滲透坡降超過反濾墊層料允許滲透坡降的現(xiàn)象，存在滲流安全隱患。主壩5+175斷面，壩體水位及下游壩后回填清基料出逸點高程高，排水溝處壩基水平向滲透坡降較大，接近或稍小于壩基巖土體的允許滲透坡降，并超過反濾墊層料的允許滲透坡降，存在滲流安全隱患。上述兩典型斷面的滲流監(jiān)測結(jié)果表明，壩基水泥土防滲墻及壩體PE復(fù)合土工膜組成的防滲體系防滲效果不佳。

（2）建議加強大壩滲流觀測，采取必要措施降低壩基滲壓水位、壩體水位及下游壩后回填清基料出逸點高程，確保大壩安全。

[1]SL 252-2000,水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]SL 258-2000,水庫大壩安全評價導(dǎo)則[S].

[3]GB 50487-2008,水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].