何鐵炎，王安源

（湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007）

1 工程及滲漏情況簡介

大庫斯臺水庫是央企援建的牧區(qū)水源水庫工程，以灌溉牧草地為主，水庫正常蓄水位1 296.0 m，水庫總庫容351.7 萬m3，工程等別為Ⅳ等，屬?。↖）型工程。

大壩采用瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程1 298.8 m，最大壩高36.8 m，壩軸線長430.0 m。河床壩段（B0+025-B0+225）瀝青混凝土心墻厚0.3 m（底部加厚至0.8 m），坐落在基巖上（如圖1），左岸岸坡壩段（B0-020～B0+025）和右岸岸坡壩段（B0+225～B0+430）砂卵石基礎段采用45 cm 厚混凝土墻防滲，混凝土防滲墻嵌巖0.5 m（如圖2）。

水庫初期蓄水過程中出現(xiàn)較嚴重滲漏，水庫蓄水至1 277.27 m 和1285 m 時，壩后總滲漏量分別約為50 L/s 和100 L/s，滲漏部位主要為兩岸壩肩坡腳，大壩下游浸潤線出露點隨壩前水位的增高而增高，最高點高程1 274.0 m。

2 滲漏病險原因初步分析

滲漏發(fā)生后，補充了大壩基礎地質勘探工作[1]，同時對比前期地質勘探數據、施工記錄和蓄水期滲流觀測資料，對滲漏原因進行了分析，初步結論如下[2]：

1）大壩河床段覆蓋層薄且已全部清除，下伏基巖透水率小于3 Lu，滿足規(guī)范和設計要求，防滲心墻與基礎連接可靠，無壩基滲漏問題。

2）兩岸岸坡段基礎混凝土防滲墻可能存在槽段間開挖不徹底、防滲墻未嵌巖或嵌巖深度不夠、底部沉渣厚度超標、混凝土槽段間泥膜過厚等原因，造成砂卵石基礎段混凝土防滲墻可能存在集中滲漏通道。

3）瀝青混凝土心墻在冬季施工過程中可能存在措施不到位而造成的局部缺陷，但考慮瀝青混凝土自身變形修復能力較強，瀝青混凝土防滲心墻難以形成集中滲漏通道。

3 納滲流探測在本工程中的應用

3.1 滲流探測技術的選用

圖1 大壩典型剖面圖（河床段）（B0+025-B0+225）

圖2 大壩典型剖面圖（岸坡段）（B0-020～B0+025）（B0+225-B0+430）

為減少處理方案投資，需對滲漏通道較精確定位。水庫滲漏檢測技術主要分為鉆探、物探、水位觀測技術和水下聲納探測等技術方法，前期已經采用鉆探和水位觀測技術進行了滲漏原因和通道分析。本工程防滲體在壩體中部且厚度薄，上下游寬厚壩體為強透水填筑料，其水下集中滲流通道檢測十分困難。借鑒聲納滲流探測技術在白云電站混凝土面板堆石壩滲漏點探測[3]、于橋水庫均質土壩滲漏點探測[4]上的成功應用，經多方討論決定采用新型水下聲納滲流探測技術對本工程集中滲漏通道進行探測。

3.2 聲納滲流探測技術原理[5]

聲納滲流探測技術，是根據聲波傳播速度順流向加大、逆流向減小的特點，在同一傳播距離上不同的傳播時間，建立滲流場內水體流速計算公式[2]，如下：

式中 L——聲波在傳感器之間傳播路徑的長度（m）；

X——傳播路徑的軸向分量（m）；

T12、T21——從傳感器1 到傳感器2 和從傳感器2 到傳感器1 的傳播時間（s）；

U——流體通過傳感器之間聲道上的平均流速（m/s）。

3.3 檢測內容和布置

本工程采用三維流速矢量聲納測量儀[6]進行了上游迎水面和壩體孔內兩種檢測。

1）大壩迎水面檢測

大壩壩前檢測布置如下：平行于大壩軸線，在近壩面的30 m 水面上每5 m 布置1 條直線，布置了7條平行寬于壩軸線的測量控制線；垂直于大壩軸線，從左至右間隔5 m 作一標記，共計205 m，布置了21條垂直于壩軸線的測量控制線。單點控制面積5 m×5 m，共計測點249 個，面積6 225 m2，壩前水下檢測網格見圖3。

2）孔內聲納檢測

防滲體系的滲漏檢測采用孔內聲納檢測，限于進度和經費，檢測孔利用現(xiàn)有18 個鉆孔，其中僅有B2 和B3 共2 個鉆孔布置在緊鄰防滲墻前，聲納檢測孔布置情況見圖4 和表1。

圖3 水庫迎水面測量網格圖

3.4 檢測結果及分析結論

1）大壩迎水面檢測成果

大壩迎水面總滲漏流量為8 329 m3/d，合95.4 L/s，與庫水位1 285 m 時壩后量水堰監(jiān)測滲漏流量成果100 L/s 基本一致。2）孔內聲納檢測成果

孔內聲納檢測統(tǒng)計的總滲漏量8 205 m3/d，合95.0 L/s，與迎水面總滲漏量和壩后量水堰監(jiān)測滲漏成果基本一致。

圖4 大壩檢測孔平面位置圖

表1 聲納檢測孔布置情況表 m

3）孔內聲納檢測大壩滲漏流速分區(qū)成果如表2所示，表中紅色為集中滲漏區(qū)，黃色為顯滲漏區(qū)，綠色為微滲漏區(qū)。聲納檢測單位根據檢測成果進行分析，主要結論如下：

①集中滲漏區(qū)：河床段以S2-1 孔（B0+130）為中心存在集中滲漏區(qū)，右壩端S3-1 孔（B0+210）、右壩肩B4 孔（B0+260）孔局部也存在明顯滲漏區(qū)域。②中等滲漏區(qū)：左壩肩RS1、RS2 孔防滲體高程1265～1278m 間，左壩端S1-1 孔，河床段的Y1、S2-1、Y2 孔，右壩端的S3-1、B3、B4 孔，均存在中等滲漏區(qū)。③微滲漏區(qū)：墻前孔B2 對應區(qū)域，S1-1 與Y1 孔大部及各孔底部，均為微滲漏區(qū)。

4 加固處理過程中的情況反饋及分析

聲納滲流探測結論與滲漏病險原因初步分析結論的主要分歧是：河床段是否存在集中滲漏通道。根據主管部門的審查意見，對全壩段及兩壩肩混凝土防滲墻段采取雙液控制性灌漿加固處理措施。

表2 大壩B0-040～B0+430 區(qū)間滲漏流速分區(qū)表 （庫水位1 284.5 m，單位：10-4 cm/d）

4.1 除險加固過程及蓄水實驗情況

為界定滲漏位置，對除險加固施工順序進行了安排，并進行了四次蓄水實驗，實驗過程中進行大壩防滲墻下游20 m 的滲流壓力觀測和壩腳滲流量觀測，詳細情況如下：

1）第一次蓄水實驗

在除險加固前進行，庫水位蓄至1 283.35 m，大壩總滲漏量為110 L/s。

2）第二次蓄水試驗

左壩肩已完成B0+017.5～B0-054.5 段灌漿，右壩肩已完成B0+225～B0+273 段灌漿，河床段還未開始灌漿，進行第二次蓄水實驗，庫水位蓄至1 286.5 m，由于壩后排水棱體施工影響，壩后排水溝未獲得滲流量數據。

3）第三次蓄水實驗

在第二次蓄水實驗完成灌漿段的基礎上，河床段B0+017.5～B0+087.5 和B0+147.5～B0+225 兩段I 序孔也基本施工完成，B0+087.5～B0+147.5 段還未開始施工，進行了第三次蓄水實驗，庫水位蓄至1 284.0 m，除B0+67.5～0+137.9 段排水溝內有灌漿施工排水外，其它排水溝基本無水。

4）第四次蓄水實驗

除險加固工程全部完成后進行，庫水位蓄至1 290.8 m，壩體總滲漏量1.8 L/s。

4.2 各蓄水實驗情況對比及分析

1）第二次蓄水實驗與第一次蓄水實驗各水位比較情況見表3

表3 第二次蓄水實驗與第一次蓄水實驗測壓管水位比較表 m

兩次蓄水實驗比較說明B0+017.5～B0-054.5、B0+225～0+273 段在灌漿前確實存在滲水通道，且灌漿后防滲效果十分明顯；同時，河床段尚未灌漿，第二次蓄水實驗庫水位較第一次蓄水實驗時高3.25 m，但B0+130 斷面防滲墻后測壓管水位反而降低4.16 m，故B0+130 附近存在集中滲漏通道存疑。

2）第三次蓄水實驗與第一次蓄水實驗各水位比較情況見表4

表4 第三次蓄水實驗與第一次蓄水實驗測壓管水位比較表 m

第三次蓄水實驗時，壩后排水溝除B0+067.5～B0+137.9 段外均為干燥狀態(tài)，B0+067.5～B0+137.9 段出水點均在B0+67.5～B0+100 段排水溝內，基本可以確定為左岸壩頂灌漿排水,故滲漏量無參考價值。因此第三次蓄水實驗進一步證明了第二次蓄水實驗的結論正確性，同時可以確認B0+130 附近不存在集中滲漏通道。

3）第四次蓄水實驗與三次蓄水實驗各水位比較見表5

表5 第四次蓄水實驗與第三次蓄水實驗測壓管水位比較表 m

第四次蓄水實驗與第三次蓄水實驗相比, 河床段B0+130 段測壓管水位降低最多,分析原因主要是第三次蓄水實驗時, 兩岸特別是左岸岸坡延伸段灌漿尚未完成, 受基巖面橫河向坡比陡和壩體填筑料砂礫石滲透系數大的影響, 滲漏水流集中至河床段造成測壓管水位較高。第四次蓄水實驗庫水位達到1 290.8 m，壩后滲漏總量為1.8 L/s，達到設計防滲處理要求。

5 聲納滲流探測經驗分析總結

1）通過聲納迎水面滲漏檢測成果與壩后量水堰成果基本一致可知，聲納滲漏檢測技術應用于土石壩滲漏量檢測是有效和可靠的。

2）孔B2 和孔S2-1 均位于河床段，墻前聲納檢測B2 孔（B0+100）表明河床段大壩為微滲漏區(qū)，而墻后聲納檢測S2-1 孔（B0+130）表明河床段大壩存在集中滲漏通道，檢測結論明顯相左，與聲納檢測前的滲漏原因分析結論明顯分歧，S2-1 孔聲納檢測的結論存疑。

3）通過除險加固施工前后的四次蓄水實驗成果對比，說明S2-1 孔聲納檢測的結論成果失真，究其原因主要有：B2 和S2-1 兩個聲納檢測孔的位置差異，B2孔位于大壩防滲墻前而S2-1 孔位于大壩防滲墻后，大壩兩岸岸坡和壩肩段隔水層出露高程明顯高于河床段出露高程，形成傾向河床的陡坡；大壩壩殼料為強透水的砂礫石。以上原因造成兩岸壩肩段滲漏水在透過防滲體后迅速向河床段匯集，造成S2-1 孔的滲流水位增高，滲流流速和滲漏量均很大，從而得出河床段存在集中滲漏的錯誤結論；B2 孔檢測成果的正確同時表明聲納檢測手段的有效性，但在土壩中應用聲納探測技術時應注意檢測孔位置與防滲體的關系。

4）本工程滲漏處理后滲漏量、滲透壓力等均滿足設計要求，設計和施工單位聯(lián)合進行了滲漏原因總結，結論中認為河床段不存在集中滲漏通道，該總結報告得到了上級水行政主管部門的認可，且工程順利通過上級水行政主管部門組織的驗收。

5）經驗總結。在土石壩中應用聲納探測技術，聲納探測位置應選擇在防滲體內或緊鄰大壩防滲體的上游入滲側，若聲納探測位置選擇在防滲體下游的滲出側易導致錯誤的檢測結論。聲納探測技術正確應用于土石壩滲漏檢測，在滲漏量和滲漏位置檢測上均是有效和可靠的。