劉順萍 張健梁

1 問(wèn)題概述

近年來(lái)，我國(guó)為緩解當(dāng)?shù)厮Y源供需矛盾，保障城鎮(zhèn)居民用水安全，打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)，助力當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)修建了多座以城鎮(zhèn)供水為主的水源水庫(kù)。但水庫(kù)滲漏問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，影響水庫(kù)效益的發(fā)揮。本文以北方某中型水庫(kù)為例進(jìn)行滲漏原因分析，并在摸清水庫(kù)滲漏情況后采取處理措施進(jìn)行治理，再?gòu)?fù)核處理效果，為以后水庫(kù)建設(shè)及類似問(wèn)題處理提供借鑒意義。

北方某中型水庫(kù)以農(nóng)業(yè)及工業(yè)供水為主，控制流域面積320 km2，設(shè)計(jì)水庫(kù)庫(kù)容1 649 萬(wàn)m3，興利庫(kù)容644 萬(wàn)m3，年供水量500 萬(wàn)m3。工程由大壩、導(dǎo)流泄洪排沙洞和溢洪道等組成。擋水壩為黏土心墻砂礫石壩，全長(zhǎng)675 m，最大壩高27 m，壩頂寬6.0 m，壩底寬145 m，壩頂高程1 259 m。大壩上游邊坡1 ∶2.75，下游壩坡1 ∶2.5，下游在1 248.33 m 高程處設(shè)2.0 m 寬?cǎi)R道。上游壩坡采用0.50 m 厚的干砌石護(hù)坡，下游壩坡采用混凝土網(wǎng)格碎石護(hù)坡。

大壩于2012 年5 月開(kāi)挖，2014 年10 月填筑封頂，并完成基礎(chǔ)防滲墻施工及底部帷幕灌漿工作。2014 年初發(fā)現(xiàn)壩后排水棱體底部多處滲水，局部滲水量已匯成明流，且有增大趨勢(shì)，需進(jìn)行防滲處理。

2 地質(zhì)情況

工程區(qū)地面高程1 230～1 350 m，屬低中山。河流左岸多為侵蝕中山地貌，地面高程1 240～1 350 m；右岸多為構(gòu)造剝蝕地貌，地面高程1 230～1 280 m；沿河附近多為河流堆積地貌。壩址附近河床高程為1 234～1 242 m，河面寬187 m。水庫(kù)附近地層主要有太古界變質(zhì)巖、新生界新近系沉積巖、第四系松散堆積層。

2.1 太古界桑干群（Ar1sn1）

巖性以硅線榴石鉀長(zhǎng)片麻巖為主，局部夾長(zhǎng)石石英巖，厚度大于100 m，呈棕褐色、灰褐色、淺灰色。廣泛出露于庫(kù)區(qū)河流左岸山區(qū)，分布于壩址左岸及主河床覆蓋層下部。

2.2 新生界新近系（N2）

巖性以砂礫巖、砂巖、泥巖為主，厚5～30 m，呈棕紅色、灰黃色及灰白色。分布于右壩肩及溢洪道，地表多被覆蓋，沖溝處多有出露。

2.3 新生界第四系全新統(tǒng)（Q4）

巖性有含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂、低液限黏土、含細(xì)粒土礫，厚5～30 m，壩址河床處厚8.1～18.2 m。分布于庫(kù)區(qū)北部基巖表層及河流右岸和河床中，成因有殘積、坡積、沖積、沖洪積、沼澤堆積、人工堆積。

工程區(qū)主要構(gòu)造形跡以東西向?yàn)橹鳎瑸檠嗌狡趶?qiáng)烈的南北向水平擠壓作用，形成近東西向的壓性結(jié)構(gòu)面，新生代以來(lái)未發(fā)現(xiàn)顯著的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形跡。

水庫(kù)位于所在河流的中上游，該河流為地區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面，河兩岸山體雄厚，沒(méi)有低于庫(kù)水位的低地和鄰谷，庫(kù)區(qū)兩岸不存在永久滲漏問(wèn)題。

2015 年2 月對(duì)大壩下游滲水坑水、壩下排水溝水及上游河水取樣進(jìn)行水質(zhì)分析，環(huán)境水對(duì)普通混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3 防滲體質(zhì)量檢測(cè)及評(píng)價(jià)

3.1 大壩防滲設(shè)計(jì)

壩體采取黏土心墻防滲，壩基采取混凝土連續(xù)墻和灌漿帷幕防滲，設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)為10 Lu。黏土心墻頂高程為1 257.12 m，頂寬5 m，心墻上游邊坡為1∶0.2，下游邊坡為1∶0.2。壩基防滲采用混凝土地下連續(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，墻底嵌入鉀長(zhǎng)片麻巖1 m，墻體內(nèi)預(yù)埋灌漿鋼管，間距2.0 m，下部基巖進(jìn)行帷幕灌漿。

根據(jù)縱斷面圖的滲透范圍，防滲墻處理長(zhǎng)度為498.87 m。同時(shí)，對(duì)左右岸壩肩岸坡進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿孔設(shè)1 排，孔距2.0 m。壩基及左右岸壩肩帷幕灌漿均伸入10 Lu 線5 m。

3.2 防滲體質(zhì)量檢測(cè)

沿防滲體中心線（混凝土防滲墻中心線）不同樁號(hào)布置了鉆孔和豎井，分別對(duì)黏土心墻、混凝土防滲墻、帷幕灌漿進(jìn)行鉆孔及探井取樣，進(jìn)行孔內(nèi)錄像、聲波測(cè)試、壓水試驗(yàn)、動(dòng)力觸探測(cè)試，同時(shí)在鉆孔、豎井取樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)，另外，在地表開(kāi)展綜合物探測(cè)試等，以充分了解各部位質(zhì)量，找出大壩滲漏原因。

3.3 心墻質(zhì)量評(píng)價(jià)

心墻部位取出原狀土樣70 組，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。檢測(cè)表明心墻土料的黏粒含量、塑性指數(shù)、滲透系數(shù)等存在不均一性，尤其是滲透系數(shù)，只有一半以上滿足設(shè)計(jì)要求，存在滲漏問(wèn)題。

表1 黏土心墻檢測(cè)結(jié)果

3.4 防滲墻質(zhì)量評(píng)價(jià)

混凝土防滲墻混凝土為C15W6F100，厚60 cm，深8.1～18.2 m。從所取的30 組巖芯看，所取出的混凝土巖芯大多較完整，膠結(jié)較好，防滲墻檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，透水率較大的多位于防滲墻的下部，尤其是混凝土防滲墻與基巖接觸部位，透水率18～50 Lu，均大于10 Lu，不滿足設(shè)計(jì)要求?？變?nèi)錄像中發(fā)現(xiàn)混凝土防滲墻局部存在缺陷現(xiàn)象，尤其在與下部基巖接觸部位多有沉淀，造成混凝土防滲墻沒(méi)有嵌入基巖，期間多為級(jí)配不良砂充填。因此，從壓水試驗(yàn)結(jié)果及孔內(nèi)錄像兩方面相互印證，證明混凝土防滲墻局部存在滲漏通道。

表2 混凝土防滲心墻檢測(cè)結(jié)果

3.5 防滲帷幕

壩基沿防滲墻下部基巖設(shè)置1 排帷幕灌漿孔，共布置333 孔，間距2 m，分2 序次灌漿，其中1 序孔深10.90～34.60 m，平均20.10 m；單位注入量31.72～115.43 kg∕m，平均62.15 kg∕m。 2 序 孔 深11.14～35.22 m，平均20.09 m；單位注入量7.54～206.10 kg∕m，平均56.59 kg∕m。檢測(cè)過(guò)程中，在基巖進(jìn)行了42 段壓水試驗(yàn)，巖體透水率1.5～33 Lu，平均8.3 Lu，屬弱-中等透水性，71.14%試段巖體透水率滿足設(shè)計(jì)要求。個(gè)別試段巖體的透水率超過(guò)10 Lu，且主要集中分布于各鉆孔下部?jī)啥?，說(shuō)明上部10～15 m 巖體經(jīng)過(guò)帷幕灌漿，巖體的透水率有所減小。因此，壩基巖體存在一定的滲漏量，但其滲漏量有限。

3.6 左右岸繞壩滲漏

檢測(cè)中分別在左壩肩和右壩肩布置了一個(gè)鉆孔。由兩個(gè)鉆孔壓水試驗(yàn)成果可以看出，壩基兩岸巖體透水率1.5～6.8 Lu，屬弱透水性，滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)（小于10 Lu）。

4 滲漏量估算及預(yù)測(cè)

4.1 壩基滲流觀測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)期間，水庫(kù)入庫(kù)流量為50.70～90.95 L∕s，平均72.54 L∕s；排沙洞出口處滲漏量為5.75～7.40 L∕s，平均6.75 L∕s；壩下各水溝總滲漏量為47.21～61.39 L∕s，平 均53.28 L∕s。觀 測(cè) 期 間 庫(kù) 水 位 緩 慢 抬 高0.36 m，證明水庫(kù)來(lái)水量大于滲流量。

從壩基地質(zhì)剖面圖可知，壩基下透水層厚8.1～18.2 m，從壩下觀測(cè)點(diǎn)P6（高程1 236.65 m）到下P4（高程1 233.70 m）距離為276 m，地面水頭差為2.95，則估算地下滲透坡降i=0.010 7?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)壩基級(jí)配不良砂進(jìn)行32 組滲透試驗(yàn)，滲透系數(shù)9.05×10–6～1.76×10–4m∕s，平均為8.18×10–5m∕s，估算時(shí)取滲透系數(shù)k=3×10–4m∕s（考慮數(shù)據(jù)離散性，取平均值的3 倍左右進(jìn)行估算），由壩軸線剖面可知壩基下部強(qiáng)透水層的面積A=6 100 m2，則可估算壩基地下潛流Q潛流：

壩基總滲漏量Q總（明流+潛流）：

2014 年4 月3 日，上游水位上升至1 246.79 m時(shí)，觀測(cè)壩下游地表明流為84.08 L∕s，加上地下潛流，壩基總滲流量為84.08 L∕s+19.56 L∕s=103.64 L∕s左右。

4.2 滲漏量計(jì)算

4.2.1 黏土心墻滲漏量

根據(jù)室內(nèi)進(jìn)行的50 組滲透試驗(yàn)，水平滲透系數(shù)1.66×10-7～1.85×10-4cm∕s， 平 均2.78×10-5cm∕s，計(jì)算中取滲透系數(shù)k=8.0×10–5cm∕s（考慮數(shù)據(jù)離散性，取平均值的3 倍左右進(jìn)行估算），墻厚按平均寬9.2 m 計(jì)，底高程采用1 236.6 m，正常蓄水位1 255.5 m，壩長(zhǎng)628 m，黏土心墻面積A=8 480 m2，水頭差H按1 255.5 m-1 236.6 m=18.9 m 計(jì)，計(jì)算心墻滲透量Q=kiA=0.006 97 m3∕s=6.97 L∕s。檢測(cè)期庫(kù)水位1 246.43～1 246.79 m，水位變化0.36 m，壩上下游水頭差9.43～9.79 m，庫(kù)水位1 246.79 m 時(shí)，計(jì)算心墻滲透量Q1=1.48 L∕s。

4.2.2 防滲墻滲漏量

混凝土墻體屬于不透水層，考慮到混凝土墻嵌入基巖（鉀長(zhǎng)片麻巖）1 m 存在一定難度，且勘察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有5 個(gè)鉆孔局部進(jìn)尺較快或有漏水、漏漿現(xiàn)象，均說(shuō)明防滲墻墻體接觸部位存在缺陷，有滲漏通道。滲漏計(jì)算中按0.5 m 透水層考 慮，結(jié)合壓水試驗(yàn)滲透系 數(shù)k取6×10–2cm∕s。則正常蓄水位1 255.5 m 時(shí)，計(jì)算防滲墻滲漏量為174.27 L∕s；

庫(kù)水位1 246.79 m時(shí)，防滲墻滲透量為72.98 L∕s。

4.2.3 壩基巖體滲漏量

壩基巖體除表部風(fēng)化破碎透水性較強(qiáng)外，巖體透水性以弱透水為主，鉆孔壓水試驗(yàn)巖體透水率1.5～33 Lu，平均8.3 Lu，考慮到下部微新巖體完整，結(jié)構(gòu)面發(fā)育少，透水性差，且滲徑長(zhǎng)。因此，巖體透水層考慮上部巖體，厚度按15 m 計(jì)算，結(jié)合壓水試驗(yàn)滲透系數(shù)k取5×10–4cm∕s。則正常蓄水位1 255.5 m 時(shí)，計(jì)算基巖滲漏量43.57 L∕s。庫(kù)水位1 246.79 m 時(shí)，計(jì)算壩基巖體滲透量為18.25 L∕s。

4.2.4 兩岸繞壩滲漏量

兩岸巖體透水率1.5～6.8 Lu，水平滲透系數(shù)2.01×10-5～3.16×10-4cm∕s，平均1.78×10-4cm∕s，計(jì)算中滲透系數(shù)k取5×10–4cm∕s。正常蓄水位1 255.5 m時(shí)，兩岸繞壩滲流量估算為16.47 L∕s。庫(kù)水位1 246.79 m時(shí)，兩岸繞壩滲漏量為7.83 L∕s。

各部位計(jì)算滲漏量及所占比重見(jiàn)表3。

表3 兩種水位情況下各部位滲漏量及所占比重

從表3 可知，首先壩基滲漏量以混凝土防滲墻接觸帶為主，占?jí)位倽B漏量的72%；其次壩基巖體滲漏量占總滲漏量的18%；再次為兩岸繞壩滲漏量占總滲漏量的7%；黏土心墻滲漏量最小，占總滲漏量的3%。

庫(kù)水位1 246.79 m 時(shí)，壩基總滲漏量計(jì)算值為100.54 L∕s，與滲流觀測(cè)值103.64 L∕s 相接近，證明試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)值基本可靠，符合實(shí)際規(guī)律。

預(yù)測(cè)水庫(kù)正常蓄水位1 255.5 m 時(shí)，壩基總滲漏量為241.281 L∕s（868.61 m3∕h），占所在河流多年平均徑流量（1.94 m3∕s）的12.44%，不滿足設(shè)計(jì)要求，影響水庫(kù)供水效益。另外，壩基透水層多分布級(jí)配不良砂，存在滲透變形問(wèn)題。故須盡快采取措施減少壩基滲漏量，保證大壩安全，可靠運(yùn)行。

5 處理措施

本工程滲漏問(wèn)題突出，且不是單一滲漏點(diǎn)，從黏土心墻、防滲墻、帷幕灌漿等各部位均存在滲漏問(wèn)題，為保證工程安全，經(jīng)綜合考慮，決定在原防滲墻下游壩軸線上新增加一道防滲墻。沿壩軸線重新設(shè)計(jì)一道防滲墻（原防滲墻軸線距壩軸線2 m，偏上游），新防滲墻頂高程為心墻頂高程1 257.12 m，底部入基巖強(qiáng)風(fēng)化層1 m，采用塑性混凝土防滲墻，墻厚0.8 m，如圖1 所示。

防滲處理范圍為樁號(hào)0+000—0+675.05，即大壩從左壩肩至右壩肩的心墻及壩基覆蓋層內(nèi)全部采用塑性混凝土防滲墻。墻下采用帷幕灌漿，墻內(nèi)預(yù)埋帷幕灌漿管，間距1.5 m。右岸延長(zhǎng)段重新進(jìn)行補(bǔ)灌，根據(jù)現(xiàn)狀巖石情況及工程總體布置，灌漿長(zhǎng)度由原設(shè)計(jì)的30 m 增加至40 m；左岸延長(zhǎng)段灌漿根據(jù)現(xiàn)狀巖石情況，仍按原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度即30 m施工。經(jīng)本次處理后，心墻內(nèi)的塑性混凝土防滲墻和墻下帷幕形成完整的防滲體系。

經(jīng)過(guò)對(duì)大壩重新進(jìn)行滲流計(jì)算（暫不考慮原防滲墻與帷幕灌漿的防滲效果），壩體年滲漏量為23.19 萬(wàn)m3，占河流多年平均天然年徑流量的2.4%，所占比例較小，大壩滲漏量明顯減少。待新防滲墻及帷幕灌漿施工完成后，應(yīng)繼續(xù)通過(guò)壩后排水溝加強(qiáng)觀測(cè)，以檢驗(yàn)實(shí)際效果。

圖1 新加防滲墻方案典型斷面圖（單位：mm）

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在防滲中心線布設(shè)鉆孔、探井，同時(shí)采取室內(nèi)試驗(yàn)、孔內(nèi)錄像、壓水試驗(yàn)等手段對(duì)黏土心墻、混凝土防滲墻、帷幕灌漿等部位進(jìn)行檢測(cè)，查找滲透通道；利用壩后排水溝滲漏量觀測(cè)成果，與室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)以及室外壓水試驗(yàn)成果進(jìn)行滲漏量估算成果進(jìn)行對(duì)比分析，綜合評(píng)判水庫(kù)滲漏原因；針對(duì)各部位滲透通道，提出重新做防滲墻和帷幕灌漿的處理措施徹底攔截大壩滲漏通道，進(jìn)而保證水庫(kù)具備發(fā)揮效益的能力。工程的實(shí)施為解決其他相似工程問(wèn)題時(shí)提供了可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。