古河槽防渗处理中存在的问题及后期处理措施

库尔班·依明

古河槽防渗处理中存在的问题及后期处理措施

库尔班·依明

（新疆维吾尔自治区水利厅规划设计管理局 新疆乌鲁木齐 830000）

新疆某水库左岸分布三条古河槽，前期设计阶段对其进行渗流分析计算，最终根据其结论进行了工程建设。后期水库下闸蓄水后，三条古河槽出口扇面均出现了较大的渗流量，对大坝安全构成危险，对古河槽的防渗处理影响了工期和效益，措施费占批准投资的25%。由此得出，推荐坝址存在古河槽时，不能完全依据计算成果确定古河槽防渗处理方案，要加大古河槽的地质勘探工作量，完全查明古河槽的边界条件及覆盖层组成。为类似工程的设计、建设提供了宝贵的经验。

古河槽 渗漏通道 防渗处理 Ⅴ级阶地

1 工程概况

某水库工程为Ⅱ等，属大（2）型工程，主要建筑物包括主坝、副坝、泄水建筑物、发电引水建筑物、发电厂房组成。坝址左岸Ⅴ级阶地以下分布有三条古河槽，由下游至上游分别为1#、2#和3#，1#古河槽进口在大坝左岸趾板线上游80m处,从左坝肩西侧约200m处通过，古河槽长780m、宽约180m，基岩顶板高程比正常高水位低约70～62m；2#古河槽位于1#古河槽左侧，进口距坝址上游约700m处,从左坝肩西侧约500m处通过，长约1820m，基岩顶板高程低于正常高水位约57～46m； 3#古河槽位于2#古河槽左侧，进口在坝址上游1.5km处,进口宽约250m,从左坝肩西侧约680m处通过,长度大于2.5km。根据钻孔、坑槽探和物探资料，三条古河槽的堆积物基本相同,依次为表层的风积黄土层、砂卵砾石层和黑云母花岗岩，风积黄土层分布在古河槽顶部，厚度2.5～9m,渗透系数4.2× 10-4cm/s；砂砾石层分布在古河槽中部，厚度较厚，整体结构较密实，局部夹有1～2m厚的级配较差的砂砾石层，前期设计阶段渗透系数5.33×10-3cm/s，属中等透水，据后期补充地质勘探成果，渗透系数1.4×10-2～2.4×10-1cm/s，属强透水层；黑云母花岗岩分布在古河槽最下部，强风化带厚度3～4m。

2 前期设计对古河槽的渗流计算分析

该工程在前期设计阶段，对主坝左岸的古河槽拟定7个不同方案进行了三维有限元渗流分析计算，并对2#、3#古河槽进行了最大渗透坡降及其出口渗透坡降分析计算。

2.1拟定方案及计算结果16

方案一：假定对1#古河槽进口表层黄土被全部挖除，坝基黄土为天然状态；方案二：1#、2#、3#古河槽表层均为天然黄土，坝基黄土为天然状态；方案三：仅对1#古河槽进口表层增设粘土铺盖，坝基黄土为天然状态；方案四：仅对1#古河槽进口表层增设混凝土面板，坝基黄土为天然状态；方案五：仅对1#古河槽进口表层增设混凝土面板，考虑坝基黄土强湿限性；方案六：仅对1#古河槽进口表层增设混凝土面板，考虑坝基黄土强湿限性且砂砾石渗透系数扩大5倍；方案七：仅对1#古河槽进口表层增设混凝土面板，考虑坝基黄土强湿限性且砂砾石渗透系数扩大10倍。计算结果见表1、表2。

表1 古河槽稳定渗流分析渗透流量计算成果表

表2 2#、3#古河槽最大渗透坡降及其出口渗透坡降

2.2计算结论

计算表明，在正常蓄水工况下,方案F7左岸砂卵砾石层的最大渗透坡降较方案FI至方案F6均略有减小,最大渗透坡降出现在发电厂房下游约200m附近,不会对厂房的稳定性造成影响。但方案FI和F2的古河槽砂砾石层的最大渗透坡降为0.1403和0.1310,大于其允许渗透坡降0.l2,渗透稳定性不满足要求，其他五种方案古河槽砂卵砾石层的渗透坡降均小于其允许渗透比降,满足渗透稳定的要求。

2#、3#古河槽最大渗透坡降出现在进口，1#古河槽进口不同处理方式对2#、3#古河槽黄土层最大渗透坡降以及出口渗透坡降有所影响；3#古河槽渗径较长,其出口渗透坡降小于2#渗透坡降；在正常蓄水工况下,2#、3#古河槽最大渗透坡降分别为0.894(方案F7),出口渗透坡降分别为0.0766和0.0609 (方案Fl),均小于其相应土体的允许渗透坡降,满足古河槽渗透稳定的要求。仅采用天然表层黄土进行防渗的方案,不能满足古河槽砂卵砾石层渗透稳定的要求,需要增设粘土铺盖或混凝土面板。根据本工程的实际情况,建议采用方案F5,此时,1#古河槽砂卵砾石层的最大渗透坡降为0.1012,河槽出口的最大渗透坡降分别为0.0389和0.0321,三条古河槽总渗透流量为670万m3/年,可以满足要求。

最终设计推荐仅对1#古河槽进口表层增设混凝土面板，厚20～40cm，考虑坝基黄土强湿限性。对2#、3#古河槽不进行处理。

3 水库下闸蓄水后下游渗水问题分析

后期工程下闸蓄水到1904m(正常高水位1930m)时发现，1#古河槽出口扇面范围内共有20处出水点，随着坝前水位的增高，渗漏量逐步加大，2#、3#古河槽出口也出现了20多处出水点。从渗水表观现象可以看出,各渗水群虽距古河槽进口较远,最近也在1km左右,但渗水具有渗水时间短、出水范围广、渗漏量大等特点。

3.1古河槽渗水监测

针对本工程下闸蓄水后左岸古河槽出现的渗水问题,为了详细了解渗水情况、查明渗水原因及渗漏通道,水库放空后一段时间进行了监测。

(1)从渗水时间与渗流量关系可以得出,古河槽渗水随着时间的推移,渗水流量趋于逐步增大的趋势, 最大时渗流量达到4.5m3/s,水库放水后一段时间总渗流量在4～4.4 m3/s之间波动,水库放空后总渗流量降至0.23 m3/s。

(2)从库水位与渗流量关系可以得出,库水位与渗流量成正比关系,库水位越高，渗漏量越大,库水位在1914左右时,渗流量保持在4m3/s以上。

(3)从古河槽出口各部位渗水量的监测成果可以看出,1#古河槽出口渗水量最大,达到2.4m3/s左右,占古河槽总渗流量的55%左右。

(4)从各古河槽地下水水位与库水位的关系可以看出,两值成正比关系,1#古河槽进口及2#古河槽进口地下水位较高,说明古河槽进口渗流量较大,1#古河槽虽进行了防渗处理,但2#古河槽渗水后地下水位较高,加之两个古河槽之间山梁较低,2#古河槽势必对1#古河槽有水量补给。

(5)从1#古河槽进口至出口水位观测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砾石层的允许渗透坡降0.12，可以满足渗透稳定的要求。

(6)从水库放水过程中水位观测孔的水位变化可以看出,随着库水位的降低,古河槽内地下水也随之降低,初期降幅较大,后期降幅较小。随着放水时间的延长，可以判定进口渗水发生倒流。

(7)水库放空后相当长的一段时间,古河槽水位均较高,出口局部较低部位渗水还在继续,说明古河槽地下水位高且储水量大。

3.2古河槽渗水原因及渗漏通道分析

为了查明古河槽渗水原因及主要渗漏通道,在对古河槽监测成果进行了研究分析的基础上。并对1#、2#、3#古河槽进口、槽身及出口,结合处理方案布置了一定地勘工作，同时结合水库放空前后各渗水点位的表观现象进行渗漏通道分析研究。

3.2.1 古河槽渗水原因分析

（1）从查明的古河槽地质成果分析，虽三个古河槽进口至出口渗径较长，但古河槽砂砾石覆盖层的颗粒级配不均匀性是古河槽渗水的原因之一。

（2）结合1#、2#古河槽进口防渗墙施工先导孔的地质剖面资料可以看出，古河槽基岩埋深较大，特别是2#古河槽覆盖层最深已达90m以上，近百米的作用水头是未经防渗处理的2#古河槽渗水的原因之一。

（3）从三个古河槽的钻孔及观测孔基岩面高程成果可知，三个古河槽在槽身中部以下基本贯通，这也是渗水产生的时间短、渗水量大、范围广的原因之一。

（4）从古河槽地下水检测成果可以看出，2#古河槽进口地下水位比1#古河槽进口高10m左右，蓄水及放水过程中均会有2#古河槽渗水补给1#古河槽的现象，同时虽3#古河槽渗径较长，基岩面稍高一些，但其对2#古河槽也有一定的渗水补给，因此虽1#古河槽进行了防渗处理，未处理的2#、3#古河槽渗水补给也是渗水原因之一。

3.2.2 渗漏通道分析

（1）从水库蓄水放水过程中发现库面有些部位有大量水泡出现,有的呈喷泉状,这可能是主要的渗水通道,水库放空后将水泡位置与破坏的面板及孔洞位置进行了对比,位置相近。

（2）渗水过程中厂房、渣场及机电公司后坡的黄土浸水后均发生了坍塌及滑坡,从出露的地层分析,局部砂砾石层粒径大且均一,立面也有分布,均属于强透水层,这也是渗水的主要通道。

（3）水库放空后经对三个古河槽进口的检查,发现1#古河槽存在四处薄弱部位,素混凝土防渗心墙底部砂砾石灌浆、导流洞梯形引渠左岸齿墙下砂砾石灌浆、导流洞引渠扶壁式挡墙两侧连接及基础灌浆、湿陷性黄土基础破损的分离式面板,这也是渗水的主要通道。

4 后期对三条古河槽的处理措施

根据对古河槽渗水原因及主要渗漏通道的分析结论，后期对1#古河槽进口采用“防渗墙加分离式面板”的方式完全封闭，即防渗墙轴线布置于发电洞进口至副坝顶部平台之间的2#施工道路上，左岸接1#与2#古河槽之间的出路基岩上，右侧与发电洞进口左侧岩石相接，防渗墙顶部高程1884～1897m，全长282.95m，防渗墙最大深度45.5m，防渗墙以上部位直至副坝趾板之间采用分离式面板防渗；对2#古河槽进口采用全断面防渗墙处理，防渗墙轴线沿1935m等高线布置，两侧与基岩衔接，全场518.2m；3#古河槽的渗水可以补给2#古河槽，因此，对3#古河槽进口采用防渗墙+分离式面板防渗处理，后期，不考虑工期延误而导致的发电损失费，仅对三条古河槽的处理措施费为2亿多元，占原批准投资的近25%。

5 结论

该工程水库左坝肩分布三条古河槽，前期设计阶段通过多种不同处理方案，进行了三维有限元渗流分析计算、最大渗透坡降及其出口渗透坡降分析计算，由于计算过程中所采用的古河槽边界条件及覆盖层颗粒参数与实际不符等原因，得出了三条古河槽总渗透流量为670万m3/年,可以满足工程渗流稳定要求，最终设计推荐仅对1#古河槽进口表层增设混凝土面板，考虑坝基黄土强湿限性，对2#、3#古河槽不进行处理的结论。后期水库下闸蓄水时，三条古河槽出口扇面上不仅发现众多渗水点，而且渗水量较大，直接影响了工程的安全和效益，通过渗流原因、渗流通道分析得知，三条古河槽互为补水，古河槽进口必须全部进行防渗处理，后期经过多方案比较确定的古河槽进口防渗处理措施费大幅增加，约占批准投资的25%。由此可见，坝址选择中不能忽视库区古河槽，坝址选择应尽可能避开古河槽，实在避开不了时，最终方案确定前，要加大古河槽的地质勘探工作量，完全查明古河槽的边界条件及覆盖层组成，要委托多家权威部门进行相关分析计算，在此基础上确定合理可行的古河槽防渗处理方案。

1. 王长录.运用地震法非纵观测系统探测古河槽[J].西北水电,2009,(6):20-23.

2. 沈建,王教辉.古河槽地区水利枢纽的选址[J].江苏水利,2004,(2):16-17.

3. 邓春生，赵坚.古河槽深覆盖层渗流控制措施[J]. 武汉大学学报(工学版)，2011，（2）:161-165

4. 叶建群，熊立刚. 龙开口水电站坝基深槽处理设计[J].水力发电,2013,2(39):28-31.

5. 邵字，许国安等.大西沟沥青心墙坝防渗处理和渗流分析[J].长江科学院院报,2009,(10) :76-81

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.016

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16作者简介：库尔班·依明，(1970年—)，男，高级工程师。