基于溶质示踪法的混凝土堆石坝渗漏分析

李陟（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

基于溶质示踪法的混凝土堆石坝渗漏分析

李陟
（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

针对某水利枢纽工程大坝渗漏问题，采用溶质示踪方法对该水库渗漏位置进行检测并进行结果分析，根据分析结果给出相应水库防渗处理措施。结果表明：左坝肩心墙上游与下游近10m高程有较强渗漏；右坝肩下覆砂层形成渗漏通道；左右坝肩局部存在较强的绕坝渗漏；坝脚处浅层地下水整体流向为自东向西，流速较大。

示踪法；水库渗漏；分析

1 工程概况

1.1 项目地点

该水利枢纽工程位于内蒙古赤峰市，主坝坝型为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶长614.40 m，坝顶宽8.00 m，最大坝高52.40 m，坝顶高程为730.80 m。副坝坝型为复合土工膜心墙砂砾石坝。工程正常蓄水位724.0 m，总库容3.24亿m3。河床覆盖层至基岩采用混凝土防渗墙进行防渗，设计混凝土防渗墙厚度0.80 m，最大墙高约30 m，墙底嵌入基岩0.5～1.0 m，防渗墙以下为单排灌浆帷幕，灌浆孔底高程为620.00 m，孔距为2.0 m。

1.2 项目区水文地质条件

根据坝址区的基本地质条件，可以将坝址区含水介质划分为四类：

1）松散孔隙含水介质，主要分布于河谷区上部，主要由松散砂砾石组成，厚度15~20 m，含水层透水性强。

2）密实的孔隙含水介质，主要为泥质砂砾石，厚度10~15 m，透水性弱。

3）基岩裂隙含水介质，主要为两岸及坝基覆盖层以下玄武岩，受节理裂隙发育程度及岩体结构控制，基岩裂隙含水介质赋水性不匀，透水性变化较大。

4）坝基深层玄武岩下部的第三系半胶结砂砾岩含水介质，该含水层主要由卵砾石组成，透水性强。

2 示踪试验及示踪实验时间-电导率曲线分析

2.1 示踪试验投源孔及检测孔选择

根据初步分析可能存在渗漏的部位，这次检测主要针左岸K1孔、K3孔及K5孔，右岸ZK5孔，河床ZK1孔、ZK3孔部位进行示踪试验。

示踪试验主要6个投源孔直线布设在心墙上游1.3m处，根据投源孔位置在心墙下游坝顶，马道及坝脚平台共布设22个观测孔，结合左右岸6个绕坝渗漏观测孔，共有观测孔33个及一个抽水井。

为提高检测精度和检测效率，示踪剂选取食盐，测定地下水电导率，反映示踪试验结果。使用上海仪电科学仪器有限公司生产的雷磁DDSJ-308F型电层率仪进行电导率测定，电极选取DJS-1T型电导电极（铂黑），测量范围2~20 000 us/cm，测量精度11 us/cm。

2.2 示踪试验时间-电导率曲线性态研究

根据水动力学弥散的基本理论，在瞬时投源情况下，示踪剂浓度曲线基本呈密度函数正态分布，见图1（a）。但是，由于地质条件的复杂性，介质中空隙、裂隙的发育程度及延伸情况的多变性，可能会导致双峰或多峰现象，见图1（b）。

造成示踪剂浓度曲线出现双峰、多峰等现象的主要原因可以归结为以下三个方面：①示踪剂通过多个路径，在不同时间内到达取样点。②在试验期间，有人工流场干扰；③试验期间研究区水位的突然变化，可能改变渗流路径，会导致检测点示踪剂的浓度随之变化，检测数据曲线就可能出现双峰或多峰现象。

图1 瞬时投源情况下电导率-时间关系曲线

3 现场示踪结果分析

3.1 左岸示踪试验数据分析

通过对左岸地质情况及个别异常现象的分析，结合示踪试验方法，共选取3个重点的可能渗漏部位进行示踪试验。其中心墙上游布设K1，K3，K5等3个投源孔，心墙下游布设K2，K4，L4，L5等4个检测孔，结合左岸已有3个绕坝渗流观测孔L1，L2及L3，共7个取样检测孔。以K3投源孔，K2接收孔电导率时间关系为例分析左岸示踪试验情况。

根据检测期内各检测孔试验段所取水样电导率变化情况，各检测孔电导率-时间关系曲线见图2。K3孔投放示踪剂（投放示踪剂12.5 kg）4 h后K2孔电导率缓慢上升，上升速度较快，13h内出现峰值，最大值升高70 us/cm之后缓慢下降。说明K3孔向K2孔方向存在明显径流。从取样孔接收到示踪剂时间上看，该试验段686.19~685.19 m段（接触带部位）径流量不大。通过K3孔的示踪试验，检测期间抽水井水电导率出现不同程度上升，但上升幅度较小，出现时间很晚，说明井水来源于左岸坝肩的渗流补给，至少有一部分来源于左岸坝肩的渗流补给。

图2 K2检测孔电导率－时间关系曲线

3.2 河床段示踪试验数据分析

通过对河床地质情况及个别异常现象的分析，结合示踪试验方法，共选取2个重点的可能渗流部位进行检测。其中心墙上游布设2个投源孔ZK1及ZK3，心墙下游布设12个检测孔L6，L7，L8，L9，L10，ZK2，ZK4，ZK8，Y1，Y2，HG1及HG2。以ZK3作为投源孔，ZK4为检测孔示踪试验结果为例分析河床段渗漏情况。

根据检测期内各检测孔试验段所取水样电导率变化情况，绘制各检测孔电导率-时间关系曲线（图3）。

图3 ZK4检测孔电导率-时间关系曲线

图3 表明，ZK3孔投放示踪剂2 h后ZK4孔电导率开始缓慢上升，上升幅度小，72 h后达到峰值，电导率最大值上升90 us/cm，之后电导率值较为稳定无回落迹象，由此判定ZK3孔防渗墙与基岩接触带与ZK4孔之间存在的渗流通道，径流量较大。从ZK3孔各试验段电导率变化、达到峰值时间及钻孔相对位置分析，ZK3孔在高程652.27~ 653.27 m基岩接触部位沿ZK3与ZK4之间连通性较好，在示踪剂投放后，ZK4电导率随即响应，渗流明显，径流量较大。

3.3 右岸示踪试验数据分析

选取ZK3作为投源孔，R1为检测孔，共进行2次示踪试验，根据检验测期内，各检测孔试验段所取水样电导率变化情况，绘制各检测孔电导率-时间关系曲线，见图4。图4表明，ZK5孔投放示踪剂4 h后R1孔电导率开始缓慢上升，上升幅度小，72 h后达到峰值，电导率最大值上升80 us/cm，之后电导率值较为稳定，检测期内无回落迹象，由此判定ZK5孔附近水面至入基岩45 m之间部位（高程693.62~678.96 m），与R1检测孔之间存在渗流通道，径流量很小。

图4 R1检测孔电导率-时间关系曲线

3.4 坝脚示踪试验数据分析

针对坝脚处（原出水点）地下水流向问题，共布设5个钻孔，分别对L6，L7，L8，L9，L10及抽水井进行了示踪试验，以L6投源孔，L7检测孔电导率时间关系为例分析坝脚渗漏规律。

根据检测期内各检测孔试验段所取水样电导率变化情况，绘制各检测孔电导率-时间关系曲线，见图5。由图可知，L7钻孔在投放示踪剂10 min内电导率开始上涨，上升幅度较小，1.5 h达到峰值，电导率最大值与背景值相差50 us/cm。这次试验由于投放示踪剂剂量较小，并且坝脚处地面以下为堆石及原河道河床砂卵砾石，其内部含有潜水，示踪剂稀释速度较快，检测期24 h内其L7，L8，L9，L10及抽水井未出现明显的响应。

图5 L7检测孔电导率-时间关系曲线

4 结论

通过两侧坝肩及河床部位示踪试验的结果分析，可以得出以下结论：

1）左坝肩心墙上游孔K1钻孔高程672.62~674.82 m及649.82~664.82 m；K3钻孔高程650.19~675.19 m；K5钻孔高程668.11~691.14 m范围内与下游检测孔连通性较好；右岸下伏第三系砂砾石层存在渗漏，渗漏水通过上覆玄武岩越流补给第四系孔隙潜水，渗漏强度大于防渗体与基岩接触部位。

2）河床段心墙上有孔ZK1钻孔高程663.95~ 664.95 m 及 629.95~644.95 m；ZK3钻孔高程653.27~652.27 m及631.07~641.07 m范围内与下游检测孔连通性较好。

3）坝脚处浅层地下水整体流向为自东向西，流速较大，左右坝肩局部存在较强的绕坝渗漏。水库主坝坝基防渗墙以下与坝肩岩体及副坝，均采用帷幕灌浆方式进行防渗处理并进行渗漏检测，在此基础上进行补充灌浆，直至整个水库无渗漏问题。

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2016-10-19