文祖口水库降水过程的坝基渗漏分析

祁 军, 樊冬梅, 杨振华

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000)

文祖口水库降水过程的坝基渗漏分析

祁 军, 樊冬梅, 杨振华

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000)

水库渗漏的处理中查明库水渗漏位置与渗漏性质对后续处理至关重要,通过水库降水过程中渗漏量的观测数据,对可能的渗漏位置与性质进行分析,得出渗漏位置与形成的初步结论,为下步检测与防渗处理工作的布置提供建议。

坝基渗漏;绕坝渗漏;紊流;水库

文祖口水库为一在建小型(Ⅰ)水库,目前大坝主体已填筑完成。2015年,施工方将基坑排水设施拆除后,造成事实蓄水,在水位达到2 750 m左右时,于坝后多处出现渗水情况,渗流量较大,达46.7 L/s,约占水库来水量的50%,且随着库水位升高有渗漏量变大的趋势。因此查明渗漏通道与性质,采取有效的防渗处理措施非常重要。

由于工程目前处于建设期间,不具备蓄水条件,因此对坝前库水进行了排水措施。排水自2016年12月开始,坝前库水位由原2 750 m降至2 738 m。在排水前,对所有渗水点进行分区集流,并在排水期间进行了库水位与渗流量的同步观测。本文就渗漏水量与库水位相关性,并结合坝轴线地质条件,判断渗漏通道,为采取正确有效的检查及防渗处理措施提供依据。

1 工程地质概况

坝址处河谷呈“U”型,河床高程2 730 m,河流比降为5.5‰,两岸地形坡度30°～45°。坝址左岸坡脚处,坡洪积台地上部岩性为碎石土层,厚8～10 m,下部为厚4 m的冲洪积卵石层,结构中密—密实。河床及一级阶地表层为0.3～1.2 m粉土层,下部为全新统冲积卵石层,厚度8 m左右,结构稍密—中密。坝址基岩为古近系砂砾岩与砂岩,其中左岸岩性为砂岩夹砂砾岩,右岸及河床岩性为砂砾岩,基岩中强风化层厚1.4～5 m,弱风化层14～21 m。坝基岩层走向北东70°,倾向南东,倾角10°～26°,发育有4条断层,断层宽度0.5～4 m不等,充填物以青灰色糜棱岩及压碎岩为主。坝线处岩体内除强风化层中节理裂隙较为发育、岩体破碎外,弱风化层、微—新鲜岩体内节理不发育,岩体较完整,总体属层状结构。

微风化—新鲜砂砾岩及砂岩饱和抗压强度为25～58 MPa,中等坚硬岩石为主。根据钻孔压水试验,坝基岩体内透水率<5 Lu的界线在左岸位于基岩面以下11～22 m,右岸在17～20 m,河床段在12～17 m[1]。

坝体为粘土心墙砂壳坝,心墙齿槽置于基岩弱风化层中。根据施工地质编录,左岸在坝轴线桩号0-25.39～0+050 m段岩体受重力卸荷影响较大。卸荷影响下未产生新生卸荷裂隙,主要表现为构造节理在卸荷影响下张开度较大,属正常卸荷松弛类强卸荷带。部分节理相互交错,连通较好。

2 出水点位置与集水观测点的布置

在库水位达到2 750 m时,坝后出水点主要有以下几处:为导流洞出口左侧、溢洪道左右侧与下游左岸山体。各出水点多以线状流水为主,其中导流洞出口处呈带状分布于洞脸边坡下部;溢洪道出口处相对集中,在消力池段砂砾石层处呈带状流出;左岸山体处在高程2 733 m左右呈带状分布,呈线状与散浸状出现。

为观测坝基各部位的渗流量,在已出现的渗水位置与坝后排水盲沟相交处,布置渗流量观测点并收集坝后渗漏水。坝后左右两岸布置了两条集水沟,起点与坝后排水盲沟连接,顺河向布置,在末端设堰进行量测。其中左侧集水沟中主要收集了导流洞出口处的渗流，右侧排水暗渠收集了坝基及右岸绕坝渗流。另外在溢洪道出口处布置一个观测点;在左岸山体处同样布置了一个进行地表汇集测流。以上共布置流量观测点四个。

受渗水点分布与场地条件限制,各渗水处集流观测点所测的各坝段的渗流来源是不同的,根据实地布置。集水沟开挖中出水点等初步判断如下:导流洞出口左侧所集渗水量来源主要包括右岸绕坝渗流与右侧坝基的部分渗流;溢洪道与下游左岸山体观测点渗水来源为左岸绕坝渗漏;排水暗渠观测点渗水来源为坝基渗漏与右侧山体内的绕坝渗漏。

此外,根据坝后各集水点高程分布,采用前期勘探成果,在集水量测时,下部砂砾石层中的潜流按径流断面法估算如下:地下水位以下砂砾石层断面面积达417.2 m2,水力坡降0.55%,砂砾石层渗透系数为0.139 cm/s,估算坝后集水量测点以下地下水径流量为3.18 L/s。

3 初步分析

3.1 导流洞左侧观测点分析

导流洞左侧观测点自库水位2 742.9 m 以下,流量为0.039 L/s,而该流量为导流洞桩号0+570 m处底板山体基岩裂隙水的流量,说明此处观测点的渗流量由两部分组成,即山体基岩裂隙水与右岸绕坝渗漏水。

图1 导流洞出口左侧水位与渗漏量关系图Fig.1 Relationship of left water seepage and reservoir water level of the diversion tunnel exit

从图1渗出点与库水位的关系曲线上可以看出:导流洞左侧渗出点渗漏量与库水位呈较为明显的二次曲线类型,而其它各渗出点与库水的关系曲线基本为近线性曲线。说明导流洞左侧渗出点为紊流型渗漏,即导流洞左侧分布集中渗漏通道的可能性较大。初步推断:

(1) 假设此段灌浆帷幕有缺陷,从而引起集中渗漏,结合施工地质编录与前期勘探地质资料,则右岸绕坝渗漏可能地段有两处:一为桩号0+306.2～0+311.7 m段,在截水槽靠上游处发育有三条卸荷裂隙,有贯穿截水槽后形成集中渗漏通道的可能;二为依据渗出水量与库水位关系分析的渗漏通道底板下限,其高程为2 742.9 m,相应隔水底板位于桩号0+349.5 m,故推断在桩号0+349.5 m段左侧有分布渗漏通道的可能。

(2) 假设右岸帷幕灌浆效果较好,渗漏通道位于帷幕以下,则根据右岸断流时的相应高程2 742.9 m,在桩号0+350 m的右段可能存在渗漏通道,但从库水与渗漏量的曲线来看,随库水位增高,右岸渗漏量增大较明显,库水位与渗漏水量关系曲线趋势为偏向渗水量轴,说明集中渗漏通道在水位上升时未受约束,因此可进一步推断集中渗漏通道位于高程2 750 m相对应的帷幕下限的右段,即桩号0+365 m段右侧。

综上所述,观测点渗漏量由山体基岩裂隙水与右岸绕坝渗漏水两部分组成,右岸绕坝渗漏为集中渗漏,其渗漏通道底板限制高程下限为2 742.9 m,不存在深层渗漏通道。右岸绕坝渗漏通道可能分布地段有:一为桩号0+306.2～0+311.7 m段;二为桩号0+349.5 m段之左;三为桩号0+365 m段之右。同理分析其它渗漏观测点。

3.2 溢洪道观测点分析

溢洪道从渗漏量与库水位关系曲线上(图2)可以看出,二者呈近似线性关系,说明左坝肩渗漏的通道较多,且相互连通性较好。目前的观测资料未发现有明显的变化判定点,仅根据2016年4月的部分观测资料,溢洪道开挖时在坝前水位2 730 m时开始有出水现象,据此初步判断左岸绕坝渗漏下限在2 730 m附近,结合勘探资料对应桩号在0+010 m附近。另外参照左岸山体渗漏观测点分析,其渗漏可能范围在桩号0+010～0-014 m段内。

图2 溢洪道处库水位与渗漏量关系图Fig.2 Relationship of seepage and reservoir water level of spillway

3.3 左岸山体观测点分析

左岸山体观测渗漏量与库水位关系曲线相对杂乱(图3),介于线性与二次曲线之间,且总体偏于线性曲线。结合地质条件,说明左岸山体绕坝渗漏通道多为裂隙性渗漏,裂隙连通率相对较好。此处渗漏量在库水位高程2 746.8 m以下无渗水,说明渗漏通道下限高程为2 746.8 m,推断相应的渗漏通道位置在桩号0-014 m左侧部位。

图3 左岸山体库水位与渗漏量关系图Fig.3 Relationship of water seepage and reservoir water of the left mountain

3.4 排水暗渠观测点分析

排水暗渠渗漏量与库水位关系总体近似呈线性(图4),但由于暗渠处于左岸,观测的渗漏量包含左岸绕坝渗漏与坝基渗漏两部分。另外,由于此处渗水点位于砂砾石层中,下部潜流量的值未能进行观测,也未取得砂砾石层中水位变化与库水位的关系数据,因此对坝基渗漏还不能有较为明确的判断。但坝下游盲沟从库水位2 746 m断流,且总体渗漏量较小等现象,可以初步判断,坝基渗漏量相对较小。

图4 排水暗渠库水位与渗漏量关系图Fig.4 Relationship of water seepage and reservoir water of drainage culvert

3.5 深层渗漏通道分析

右岸从绕坝渗漏量观测值变为0.039 L/s时,其库水位高程为2 742.9 m,说明右岸绕坝渗漏通道下限位于2 742 m左右,不存在有深层渗漏通道的可能。

左岸库水位与绕坝渗漏量的关系曲线近似线性,而深层渗漏一般为束流受限渗漏,即渗漏通道在深埋藏的受限条件下,随着水位的增大,渗漏量的增大相对较少,其库水位与渗漏量的关系曲线为偏向水位轴的一条曲线。从目前的库水位—渗漏量观测曲线来看,均近似线性,未发现偏向水位轴的曲线,因此,左岸存在深层渗漏通道的可能性也不大。

4 结论

(1) 导流洞左侧观测点渗漏量由山体基岩裂隙水与右岸绕坝渗漏水两部分组成,右岸绕坝渗漏为集中渗漏,其渗漏通道底板限制高程下限为2 742.9 m,不存在深层渗漏通道。

(2) 初步判断,坝基段渗漏量相对较小。溢洪道两侧观测点表征的左坝肩绕坝渗漏与库水位关系曲线呈近似线性关系,说明左坝肩渗漏的通道较多,且相互连通性较好。此处产生渗漏的通道分布范围在0+010～0-014 m段。

(3) 根据降水过程中渗漏量与库水位的相关性,结合地质条件进行初步分析,对渗漏通道的分布及渗漏可能产生的原因得出初步结论,对进一步查明渗漏通道,布置检查工作有一定的指导意义。当然最终渗漏通道的确定还需要采取其它手段进行进一步的勘测,为最终采取有效的防渗处理措施提供依据。

[1] 青海省水利水电勘测设计研究院.文祖口水库初设阶段工程地质勘察报告[R].西宁:青海省水利水电勘测设计研究院,2011:15-20.

(责任编辑：费雯丽)

Analysis of the Dam Foundation Seepage in Wenzukou ReservoirPrecipitation Process

QI Jun, FAN Dongmei, YANG Zhenhua

(QinghaiProvincialWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Qinghai,Xining810000)

In reservoir seepage treatment,it is of great importance to find out the location and seepage property of reservoir water seepage. Based on rainfall observation data in the process of reservoir leakage,the suspected position and properties of leakage are analyzed,and a preliminary conclusion is given for further testing and offering advice to the layout of the seepage prevention work.

deam foundation seepage; seepage around the dam; turbulent flow; reservoir

2017-06-15;改回日期:2017-06-22

祁军(1975-),男,高级工程师,水文地质与工程地质专业,从事工程地质勘察工作。E-mail:371718617@qq.com

TV697.3+2

A

1671-1211(2017)04-0407-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.012

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170620.1330.016.html 数字出版日期:2017-06-20 13:30