奴尔水库坝后渗漏及处理方案浅析

韩 越

(新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，新疆 昌吉 831100)

1 坝后渗漏现象

大坝渗流监测结果显示，心墙基座下游各测点渗压分布曲线基本符合混凝土心墙坝渗压分布的一般规律，左右岸高，河床部位低，河床部位防渗墙折减水头达70%以上。渗压计对库水位变动不敏感[1]，说明河床主要部位防渗体的防渗效果是明显的；两岸测压管水位在蓄水前管内无水，自蓄水后随库水位的升高管内相继出现渗压水位，并随库水位的上升而上升。2019年6月18日洪水期时，蓄水水位2464.72 m，左岸渗压水位为2430.60 m～2455.60 m；大坝基础渗压水头为0～6.8 m；右岸渗压水位为2429.11 m～2438.61 m。

大坝渗漏水量采用2019年3月底坝后建成的四个量水堰测定，截至目前量测的渗漏水量一直为130 L/s左右，渗水量没有明显变化，其中左岸量测的水量约60 L/s左右，右岸量测的水量约为70 L/s左右。

2 渗漏原因初步分析

出现渗漏后，相关人员到现场进行了考察，在大坝相应位置布置了5个勘探试验孔进行压水试验，并通过对前期地质勘察成果和后期施工地质资料的对比，初步分析渗漏原因。

据施工开挖地质编录资料，两岸建基面基础为Q1西域砾岩，砾岩大部分以钙质胶结为主，断层和裂隙不发育，岩体较完整，以弱透水性～中等透水为主，岩体透水率主要在1 Lu～20 Lu范围内，根据砾岩工程特性，胶结砾岩的允许渗透比降大于4，西域砾岩局部砾石间缺少细粒充填，存在孔隙结构，具有较强的透水性，呈透镜体状或团块状分布于泥钙质胶结的砾岩中，未见成层分布。

根据以往水利水电工程坝后漏水的研究经验认为，造成坝后漏水的原因主要有坝体渗漏、坝基渗漏和绕坝渗漏。通过对前期各阶段的地质勘察成果、技施阶段的现场地质素描以及本次复勘的地质勘察成果进行分析，结果如下：

(1)坝体渗漏

如图2所示，矿区内出露地层为寒武系黄洞口组中段(∈h2)和上段(∈h3)，是一套浊积碎屑岩，岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、细砂岩等，为矿区内金矿体的围岩，其金、银元素丰度值分别为地壳平均值的4～5倍和17倍。

在水库初期蓄水过程中，下游坝体中埋设的渗压计和测压管在蓄水前和蓄水后，渗压水位变化不大，并有明显的滞后现象，坝体后的浸润线较低，表明大坝防渗体起到应有的防渗效果。

(2)坝基渗漏

在水库初期蓄水过程中，埋设于断面防渗墙下游的基础渗流测点的渗压水位均随库水位的上升而上升，变化幅度不大，与库水位相关性较好，说明防渗墙及帷幕的截渗有一定的效果，但坝基存在一定的渗漏通道，渗透坡降不大。经初步验算和三维渗流计算成果，水库蓄水至正常高水位2497.00 m时，渗透坡降小于允许渗透比降，坝基渗透是稳定的。

(3)绕坝渗漏

在水库初期蓄水过程中，两岸坝基测压管由管内无水状态逐渐转变为有渗压水头，其管内水位也随库水位的上升而上升，越靠近岸边测压管渗压水位越高，且随着库区水位的上升渗压管水位越高，说明存在绕坝渗漏现象，与库水位相关性也较好。

两岸坝基建基面的以下均为Q1砾岩，根据施工开挖地质编录资料，坝基砾岩没有断层和裂隙，岩体完整，不会沿构造产生集中渗漏。据前期各阶段的地质勘察成果、施工阶段的现场地质素描以及本次复勘的地质勘察成果资料，西域砾岩内局部存在孔隙结构，呈透镜体或团块状分布砾岩中，不连续。渗漏产生的原因主要有：一是由于坝基帷幕以下岩体仍为弱透水，局部为中等透水，会产生坝基渗漏；同时坝基防渗可能存在薄弱环节，局部漏水后造成个别测点值较高；二是两岸坝肩虽为弱透水，但也存在绕渗；三是导流兼泄洪冲砂洞及发电洞均为有压隧洞，且已充水，内水外渗也会造成左岸绕坝渗漏。初步分析目前渗漏量主要以绕坝渗漏为主。

3 坝后渗水处理

3.1 补充勘探工作

大坝出现渗漏后，相关单位技术人员到现场进行了查勘，在大坝左岸岸坡布置了5个勘探试验孔进行压水试验，位置分别位于坝0+108.611 m、坝0+120.495 m、坝0+144.317 m、坝0+156.611 m和坝0+168.111 m。

坝址区补强灌浆勘探试验孔压水试验统计结果显示：透水率q≥34.18 Lu者共0段；透水率34.18 Lu>q≥10 Lu者共26段，平均透水率13.55 Lu，占压水试验总段数(60段)的43.33%；透水率10 Lu>q≥5 Lu者共11段，平均透水率6.8 Lu，占压水试验总段数的18.33%；透水率5 Lu>q≥1 Lu者共18段，平均透水率3.3 Lu，占压水试验总段数的30.33%；透水率q<1 Lu者共5段，占压水试验总段数的8.33%。因此，在建基面以下130 m范围内，总体微透水性(1 Lu>q≥0.1 Lu)岩体比较少，中等透水性(34.18 Lu>q≥10 Lu)和弱透水性(10 Lu>q≥1 Lu)为主。从单孔透水率大小来看，个别孔在勘探深度内存在透水性变化较大的现象，即坝基岩体存在差异性透水问题，可能与砾岩内局部孔隙较发育有关。据统计，坝址区岩体透水率q<5 Lu的界线埋深一般为42 m～50 m(自建基面算起)，q<10 Lu的界线埋深一般为31 m～42 m(自建基面算起)，q<10 Lu界线的上部岩体透水率大多为10 Lu～20 Lu，超过20 Lu的很少，最大透水率为34.18 Lu。

3.2 处理方案

需完善下游两岸及坝后反滤保护和排水处理，确保大坝及两岸坡渗透稳定；在两岸坡坝体心墙上游侧布置2排帷幕灌浆孔进行补强堵漏，梅花型布置，钻孔宜穿过地基混凝土底板检查并试灌，深度根据止漏效果确定，要特别注意岸坡和底板结合部位的可灌性，必要时两岸增设灌浆平洞向两岸延伸，补强灌浆宜分期实施，根据灌浆效果先左岸后右岸，先两岸坡后两坝肩。

(1)补强帷幕灌浆

大坝两岸基础虽置于Q1地层的新鲜岩层内，但地层沉积不均一，两岸存在一定绕坝渗流，针对此问题，对两岸坡坝基及坝肩及隧洞进行补强帷幕灌浆，岸坡灌浆深度可按坝体高度的1倍控制且不深于2370 m高程，灌浆材料可采用42.5普通硅酸盐水泥。在两岸坡基岩段进行补强帷幕灌浆[2]，灌浆范围左岸坝0+000.00 m～坝0+171.00 m，右岸0+582.00 m～坝0+746.00 m，并在左、右岸各布置一灌浆平洞，平洞长30 m，为2.5 m×3.5 m(宽×高)城门洞型隧洞。考虑沥青心墙位置及心墙厚度、过渡料宽度、施工孔斜控制、灌浆效果等因素，补充灌浆孔布置在原心墙帷幕线上游侧(心墙上游的3 m宽过渡料内)，布置1排，孔距1.5 m，梅花形布置，每排孔分为三序。由于心墙上游的过渡料只有3 m宽，灌浆孔布置空间十分狭窄，要求坝体内造孔施工时要严格控制施工孔斜，将孔斜控制在0.5%以内，以避免灌浆施工对沥青混凝土心墙造成损坏。左岸坝0+000.00 m～坝0+171.00 m灌浆深度为20 m～61.5 m，右岸坝0+582.00 m～坝0+746.00 m，灌浆深度为20 m～63.5 m。工程泄水隧洞均布置在左岸，明挖、洞挖等爆破施工时对岩体的影响远大于右岸，因此需对位于防渗轴线处的溢洪洞、泄洪冲沙洞断面进行截水环帷幕灌浆处理。对两条泄水隧洞在坝体防渗体中心线上下游进行3排环向帷幕灌浆，灌浆深度溢洪洞为8 m，泄洪冲砂洞为5 m，梅花形布置。

(2)坝后贴坡排水体及排渗沟布置

坝后设置贴坡排水体及排渗沟是为了降低坝体浸润线，控制渗流，防止渗透破坏，同时防止冻胀破坏。排水体有足够排水能力，以保证能自由向下游排出全部渗水，并按反滤原则设计，保证渗透稳定。为充分导排大坝左岸下游渗水并降低场坪处的地下水，在场坪布置两条排渗沟与一条坝坡脚贴坡排水体。1#贴坡排水体布置在坝坡脚处，起始端挖深2 m，与2#排渗沟连接，穿过厂房右侧场坪，将水导入下游泄洪冲沙洞出口消力池末端，纵坡为1/220。贴坡排水体采用粒径大于80 mm的超径料填筑，坝坡面布置30 cm厚反滤层，贴坡排水体填筑至高程2421 m。1#贴坡排水体及2#排渗沟均埋设公称外径为426 mm，壁厚为5.5 mm，开孔率为18%的花管，花管为螺纹钢管。1#排渗沟沿厂房左岸山体侧布置，将水导入下游泄洪冲沙洞出口消力池末端，排渗沟纵坡为1/170。1#排渗沟起始端挖深为2 m，埋设公称外径为426 mm，壁厚为5.5 mm，开孔率为18%的花管。排渗沟及贴坡排水体开挖面均设置30 cm厚反滤层(D=5 mm～40 mm)，埋设花管后填充粒径大于80 mm的排水料。

右岸布置一条坝坡脚贴坡排水体及三条纵向排渗沟。2#贴坡排水体向河床中部汇流，起始端挖深2 m，贴坡排水体埋设公称外径为426 mm，壁厚为5.5 mm，开孔率为18%的花管，采用粒径大于80 mm的超径料填筑，坝坡面及开挖面布置30 cm厚反滤层，贴坡排水体填筑至高程2421 m。3#、4#纵向排渗沟布置在河床，用以导排2#贴坡排水体汇流水，排渗沟埋设公称外径为426 mm，壁厚为5.5 mm的螺纹钢管，填筑大于80 mm的超径料。5#排渗沟布置在右岸下游粉土边坡坡脚处，起始端挖深2 m，纵坡为1/300，埋设公称外径为426 mm，壁厚为5.5 mm，开孔率为18%的花管，并在开挖面布置30 cm厚反滤层，填筑大于80 mm的超径料，填筑至高程2423 m。

(3)新增渗流监测设施

为监测坝体、坝基及绕坝渗流量，坝后渗流量监测按照分区监测的原则，结合坝后截排渠布置在坝后不同位置布设了四个量水堰(LSY-1～LSY-4)。量水堰堰形为三角堰，每个量水堰均安装量水堰计以实现自动化量测。

(4)增设测压管

鉴于目前右岸0+540 m渗流监测断面及0+171 m断面附近测压管及渗压计测值较为反常，为更进一步了解这两个断面附近的坝下渗流状态，在此两个断面附件结合心墙后已有渗压计增加坝体测压管，以增加顺河向渗流监测断面和取得更多的实测成果。现将蓄水安全鉴定意见要求增设的坝下游河床段6个测压管(UP15-UP19)改为分别布置在坝0+180 m坝体下游布置UP19，在坝0+373.50 m坝体下游布置UP18，在坝0+456.50 m坝体下游布置UP16～UP17，在坝0+580.00 m坝体下游布置UP15，新增测压管孔底高程均位于河床高程2420.00 m。同时，为进一步了解左岸的渗流情况，在左岸增设两支测压管UP20、UP21。

4 补强灌浆后的效果

经补强灌浆后，坝后渗漏量未见明显减少，分析认为渗漏可能另有通道。结合目前观测资料及经验初步判断，坝基渗漏及绕坝渗漏所形成渗流场对两岸山体和坝体渗透稳定性影响不大，仅是水库的渗漏损失的影响；同时根据新疆多泥沙河流特点以及本工程水库库区分布近2000万m3粉土塌岸量，预计工程在经历几个汛期后，水库渗漏量会呈现逐渐减少的趋势。建议水库进一步缓慢蓄水，在后续蓄水过程中要密切关注渗压、渗漏量及边坡的变化情况，及时分析监测数据，发现异常问题立即停止蓄水并采取有针对性的应急处理措施。

经初步验算和三维渗流计算成果，水库现状及蓄水至正常高水位2497.00 m时，渗透坡降均小于允许渗透比降，坝基渗透是稳定的。现状坝下渗流呈多点分散性，尚不能确定防渗体结构是否存在集中渗漏现象，但目前尚不影响大坝安全。已完成的岸坡坝基灌浆处理，对西域砾岩防渗的长期耐久性是有利的，可作为岸坡防渗的安全储备。

5 建议

1)加强水情测报，适时掌握上游水情，保证工程安全；加强观测和巡查，如果发生特殊情况，要求必须降低水库水位时，应开启泄洪设施泄洪，同时作好大坝下游河道的预警预报工作。

2)水库进一步抬蓄时，预计渗水量还将继续增大，蓄水过程中要密切关注渗压、渗漏量及边坡的变化情况，及时分析监测数据，蓄水期间注意事项如下。

①对坝体连续观测，严格监测蓄水期坝体在水荷载作用下有无出现异常现象，如坝体变形、渗漏量出现突然增大的现象[3]，或坝后、坝基渗水出现水质浑浊现象等；

②注意加强扬压力观测，如坝后岸坡较高部位出现渗水点，及时在岸坡渗水点高程以下钻设水平排水孔以降低岸坡出渗点高程；如坝体后边坡排水体2421.00 m高程以上部位出现渗水点，紧急铺设无纺布并采用任意料压重；

③蓄水过程中渗压、渗漏量出现突变情况，应立即停止蓄水，如渗压、渗漏量依然变化，需降低水位，直至渗压、渗漏量达突变前的量值。