某大坝渗漏原因分析及治理措施探讨

朱思军，李 川，陈小丹，关 钊，马 勇

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2.广东省岩土工程技术研究中心，广州 510635；3.广东省山洪灾害突发事件应急技术研究中心，广州 510635)

1 工程概况

某水库位于珠三角地区，以蓄水调咸功能为主，为大(2)型水库，正常蓄水位为49.4 m。水库由大坝和溢洪道组成。大坝为土石分区坝，采用上昂式排水体和水平褥垫排水相结合的排渗方式，最大坝高为54.5 m，坝顶长435 m，宽8 m，坝基采用帷幕灌浆止水，坝体和左右坝肩设有位移、渗压计等监测设施，坝脚设有量水堰。大坝典型断面如图1所示。

图1 大坝典型断面示意

2018年，水库水位蓄至45 m以上后，大坝背水坡右侧局部出现渗水点，大坝量水堰监测结果显示渗漏量偏大(渗水区域示意见图2，量水堰监测结果示意见图3)。从图3可以看出，库水位较低时，大坝渗流量随库水位的升降而升降，变化趋势是正常的，但当库水位上升到45 m及以上的高水位后，库水位变化较小，但大坝渗流量出现突增，若库水位上升至正常蓄水位49.4 m时渗流量将更大，渗水点渗出的水量更多，存在较大的安全隐患，须采用各种探测方法查明渗漏原因，并采取针对性的工程措施进行处理。

图2 大坝渗水区域示意

图3 2018年库水位—渗流量—降雨量关系示意

2 渗漏探测方法

由于大坝渗漏原因复杂，渗漏通道隐秘，单一探测手段难以得到满意的结果。国内外学者对探测方法的适用条件作了大量工作[1]，为了探寻渗漏原因，主要采取地质勘察、测压管水位监测及地球物理勘探3种类型的探测手段，各种方法相互印证，以期得到渗漏的真正原因。

2.1 地质勘察

大坝沿坝轴线布置钻孔6个，背水坡布置钻孔16个，共布置钻孔22个。钻孔平面布置见图4所示。

图4 大坝钻孔布置示意

钻探过程中，每隔2～3 m做1次标准贯入试验。对坝体典型区域和坝基、坝肩取土样、岩样和水样，分别进行室内土工试验、抗压强度试验和水质分析。每隔5 m做1次压水或注水试验。

标准贯入试验统计结果见表1。从表1可知，大坝40 m以上防渗区的实测平均标贯击数比40 m以下防渗区的要小，说明坝体下部填土压实度比上部要好，这可能是高水位时渗漏量突增的原因之一。防渗区的实测平均标贯击数比非防渗区的实测平均标贯击数大，符合实际，原因是防渗区的填土压实度要求比非防渗区要高。

表1 坝体标准贯入试验统计结果

坝体注水试验统计结果见表2。从表2可知，大坝40 m以上防渗区的实测渗透系数比40 m以下防渗区的实测渗透系数大，说明坝体下部填土压实度比上部要好，高水位时水从坝体上部更易渗漏，导致渗漏量突增。防渗区的实测渗透系数比非防渗区的实测渗透系数小，符合实际。

表2 坝体注水试验统计结果

2.2 测压管水位监测

为了监测大坝各区域的水位，此次利用全部地质钻孔布置了较多测压管，共布置4个剖面，每一剖面在不同高程布设3～5个测压管，测压管滤管开口段分别位于坝体防渗土料区(I区)、非防渗土料区(II区)及坝基区，平面布置见图5所示，各剖面测压管水位与库水位关系曲线见图6～图9。

图5 大坝测压管布置示意

图6 0+150剖面测压管水位与库水位关系曲线示意

图7 0+250剖面测压管水位与库水位关系曲线示意

图8 0+330剖面测压管水位与库水位关系曲线示意

图9 0+380剖面测压管水位与库水位关系曲线示意

由图6～图9可知，坝基和坝体各测压管测值随库水位的增高而增高，趋势正常，说明从坝基和坝体渗漏的可能性较小。

2.3 地球物理勘探

目前在大坝渗漏检测中比较成熟的物探方法共有8种，分别是直流电阻率法、自然电场法[2]、高密度电阻率法[3]、探地雷达法[4]、拟流场法、弹性波法、温度场法、同位素示踪法，另外还有激发极化微分测深法、井间地震CT技术、面波技术、超声波测井和孔内电视等手段的应用[5]。此次根据实际情况，采用的物探方法有高密度电阻率法、激发极化法等。

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1)高密度电阻率法

高密度电阻率法探测结果见图10所示，从图10可知，L12～L14的3条测线在同一位置附近(0+330～0+380里程，大坝右坝肩处)均有异常点，其连线怀疑为小规模明显渗漏区域。

图10 高密度电阻率法探测结果示意

2)激发极化法

激发极化法探测结果见图11所示，从图11可知，各测线均出现封闭的低阻异常，且低阻异常体的形态及位置在各测线上具有延续性，同时低阻体的位置接近右坝肩，其主要发育区域为0+330～0+380里程段。推测右岸坝肩有渗漏通道的可能性较大。

图11 激发极化法探测结果示意

3 渗漏原因分析

从地质勘察、测压管水位监测、地球物理勘探和弥散试验等方法探测结果可总结如下：

1)根据地质勘察情况，坝址区无溶洞，且无构造破碎带，基本排除地下水从较远处通过溶洞或构造破碎带向坝后渗漏的可能。

2)根据注水试验和标准贯入试验结果，坝体上部相比于坝体下部的渗透性要大，导致高水位时坝体更容易渗漏，这一结果可解释水库水位在库水位上升到45 m及以上的高水位后，库水位变化较小，但大坝渗流量出现突增的现象。

3)根据测压管监测结果，坝基渗流趋势正常，坝基渗漏的可能性较小。

4)根据高密度电阻率法和激发极化法探测结果，右岸坝肩有渗漏通道的可能性较大，水从裂隙发育的坝肩绕渗或从坝体与坝肩交接处渗透。

4 渗漏处理措施比选

目前国内外学者对水库渗漏处理措施做了大量研究[6-11]，针对水库大坝渗漏常用的处理方法有塑性混凝土墙方案、旋喷桩方案、灌浆方案等，下面对这些方案分别进行可行性分析。

4.1 塑性混凝土墙方案

塑性混凝土墙方案具有可靠性好，施工方便，施工工艺成熟，截渗能力强等优点。但塑性混凝土墙施工对坝体扰动较大，且投资大，故该方案适用于局部关键部位的截渗。

4.2 旋喷桩方案

旋喷桩方案具有施工工艺成熟，质量可以保证等优点。但旋喷桩工期长，投资较大，常用作基坑止水帷幕。

4.3 灌浆方案

灌浆方案具有施工快，施工工艺成熟，投资较省等优点。但灌浆质量难以保证。

综合各方面因素考虑，该工程最终采用了灌浆方案，具体如下：右坝肩为最可能的渗漏区域，采用灌注纯水泥浆液进行帷幕灌浆，灌浆孔沿坝轴线布设，延伸至右坝肩30 m处，孔距2 m，从坝顶灌至不透水层(q≤5L u)以下3 m；另外，坝体上部压实度较差，采用成本较低的可控复合膏浆高压脉动灌浆[12]，灌浆孔沿坝轴线布设，孔距2 m，从坝顶灌至坝基面，确保万无一失。

灌浆施工于2020年5月完工，完工后经过了一段时间的观测，2020年量水堰渗流量监测结果见图12。

图12 2020年库水位—渗流量-降雨量关系示意

由图12可知，2020年下半年大坝渗流量对比上半年大幅减小，已处于正常水平。2020年11月库水位达到正常蓄水位49.4 m，经巡查发现大坝背水坡右侧原渗水点处干燥，无水渗出。由此可见，经过灌浆处理后，大坝渗漏问题已彻底解决。

5 结语

1)对大坝进行地质勘察，通过分析坝体不同部位的标贯击数和渗透系数，分析出坝体下部填土压实度比上部要好，高水位时水从坝体上部更易渗漏，导致渗漏量突增。

2)安装测压管对大坝各区域进行水位监测，通过分析库水位与测压管水位变化关系，分析出坝体和坝基水位随库水位变化趋势正常，说明从坝基和坝体渗漏的可能性较小。

3)对大坝进行地球物理勘探，通过分析探测数据，分析出右岸坝肩有渗漏通道的可能性较大。

4)根据方案比选，最终采用灌浆方案进行处理，处理后大坝渗流量大幅减小，且高水位时原渗水点未出现渗水现象，说明处理措施有效，探测结果可信，可为类似工程提供参考。