某新建沥青混凝土心墙坝渗漏的初步分析

2022-06-07祝春江

山西水利 2022年1期

祝春江

（新疆奇台县水利管理总站，新疆奇台 831800）

1 水库概况

某水库工程是一座是以灌溉供水为主，结合防洪、生活及工业供水的综合利用的水利工程。根据水库工程坝址的库区地形、地质条件，工程任务及安全运行的需要，该水库由沥青心墙坝、导流放水隧洞、表孔溢洪洞组成，大坝位于河谷布置，导流放水洞位于左岸，表孔溢洪洞位于右坝肩。

水库为中型Ⅲ等工程，大坝为2级建筑物，导流泄洪隧洞、放水隧洞、表孔溢洪洞为3级，临时建筑物为4级。水库总库容1 440万m3，大坝坝型为碾压式沥青混凝土心墙坝顶高程为1 738.80 m，防浪墙顶高程1 740.00 m，最大坝高84.8 m，坝长175 m。

2 工程地质概况

水库位于河出山口以南2.5～6.0 km的河段上，地貌形态属中低山区。河谷两岸岸坡，产状52°～57°SE∠12°～31°。坝址地貌形态呈“V”形峡谷，坝线处两岸坡基岩大多裸露，边坡稳定，河谷最窄处仅10m。左岸大部分区域基岩裸露，库岸稳定性较好；右岸坡积物覆盖较多，坡积物厚度2～8 m，坡积物出露高程主要位于最高蓄水位以下。

分水岭较高，基岩岩性主要为石炭系上统博格多群上亚群第一组，分布于库区主要岩性为凝灰质砂岩、灰色薄层细砂岩等，库区出露厚度1 101 m，构成河谷两岸岸坡，岩体成中厚层，部分为薄层，只有两组NW向和SE向裂隙和断裂相互切割成网格状，存在小规模的的渗漏通道，存在绕坝渗漏风险。

洞室稳定条件较好，以Ⅳ类围岩为主，部分地段为Ⅴ类，进出口地段岩体较破碎，围岩类别Ⅳ～Ⅴ类。下坝址右岸裂隙较发育，岩体较破碎，上覆基岩岩体厚度较薄，易发生塌方和掉块。

3 坝体基础施工处理及检测成果

3.1 基础处理

基础灌浆，按先固结灌浆，后帷幕灌浆次序进行。大坝两岸岸坡心墙开挖至弱风化基岩顶面，河床部位心墙底部及上、下游过渡料宽度范围内，均开挖至弱风化基岩面上。

帷幕灌浆施工范围为坝体桩号0-125 m至0+150 m，布置于心墙轴线上，采用单排孔，孔距1.5 m，孔径91 mm，孔深按透水率小于5 Lu控制。因心墙基础范围内的断层破碎带需进行处理，桩号0-050～0-045、0-094～0-089、0-122～0-117、0+064～0+069、0+077.5～0+082.5、0+017～0+021在心墙上游侧1 m位置增加一排帷幕灌浆孔，孔距1 m；0+084～0+122在原灌浆孔之间各增加一个帷幕灌浆孔；在坝轴线桩号0-050的位置，帷幕灌浆孔恰好打到断层破碎带上，灌浆量陡然增大，因此在桩号0-052.75帷幕孔的Ⅰ序孔左右0.75 m处各增加一个帷幕灌浆孔，水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七个比级，灌浆开灌水灰比为5∶1，帷幕灌浆孔按自上而下分段灌浆法造孔和采用纯压式灌浆施工。

坝体基础进行固结灌浆，采用两排，孔距1.5 m，排距2.0 m，孔深6.0 m，固结灌浆先进行上游排，次进行下游排。每排分二序孔，先施工一序孔，后施工二序孔，固结灌浆按分序加密的原则划分灌浆单元。固结灌浆液水灰比为2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。

3.2 基础处理检测成果

帷幕灌浆，在各单元工程灌浆全部结束14 d后，进行检查孔的施工，采用自上而下分段钻孔压水试验的方法进行。压水试验的压力按（SL 62-2014）规范执行，压水记录采用灌浆记录仪进行记录。检查孔压水试验结束后，对检查孔按基本孔的要求进行灌浆和封孔。

表1 固结灌浆及帷幕灌浆成果统计表

4 大坝安全监测仪器布置、检测数据及渗漏情况

4.1 检测仪器的布置

大坝坝址河床较窄，只选取了2个横断面（0+000断面、0+025断面）和1个纵断面布置监测仪器。检测仪器包括坝体表面变形观测标点、杆式沉降计、钢丝水平位移计、固定测斜仪、位错计、渗压计、温度计、测压管及水位计。

4.1.1 坝体渗流观测布置

水库共设坝体（坝基）渗流监测断面2个，分别为0+000和0+025断面，每个断面各布设有6支渗压计（安装位置及坝体渗压计安装位置统计见表2）

表2 坝体渗压计安装位置统计表

4.1.2 绕坝渗流布置

UP1、UP2……UP6为绕坝渗流监测测压管，安装位置均紧贴于坝后山体边沿安装（安装位置及坝体渗压计安装位置统计见表3）。

表3 坝体测压管安装位置

4.2 监测数据记录结果分析

自水库下闸蓄水以来，通过1年蓄水，水库最高蓄水水位1 731.45 m。其各仪器监测数据及分析结果如下：

（1）蓄水后坝体最大累计沉降量为365.1 mm，最大沉降量占坝高的0.425%，累计沉降量正常，蓄水对坝体沉降基本没有影响。

（2）心墙与过渡料的相对变形量为-3.4～-31.7 mm，各测点心墙与过渡料的相对变形，全部为初期沥青心墙的沉降变形大于过渡料的沉降变形，后期心墙与过渡料的相对变形基本一致，蓄水引起的相对变形对坝体防渗体未产生影响。

（3）随着库水位不断上升，大坝基础心墙后的渗透计水位不断上升，在库水位1 720 mm附近，坝后渗流逐步趋于稳定，（图2为0+000、0+025断面库水位～渗压计水位关系曲线图）。

图2 0+000、0+025断面库水位~渗压计水位关系曲线图

（4）根据坝后绕坝渗流测压管的监测数据显示（图3库水位与渗压管水位关系），坝体左测的岩体水位始终高于右侧；随坝前库水位不断增加，左侧坝后岩体水位增长幅度明细高于右测坝肩；右侧坝肩的渗流水位趋于平稳，左岸测压管水位为1 666.23～1 691.37 m，右岸测压管水位为1 668.47～1 682.93 m。左岸UP1、UP2测压管水位偏高，右岸测压管水位基本正常。

图3 库水位～测压管水位关系曲线图

4.3 坝后地表渗漏情况

通过视频影像资料和人工观测对地表出流情况的对比，水库库水位升高至1 714.00 m时，距坝后约30 m处的原河床轴线部位出现出水点，其渗水量较少。库水位在1 714.00～1 720.00间，坝后渗水量随坝前水位升高而增加；库水位在1 720.00～1 732.00之间，坝后渗流量趋于稳定；坝后地表出水点高程在1 669.51～1 671.59 m之间，渗流量在30～70 L/s，其渗水水质始终处于清澈状态，未出现浑浊。大坝坝后坡未发生渗水和浸湿的痕迹。

5 渗漏位置及原因分析

5.1 渗漏位置分析

根据出水位置、地质条件、监测数据及地表渗漏情况进行综合分析：（1）水库蓄水过程中，坝后坡始终处于干燥状态，未出现水印和浸湿的痕迹，从而推断坝体自身未出现渗漏；（2）沥青心墙与过渡料的相对变形量差值不大，其变形量较小，未产生较大拉应力造成心墙撕裂破坏；（3）坝后渗漏的水质清澈，未出现浑浊，说明渗水通道未通过坝体；（4）根据绕坝渗漏的曲线位置，左岸测压管UP-1、UP-2数据异常，且管水位较高，其该处附近出现渗漏的可能性较大；（5）水库地质显示：河谷两岸岸坡岩体呈中厚层，部分为薄层，只有两组NW向和SE向裂隙和断裂相互切割成网格状，存在小规模的的渗漏通道，存在绕坝渗漏风险。

综合上述，水库大坝自身不存在渗漏，该渗漏属于绕坝渗漏，坝体左岸坝基处出现渗漏的可能性较大。

5.2 渗漏原因的初步分析

根据综合分析的结果，初步确定绕坝渗漏的可能性较大，其渗漏通道位于岩基裂隙中，因此，推断坝体基础处理存在不合理的因素是造成渗漏的主要原因。

（1）水库基础处理为单排帷幕灌浆，最大帷幕灌浆深度到达93.6 m，河床帷幕灌浆最大深度55 m。在灌浆过程中，岩石坚硬，局部岩体完整性差，在灌浆造孔过程中，灌浆孔孔斜度不易被控制，因此，灌浆下层帷幕的连续性和整体性难以得到保证。

（2）基础帷幕灌浆深度较深，而灌浆采用分段纯压式的灌浆方式，纯压式灌浆的特点是浆液颗粒容易在孔底沉淀，不利于裂隙的填充，其浆液的扩散半径不大，因此，对单排帷幕的连续性也存在一定影响。

（3）帷幕灌浆施工过程中，左岸岸坡部位基础灌浆的最大灌浆压力为1.89 MPa，相应的灌浆率为40 L/min；其次，左岸坝基河谷岸坡较陡，产状在52°～57°间，SE∠12°～31°，灌浆基础处在斜坡位置，从而大大削弱了灌浆基座的的压重功能；另外，岸坡较陡部位处理未采用台阶形式，其混凝土灌浆基座稳定性相对其他部位较差，较大的灌浆压力可能引起表层基岩抬动变形，从而形成渗水通道。

（4）水库通过两年的运行观测记录，坝体未发生大的沉降变形，坝后坡无浸湿现象，同时，在库前同等水位高程下，较前一年的坝后渗流出水量有明显减小。初步分析渗水量减小的原因是水库淤积，泥沙细颗粒将岩体内渗水通道堵塞，使得水库渗漏减小。该现象的发生，从侧面验证该水库渗漏属于绕坝渗漏。

6 处理措施方案

根据坝后坡脚溢出点位置，其溢出点的最大渗透比降为：i=△H/△L=（1 678.66-1 669.50）/（264.5-80）=0.05＜0.12（水库设计河床砂砾石允许渗透比最大容许为0.12），因此，该渗漏不会对坝体正常运行产生影响。需加强观测，建立库水位与坝后渗流量关系曲线，分析库水位与渗流量关系是否同步，分析特点，加强重点水位观测频次。

因沥青心墙防渗坝体自身结构的特点，以及出现渗漏的防渗体位置，很难对防渗体及基础采取措施进行堵漏。为了不降低水库的综合效益，利用该新建水库供水功能，充分利用渗漏水量，在坝后坡脚地表下，在不同高程埋设6排三层PE材质的花管（DN 500），花管用反滤土工布进行包裹，在地下形成临空面，从而更有效的收集地表下渗水，降低渗水水位。通过多根花管收集的渗水，经过量水堰后，引入专门修建的蓄水池中，通过蓄水池再引入生活及工业供水管网中。通过此措施，一方面可以更精准的观测确定坝后渗流量，另一方面使水库渗流得以控制并加以利用。