大封门水库副坝渗漏问题探究

张凌晨

（广州市水务规划勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510640）

1 工程概况

1.1 概况及项目背景

大封门水库位于广州市增城区增江二级支流派潭河上游,周围山泉水系丰富,于1969 年12 月动工兴建,1982 年10 月竣工。库区建有一座浆砌石拱坝（主坝）,及一座土坝（副坝）,副坝坝顶高程为271.50 m,最大坝高30.5 m,坝顶长120 m,面宽6 m,迎水坡平均坡为1∶2.4 混凝土护坡,设3 级马道,其后为大体积干砌石棱柱体,为一座以发电为主的兼有防洪效益的小（1）型水库,主要建筑物级别为4 级。

2020 年以来库区管理部门发现副坝棱体仍有持续渗漏情况,管理部门反映下雨时渗漏水量会较平时有所增加,渗漏水温度较低,水质干净,无肉眼可见杂物,发现上述问题后,管理单位对漏水位置新设明沟导排,防止渗漏水流对出水口两侧结构的冲刷,避免渗漏点持续扩大,并设简易混凝土量水堰进行监测,并同步对副坝进行渗漏分析。并作为日后水库工程运行管理、维修加固的依据。

1.2 工程规模等级

大封门水库原设计总库容为665 万m3,为小（1）型水利工程,主要建筑物为Ⅳ级。浆砌石主坝按500 年一遇洪水校核,均质土坝副坝按1000 年一遇洪水校核。

表1 大封门水库工程特性表

续表1

1.3 地质情况

副坝体填土土料主要来源于附近山体的花岗岩风化土和坡残积土,含砂砾质和强风化碎块石。根据本次地质钻孔资料,填土干密度1.59 g/cm3,天然含水率18.1%,最大干密度1.83 g/cm3,最优含水率14.0%,粘聚力24.9 kPa,内摩擦角14.7°,计算得出压实度为86.89%。填土压实度偏低、抗剪指标偏低、含水量偏高。综合土工试验及现场注水试验统计数据,坝体渗透系数为2.38×10-5cm/s～8.92×10-5cm/s,渗透性等级为弱透水。易溶盐含量0%～0.002%,有机质含量0.51%。

2 副坝渗漏情况

副坝整体外观基本完好,坝顶检查未发现裂缝、错动、沉降变形等异常现象。迎水坡用混凝土护坡,背水坡用草皮护坡。坝面排水系统运行良好,大坝未发现裂缝、剥蚀、破损、塌坑、隆起、松脱等异常现象,背水坡未发现异常渗漏和管涌现象。未发现存在白蚁蚁害。

副坝有浸润线监测系统,坝顶有位移沉降观测点,目前运行基本正常。但无渗流量的观测,建议补充渗流量监测设施。现场检查发现副坝排水棱体后渗水,通过简易量水堰测量,现场观测渗水量约10 L/min。

为查明渗漏原因,先对原设计资料结合多年水文观测资料进行计算复核,通过渗透稳定复核及结构稳定复核均显示满足要求,本次将从实际物理及化学方式进一步查明渗漏实际原因。

3 仪器法渗漏通道物探

3.1 物理探测方式

本次利用高密度电法和充电法完成物探工作,揭示渗漏发生原因,高密度电阻率法是一种阵列勘探方法,利用程控电极转换开关和微机工程电测仪实现数据快速、自动采集。具有成本低、效率高、信息丰富、解释方便等优点,已广泛应用于工程、矿产等物探勘察中。

3.2 物探组织工作

本次物探测线沿副坝草坪护坡布设。高密度电法和充电法同线开展测量。由于两种物探方法对场地范围需求不同,且场地有限,高密度电法和充电法完成的测线起止范围存在一定的差异。

本次物探完成工作量为：高密度电法测线10 条,测点点距2 m,测线总长1000 m,共计510 点；工作量详情见表2。

表2 高密度电法工作量一览表

3.3 物探结论

由于场地内电场干扰较大,充电法探测效果差,本次物探成果的综合分析以高密度电法成果为主。综合各测线高密度电法推断解释的异常区平面分布位置,于副坝草坪护坡推断解释渗漏区一处,渗漏区位置及发育走向见图1,渗漏区上游最小宽度约为5.5 m,下游侧较宽,宽度约为12.5 m,呈带状分布,渗漏区平面长度约为44 m,渗漏区平均深度约为16 m。

图1 物探测线布置及推断解释的渗漏区位置示意图

本次物探结论如下：本次物探根据9 处高密度电法异常区,推断解释了渗漏通道1 处；该渗漏通道位于坝肩与山体的结合部位。具体位置及发育形态见图2；随地形起伏变化,各测线揭露的该通道的埋深约为13 m～21 m,平均埋深约为16 m。

图2 渗漏点取样（左）及左坝肩泉水出逸点取样（右）

4 水质化学成分分析

4.1 分析方法

采用高密度电法初步查明了渗漏通道的发育位置及形态,如需进一步明确渗漏水系来源,则需要借助水质化学成分分析。因水质具有化学稳定性及微生物稳定性,所以常常用在工程隐患排查,库区渗漏监测中。

水质化学分析主要有以下几种方法：（1）仪器分析方法；（2）XRF 分析法；（3）中子活化分析法,不同方法适用范围及检测精度各不相同。结合本次渗漏量小,较为清澈,本次水质化学成分分析采用仪器分析法。

4.2 水质分析取样

本次取样分别取水库水、渗漏水、山水水样各2 L（主样1 L、副样1 L）。

本次水样分析含水库水、渗漏水和山水共3 个试样,分析内容包括：阳离子（铵离子（ρ(NH4+））、镁离子（ρ（Mg2+））、钙离子（ρ（Ca2+））、钾.钠离子（ρ（K++Na+））,阴离子（氢氧根（ρ（OH-））、碳酸根（ρ（CO32-））、重碳酸根（ρ（HCO3-））、硫酸根（ρ（SO42-））、硝酸根（ρ（NO3-））、氯离子（ρ（Cl-））,游离二氧化碳（ρ（fCO2））,侵蚀性二氧化碳（ρ（ECO2））,总碱度（ρ（CaCO3））,总硬度（ρ（CaCO3））,矿化度,pH 值。

4.3 水质分析结果及结论

本次三个试样主要分析项目对比结果见表3。

表3 水样分析主要项目对比一览表

通过水质化学分析试验,将分析结果进行二维线型拟合,以副坝渗漏水为基准,拟合后的离散性见图3～图4。

图3 水库水相关性拟合表

图4 山水相关性拟合表

通过水质化学分析,对渗漏水和水库水的阳离子、阴离子、游离二氧化碳、侵蚀性二氧化碳、总碱度、总矿度、矿化度和pH 值进行分析,并进行相关关系拟合,结果显示水库水与渗漏水相关值在0.9917,相关性很高,而山水与渗漏水相关值仅0.7805,对比从水质化学分析相似性结果可以判定渗漏水为水库水。

5 渗漏处理措施或建议

大封门水库副坝已进行帷幕灌浆等工程防渗加固措施并通过验收,可认为防渗帷幕加固是有效的。鉴于上述实际情况,可进一步排除库区直接产生渗漏通道的可能。结合本次物探成果,基本可认为渗漏为副坝左岸绕渗或基础虫洞或软弱破碎带打通了下游与库区水系所致,地下水或山泉水等非库区水系接入渗漏点可能性较小。

大封门水库建设时间相对较早,当时在施工监督和管理方面还未有现在完善,有些受自然条件所限,使得工程建设过程中难免有若干问题。纵观水利建设中水库渗漏现象非常普遍,渗漏程度各不相同,大封门副渗漏出现时间早,管理单位发现后曾于2016 年及时进行了除险加固,加固以后渗漏持续发生,有以下两种可能性：

（1）左岸的坝体填料性质、坝基面防渗处理不均匀,防渗处理效果较右岸差；

（2）副坝左岸存在一定的绕坝肩渗流。

以上为大封门副坝渗漏可能的原因,无论是哪种原因引起,根据水库管理方提供的管理资料,大封门水库几十年的运行良好,渗漏点渗漏水量没有明显变化,说明该渗漏点渗流状况是稳定的,目前为正常、安全状态,不会引起结构破坏,无须进行工程处理。

大封门水库运行几十年来持续发挥兴利调洪效益。结合本次结构模型计算及现场物探分析,建议如下：

（1）尽早完善大坝安全自动化监测设施,考虑增加更加先进的温度计流量监测设施,对大坝渗漏能提前有效监测；加强资料整理与数据分析系统的维护工作,确保土坝监测数据的真实性和合理性。大坝安全监测需高度重视并应加强管理。发现渗流有明显变化趋势,应再次论证分析。

（2）进一步加强管理,包括虫蚁防治,防止因虫蚁破坏引起渗漏通道进一步扩大。

水库大坝渗漏原因复杂多变,形成渗漏通道常常有各种原因交织,应重点做好日常水库大坝各部位的巡查和监控工作,针对工程隐患,做好应急预案,力争将工程隐患消除在发生的源头。