晋中市松塔水库左岸渗漏勘察及防渗措施分析

白 波

（晋中市松塔水利水电有限公司,山西 晋中 030600）

松塔水库枢纽工程大坝坝型为碾压式均质土坝,坝高62.6 m,坝顶高程1029.6 m,坝顶长539 m,正常蓄水位1027.0 m,2017年12 月通过竣工验收。近期水库人员发现左岸下游的坡脚处有库水渗出,该处位于供水发电洞与导流泄洪洞之间,马道临山侧为浆砌石挡墙,设有排水孔,孔内无渗水现象,顺坡脚方向逸出长度约20 m,渗漏量约2.1 L/min,当时的库水位为1023.90 m。针对水库左岸渗漏问题进行地质勘察,查明左岸渗漏通道及空间分布范围,为左岸渗漏工程处理设计提供地质依据。

1 地质勘察

首先收集分析已有地质勘察、施工编录、运行期渗流观测的渗流量、两岸地下水位、坝体浸润线、幕后排水、库水位及前期防渗加固处理等资料[1]；其次,查明左岸地层岩性特征、隔水层、透（含）水层的空间分布、渗透性及与库水位的关系,查明左岸渗漏出逸带（点）与水库之间的渗漏通道、空间分布、渗透性及与库水位的关系；再次,观测钻孔水位、出逸处渗漏量,钻孔结束后,下观测管作为长观孔保留；最后,对覆盖层采用干钻（严禁给水钻探）,观测初见水位并及时记录,钻进至985 m 高程时应停钻,进行地下水位观测,钻孔终孔高程970 m,并观测终孔地下水位,对基岩段进行压水试验。

2 左岸水文地质

松塔水库左岸主要建筑物有供水发电洞、导流泄洪洞、溢洪道等（见图1）,左岸山包现状基本呈台阶状,出溢点处马道地面高程985.0 m~985.5 m,马道临山侧为浆砌石挡墙,高4 m~5 m,其上为土质自然边坡；再往上平台较宽阔,现多为植树,其后侧边坡为土质边坡,高20 m~30 m,边坡坡度30°~60°；其上为上坝公路,上坝公路环绕左岸山包；临水库侧山坡近坝部上部为土质边坡,下部及溢洪道方向为岩质边坡,自然坡度30°~50°,左岸溢洪道处为冲沟。

图1 松塔水库左岸影象图

左岸地下水类型分为松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水两种[2]。①松散岩类孔隙水：分布于左岸阶地上,左岸松散岩类孔隙水分布特征受松散岩类分布影响,松散岩类孔隙水主要接受水库入渗及基岩侧向补给,向下游方向排泄,受下部相对完整基岩阻隔,多沿土岩界线或强风化基岩底部流出。据勘察钻孔水位观测,在库水位1022.52 m~1023.90 m 之间时,左岸松散岩类孔隙水位985.0 m~1003.0 m；②碎屑岩类裂隙水：左岸含水层为三叠系下统刘家沟组中的长石砂岩,水库蓄水以后,左岸地下水位受库水升降而变化,主要由库水经左岸向下游方向排泄。结合本次左岸钻孔压水试验成果,坝址左岸中等透水带基岩渗透系数为0.21 m/d~0.69 m/d,碎屑岩类裂隙水水位受库水位影响而变化。

3 明确左岸渗漏关键点及分析评价

3.1 渗漏现状

库水渗漏处位于供水发电洞与导流泄洪洞之间,马道临山侧及下游侧均为浆砌石挡墙,设有排水孔,孔内无渗水现象,顺坡脚方向出逸长度约20 m,主要出逸点有三处（见表1）,从发现渗水以来,对左岸渗漏出逸带的渗水进行收集后,在出水口设置量筒进行水量观测,记录量筒流满后的时间,左岸库水渗漏出逸带渗漏量实测结果（见表2）,渗漏量变化小,渗漏量约2.1 L/min。

表1 左岸渗漏出逸带（点）水位统计结果表

表2 左岸渗漏出逸带流量观测统计表

3.2 左岸渗漏通道进口及防渗效果分析

左岸渗漏通道进口分析主要考虑水库运行以来不同库水位时地下水及渗漏情况与地层分布及渗透性特征。通过反复核对当时竣工资料,利用勘察钻孔,结合松塔水库左岸防渗地质剖面图,重点关注多个代表性勘探点的实际数据,最后总结得出以下结论：

①局部分析：从钻孔ZK13 b-1、ZK18-9 地下水水位情况分析,防渗剖面桩号TF00+163.1~0+237.4 段覆盖土层底部局部存在卵石混合土、级配不良砾（砂）层,从而形成局部渗漏通道,渗漏层位主要为卵石混合土、级配不良砾（砂）层。此外,室内试验,Q2Pl低液限粘土层渗透性虽然为微弱透水,但据野外观察,Q2Pl低液限粘土层中局部分布有高倾角裂隙,也存在形成渗漏通道的可能。

②总体分析：左岸渗漏通道大体在ZK18-3、ZK18-6、ZK18-9 号钻孔一线,渗漏通道内土层之下、基岩面之上存在一层厚0.90 m~2.70 m 的卵石混合土、碎石混合土、级配不良砂（砾）层[3]。

经分析评价,左岸渗漏与库水位上升、迎水坡基岩面高程、覆盖层岩性及渗透性、下游坡脚处基岩具隔水或阻水作用等因素有关。当库水位高于1020.0 m 时,库水首先通过迎水坡覆盖层及单薄基岩山梁向下游运移,渗漏层位主要为卵石混合土、级配不良砾（砂）层及强风化基岩段,大体以ZK18-9 与ZK18-6 号钻孔中间为界,上游地下水位处于覆盖层中,下游地下水位处于强风化基岩中,最终库水从电站厂房背后开挖平台（高程约985 mm）护坡坡脚处基岩中出逸,在现状库水位下（1022.5 m~1024.0 m）,渗漏出逸量约2.1 L/min,在正常库水位1027 m 时,渗漏出逸量将增大,且地下水水位可能位于覆盖层内,左岸下游渗漏出逸点范围将增大,可能对左岸山体稳定形成威胁。

4 左岸渗漏处理措施

4.1 排水措施

4.1.1 利用排水井下渗降低地下水位

在渗漏出逸点上游方向设置排水井,打穿相对隔水层,将上部浅层水注入下部基岩中,增加上部水向下部基岩的入渗量,减少向下游的逐流量,以消除出逸点渗漏现象,确保左岸土体稳定安全。注水井按2 m 间距布置,导流泄洪洞及一倍洞径范围内不布置,深度以井底高程970 m 控制,共计排水井28 个,进尺约1400 m,井内置护壁管,强风化基岩底部以上5 m 设滤料及花管。

4.1.2 采用导流洞内排水孔降低水位

疏通导流泄洪洞洞顶原设计排水孔,并对洞顶排水孔作加深处理,确保浅层地下水排至洞内,以降低导流泄洪洞沿线地下水位,确保左岸土体稳定安全。采取排水井及导流泄洪洞排水孔疏通或加深排水措施,必要时采取集水廊道与排水井结合的措施。

4.2 防渗措施

根据左岸渗漏特征,采取帷幕灌浆、高压旋喷灌浆及防渗墙防渗措施。

4.2.1 帷幕灌浆防渗

（1）灌浆材料要求：灌浆水泥采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥,水泥标号≥42.5,自下而上的分段灌浆,设计灌浆压力初定为2.5 MPa,可根据现场试验调整。先导孔,采用五点法进行压水试验,帷幕灌浆后的岩体的透水率≤5 Lu。如图2 帷幕灌浆标注图、图3 断面图 G1-G1'剖面所示。

图2 帷幕灌浆标注图

图3 断面图 G1-G1'剖面

（2）灌浆方法：①按施工图纸确定灌浆压力,且应尽快达到设计值（接触段和注入率大的孔段分段升压）。②灌浆遵循分序加密的原则进行。由两排孔组成的帷幕,先下游、后上游排孔的灌浆,每排分序、分段施工。③灌浆孔的基岩段长≤6 m 时,用全孔一次灌浆法；大于6 m 时,应自下而上分段灌浆。④帷幕灌浆段长度采用5 m~6 m,特殊情况下可适当缩减或加长,长度合理控制在≤10 m。⑤进行帷幕灌浆时,坝体和基岩的接触段先单独灌浆并待凝,接触段在岩石中的长度≤2 m。⑥采用自下而上分段灌浆法时,灌浆段的长度因故超过10 m,对该段宜采取补救措施。

（3）灌浆效果：采取帷幕灌浆措施后,有效减小了岩体透水率,降低了幕后水头,水库渗漏量也随之减少。幕后水头折减系数取0.3,由于水库渗流量的减少与水头差的降低基本一致,据此粗略估算防渗工程实施后渗漏量可减少50%~60%以上,渗漏量由原来的库水位1014.00 m 时的0.49 m3/s~0.6 m3/s减小到0.25 m3/s~0.3 m3/s 以下,随着库水位的升高,渗漏流量会加大,防渗效果也会比较明显[4]。

4.2.2 高压旋喷灌浆防渗

在左岸原防渗线桩号FS00+144.0~0+237.4 段对覆盖层进行高压旋喷灌浆处理,高压旋喷灌浆顶线高程为1029.60 m,高压旋喷灌浆底线以基岩面为界（基岩面高程995 m~1008.14 m）,深度约21.46 m~33.78 m。旋喷灌浆采用双管法,浆压30 MPa,气压0.7 MPa,提升速度6.0 cm/min,旋转速度20 r/min,喷嘴直径3 mm,设计参数应根据现场试验结果作具体调整。如图4高压旋喷标注平面图、图5 异常体G2-G2'剖面所示。

图5 异常体G2-G2'剖面

4.2.3 防渗墙

在左坝肩迎水坡下游1030 m 平台上布置塑性混凝土防渗墙,见松塔水库左岸综合水文地质图,防渗墙长约97 m,覆盖层厚5.0 m~35.0 m,基岩面高程994 m~1025 m,防渗墙深入基岩强风化层1 m~2 m[5]。

4.3 有待加强的防渗措施

①依据已有观测孔进行示踪扩散试验,确定左岸库水渗漏途径；②在渗漏出逸点上游方向设置排水井,打穿相对隔水层,将上部浅层水导入下部,并疏通加深导流泄洪洞洞顶原设计排水孔,以降低导流泄洪洞沿线地下水位,确保左岸土体稳定安全（注意：在采取措施之前,水库不应高水位运行）；③建议采取堵排结合、分期实施的方案进行处理,先采取排水措施,并对长观孔进行水位及出溢点水量监测,然后对桩号FS00+144.0~0+237.4 段覆盖层做高压旋喷灌浆处理；④在左岸下游坡脚处库水渗漏出逸带（点）以上的土质边坡设置变形监测点,长期监测左岸下游土质边坡,特别是在水库高水位运行期间；⑤巡视大坝坝体左右岸接坡处、大坝坡脚处、左右坝肩,在汛期或水库高水位运行期间应加密巡视频次。

5 结语

水库工程渗漏病害中,渗漏原因复杂、勘察难度大、渗漏修复专业化技术高、维护成本高,都是客观存在的原因,本次松塔水库左岸渗漏与库水位上升、迎水坡基岩面高程、覆盖层岩性及渗透性、下游坡脚处基岩具隔水或阻水作用等因素有关。结合松塔水库左岸水文地质,通过分析左岸地下水类型,从中找出“水”的诱因,再采用多种检测方式,验证了渗漏病害检测结果。针对性地制定渗漏处理措施,并提出合理化建议,有效提升松塔水库结构安全性及运行稳定性,保障松塔水库的经济、社会效益。