張首軍

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院 陜西 咸陽 721000）

壩址滲漏按其發(fā)生部位可分為壩基滲漏和繞壩滲漏，壩基滲漏指通過壩基覆蓋層及巖體向下游的滲漏，繞壩滲漏指繞過兩岸壩肩巖土向下游的滲漏。壩址滲漏不僅影響工程效益，而且威脅建筑物的安全，因此分析壩址滲漏問題、估算滲漏量，對(duì)工程建設(shè)具有重要的意義。本文對(duì)王圪堵水庫壩址滲漏問題進(jìn)行了分析探討，可供工程建設(shè)借鑒。

1 工程概況

王圪堵水庫工程位于陜西省榆林市橫山縣以北黃河右岸一級(jí)支流無定河中游，距橫山縣城約12km，距榆林市約60km。設(shè)計(jì)壩高44m，壩頂高程1052m，正常蓄水位1046m，死水位1027m，回水長度 13km，是一座以供水、攔沙和灌溉等綜合利用的水庫工程，工程規(guī)模為大（2）型水利樞紐工程。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度a=0.039g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期T=0.35s，相應(yīng)的地震基本烈度＜Ⅵ度。

2 基本地質(zhì)條件

王圪堵水庫工程區(qū)地處陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣，地勢(shì)西北高、東南低，海拔高程1000m～1400m，地形高差約50m～100m。地貌成因種類、形態(tài)類型較為復(fù)雜，東南部為黃土梁峁、丘陵、溝壑地貌，西北部為風(fēng)成沙漠地貌。

本區(qū)地下水按含水層性質(zhì)及埋藏條件可分為孔隙、裂隙潛水和基巖承壓水兩大類。

本區(qū)松散覆蓋層孔隙潛水主要接受大氣降水補(bǔ)給，河谷地帶則主要接受地表水的補(bǔ)給。地下水則多以泉的形式排泄于溝谷中；基巖裂隙水主要接受松散層孔隙潛水的補(bǔ)給，受地層結(jié)構(gòu)的控制，多形成局部承壓水。

3 壩址滲漏分析

3.1 地形地貌及地層巖性

水庫兩岸地形地貌條件不對(duì)稱，左岸為沙漠區(qū)，右岸為黃土梁峁區(qū)。沙漠區(qū)由沙丘、沙梁及洼地組成，右岸殘留一、二級(jí)階地，階地堆積物由沖積成因的細(xì)砂夾粉質(zhì)壤土薄層組成，具二元結(jié)構(gòu)。左岸岸坡地形較陡，自然坡度35°～40°左右，由上更新統(tǒng)沖湖積和全新統(tǒng)坡積物組成，右岸壩肩地形向河床呈微型凸出，上、下游發(fā)育小沖溝。

壩址地層由松散覆蓋層和基巖組成，其中松散覆蓋層分別為人工堆積（Q4s）粉細(xì)砂，全新統(tǒng)沖積（Q42-3al）細(xì)砂，上更新統(tǒng)沖湖積（Q31al+l）粉細(xì)砂。基巖由侏羅系砂巖和泥巖組成，以砂巖為主、泥巖次之，強(qiáng)風(fēng)化厚度2m～5m，中厚層狀，其中砂巖為較軟巖，巖體較完整。泥巖為極軟巖，易軟化，遇水崩解，失水干裂，巖體工程性質(zhì)差。

3.2 壩址滲漏的工程地質(zhì)條件分析

由壩址區(qū)地層巖性可以把滲漏的形式分為第四系松散細(xì)砂層的均勻滲漏及侏羅系砂巖和泥巖受風(fēng)化、卸荷影響較均勻分布的裂隙產(chǎn)生的較均質(zhì)滲漏兩種。

3.2.1 壩址區(qū)松散巖層的滲漏分析

壩址區(qū)松散巖層為人工堆積、全新統(tǒng)沖積粉細(xì)砂層、沖湖積砂層，顆粒均勻，為相對(duì)均質(zhì)的粉細(xì)砂層，厚度7m～11m，根據(jù)野外滲水試驗(yàn)成果，結(jié)合抽水試驗(yàn)，計(jì)算人工堆積（Q4S）砂層，滲透系數(shù)K=6.66×10-3cm/s（K=5.75m/d）、屬較強(qiáng)透水。河床沖積砂層滲透系數(shù)K=3.35×10-2cm/s（K=28.94m/d），屬較強(qiáng)透水。沖湖積砂層滲透系數(shù) K=1.94×10-2cm/s～9.82×10-3cm/s，平均值為 1.94×10-2cm/s（K=16.8m/d），屬較強(qiáng)透水。以上松散巖層為壩址區(qū)主要的滲漏通道。

3.2.2 壩址區(qū)基巖的滲漏分析

壩址區(qū)地層巖性為侏羅系上統(tǒng)安定組（J3a）中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質(zhì)砂巖，紫紅色、淺灰色、暗紫紅色，基巖地層呈單斜構(gòu)造，微向NW緩傾，巖層傾角1°～3°。壩址區(qū)斷裂構(gòu)造及裂隙基本不發(fā)育。

壩基巖體的透水性特征及透水率主要通過鉆孔壓水試驗(yàn)成果來體現(xiàn)，鉆孔壓水試驗(yàn)采用國際上較通用的呂榮試驗(yàn)方法。壩基巖體鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示，壩段巖體透水性具有上部大、下部小的規(guī)律性，巖體單位透水率介于1.0Lu～35Lu之間，不同地段（局部）巖體由于裂隙較發(fā)育透水率達(dá)到11.8Lu～31Lu。根據(jù)巖體滲透性分級(jí)，巖體屬弱透水及中等透水。

表1 壩基覆蓋層滲漏計(jì)算表

表2 壩基基巖滲漏計(jì)算表

表3 繞壩滲漏計(jì)算表

表4 壩基滲漏總量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)水電工程帷幕的一般防滲標(biāo)準(zhǔn)要求；壩高50m以下，可以把q＜5Lu作為相對(duì)隔水巖體；因此按土石壩防滲標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)透水率q>5Lu巖體段作為壩基巖體的滲漏區(qū)間。

3.3 壩址滲漏量估算

3.3.1 壩基滲漏量估算

（1）壩基覆蓋層滲漏量估算

壩基河床覆蓋層厚度7m～11m，為相對(duì)均質(zhì)的粉細(xì)砂層，屬較強(qiáng)透水，存在滲漏問題。滲漏計(jì)算考慮人工堆積砂層和河床沖積砂層兩個(gè)巖土層。滲透系數(shù)分別為：人工堆積砂層 K=5.75m/d（K=6.66×10-3cm/s）、河床沖積砂層 K=28.94m/d（K=3.35×10-2cm/s）。

根據(jù)壩基滲漏計(jì)算公式：

式中，Q——庫水滲漏量，m3/d；

K——土層的滲透系數(shù)，m/d；

H——有效水頭高度，m；

2b——滲流長度，m；

M——透水層厚度，m；

B——壩線計(jì)算段長度，m。

計(jì)算示意圖如圖1所示，計(jì)算的滲漏量結(jié)果如表1。

圖1 壩基滲漏計(jì)算示意圖

（2）壩基基巖滲漏量估算

壩基基巖透水率q一般為1Lu～30Lu，屬中等～弱透水性，滲漏計(jì)算按土石壩防滲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)透水率q>5Lu巖體段進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)壩基滲漏計(jì)算公式：

式中符號(hào)意義同前。計(jì)算的滲漏量如表2所示。

滲透系數(shù)K根據(jù)透水率q換算求得q的加權(quán)平均值為4.67Lu，大值平均值為9.2Lu。

式中，r——鉆孔半徑，m。

3.3.2 繞壩滲漏估算

左岸壩肩沖湖積砂層滲透系數(shù)K=16.8m/d，為較強(qiáng)透水層。根據(jù)均質(zhì)透水層滲漏計(jì)算公式：

式中，Q——繞壩滲漏量，m3/d；

K——土層的滲透系數(shù)，m/d；

H——有效水頭高度，m；

H1——庫水位高出隔水層的高度，m；

h1——河流水邊線的含水層厚度，m；

r——壩肩繞滲半徑，m；

b——水庫沿岸滲漏長度m，b=L/π；

L——繞壩滲漏寬度，m。

計(jì)算的滲漏量如表3，存在較嚴(yán)重的繞壩滲漏問題。繞壩滲漏計(jì)算示意圖如圖2、圖3所示。

圖2 沿壩軸線滲漏示意圖

圖3 繞壩滲漏平面示意圖

綜上所述，壩址滲漏總量統(tǒng)計(jì)如表4。

綜上所述，壩址滲漏量為22409m3/d，年滲漏量約為817.93萬m3，約占河流日來水量（90.37萬m3/d）的2.48%，滲漏損失量不大。

4 防滲處理建議

河床覆蓋層為均質(zhì)的粉細(xì)砂，屬中等透水性地層，水庫蓄水后，受上游河谷庫區(qū)水頭的影響，既有水量損失，又容易產(chǎn)生滲透破壞，對(duì)壩基穩(wěn)定不利。下伏的中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質(zhì)砂巖屬軟巖或較軟巖，巖層產(chǎn)狀基本呈水平狀，透水性屬弱透水及中等透水。水庫蓄水后，在有壓滲流作用下，會(huì)改變壩基巖土體的組成結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生滲透變形及沉降變形，對(duì)壩基穩(wěn)定不利，因此必須進(jìn)行壩址區(qū)的防滲處理。

根據(jù)壩址區(qū)地層巖性及滲漏特征分析，結(jié)合設(shè)計(jì)壩型、壩體規(guī)模、水文地質(zhì)條件以及地形等綜合因素考慮，最終建議對(duì)粉細(xì)砂覆蓋層采取截滲墻等進(jìn)行處理，對(duì)基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理。

5 結(jié)語

因?yàn)闈B漏會(huì)造成水庫的水量損失，會(huì)因滲透水流的潛蝕作用而影響壩基、岸坡巖體或覆蓋層的穩(wěn)定，會(huì)因滲透壓力而影響壩體或壩后建筑物的穩(wěn)定，結(jié)果可能會(huì)危及大壩安全導(dǎo)致工程事故，所以壩址滲漏問題是水庫工程重要地質(zhì)問題之一，應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地層巖性分布特征，結(jié)合室內(nèi)及原位試驗(yàn)，科學(xué)合理的確定滲漏范圍、防滲邊界、巖土滲透參數(shù)、計(jì)算滲漏量，并最終提出防滲處理建議。只有這樣才能取得較為合理的地質(zhì)資料，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。陜西水利

[1]陳德基、司富安等.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JG50487-2008）[S].

[2]常士驃、張?zhí)K民等.工程地質(zhì)手冊(cè)[M]，2007年2月.