任倉鈺

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730000)

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紅崖山水庫滲漏問題分析研究

任倉鈺

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730000)

紅崖山水庫從1960年1月開始蓄水至今已經(jīng)55 a了，雖經(jīng)天然落淤、多次防滲處理，但目前水庫滲漏問題依然存在，在一定程度上影響了水庫效益的正常發(fā)揮。根據(jù)勘察、物探測試、滲漏量觀測資料分析水庫產(chǎn)生滲漏的原因，壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件決定了滲漏不可避免，對滲漏量較大的重點壩段(東壩3+600～3+900)進(jìn)行垂直防滲處理，為加高擴建工程滲控設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，也為今后同類工程防滲漏處理積累寶貴的經(jīng)驗。

壩基；滲漏；滲漏量；滲漏密集點；垂直防滲

民勤紅崖山水庫為平原型、亞洲最大的沙漠水庫，庫區(qū)約25 km2，建筑物包括大壩、輸水洞、泄洪閘、溢洪道等。始建于1958年，1960年1月開始蓄水，經(jīng)初建、續(xù)建、擴建和除險加固工程，東壩現(xiàn)狀壩長6 600 m，西壩現(xiàn)狀壩長為1 306 m，現(xiàn)狀庫容萬0.993億 m3，計劃加高擴建后庫容1.48億 m3，水位抬高1.23 m。

紅崖山水庫的庫盆為巨厚的第四系松散層。水庫西岸不存在永久滲漏問題；黑山頭是連接紅崖山水庫東、西壩一基巖殘丘，相對高差60～70 m，為相對不透水的花崗巖，也不存在滲漏問題；水庫南面是石羊河匯入口，地面高程大于正常蓄水位，不存在滲漏問題；水庫東岸則為人工在巨厚的第四系地層上所圍填的人工庫岸(東壩)，存在壩基滲漏問題；西壩位于黑山頭～紅崖山之間，為人工填筑壩體，存在壩基滲漏問題。根據(jù)實測從1959年至2011年水庫淤積物厚度2.45～4.0 m，庫內(nèi)天然落淤形成的鋪蓋，對水庫的防滲堵漏發(fā)揮了極其重要的作用。

因此，紅崖山水庫的滲漏主要是東壩、西壩的壩基滲漏。

1 壩址區(qū)地質(zhì)條件

紅崖山水庫的大壩分西壩、東壩。

1.1 西壩壩基工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

西壩位于紅崖山與黑山頭之間，現(xiàn)狀壩長1 306 m，最大壩高16.5 m，壩頂高程1 484.80 m，為粘土心墻加斜墻壩型。壩址區(qū)原河床覆蓋層厚度1～8 m，為第四系沖洪積的細(xì)砂、中砂和含礫砂組成，其下為新近系(N2)棕紅色砂巖、泥巖、加里東期粗?；◢弾r；左壩肩為第四系下更新統(tǒng)(Q1pl)洪積層，巖性為青灰色泥質(zhì)砂巖和泥鈣質(zhì)膠結(jié)的砂礫巖；右壩肩為黑山頭粗?；◢弾r。在西壩修筑過程中，對壩基進(jìn)行了開挖清基，但清基不徹底，根據(jù)鉆孔揭示：壩體下部遺留有厚度0.43～2.9 m的(Q4alp)含礫砂層(見表1)。下伏新近系紅色砂巖、泥巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，其透水率1.51 Lu，為相對不透水壩基巖體。

表1 西壩壩基覆蓋層未清基遺留層厚度統(tǒng)計表

西壩壩體下部遺留的(Q4alp)沖洪積含礫砂層，成為西壩壩基產(chǎn)生滲漏的主要通道。

1.2 東壩壩基工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

東壩現(xiàn)狀壩長6.6 km，壩頂高程1 485.10～1 484.50 m，最大壩高16.5 m，東壩主要布置于石羊河?xùn)|岸的荒漠、沙地上，壩基主要為第四系沖洪積細(xì)砂、中砂層，據(jù)東壩軸線南端鉆孔孔深50m未見基巖，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析第四系覆蓋層厚度在150～200 m。在壩基的表層普遍分布一層黑灰色淤泥質(zhì)細(xì)砂層，壩基細(xì)砂、中砂厚度較大，結(jié)構(gòu)松散～中密，透水性強，在填筑壩體時，對壩基未做防滲處理，壩基存在滲漏問題。

2 水庫滲漏分析

紅崖山水庫滲漏問題一直存在，雖經(jīng)天然落淤、多次防滲處理，但目前水庫滲漏依然嚴(yán)重，在一定程度上影響了水庫效益的正常發(fā)揮。

2.1 西壩滲漏量觀測

西壩壩體有防滲心墻加斜墻，壩基由于清基不徹底，遺留厚0.43～2.9 m第四系(Q4alp)沖洪積含礫砂層，該層位于不透水的新近系(N2)基巖面以上，厚度不均一，為強透水層，該層構(gòu)成西壩壩基主要滲漏通道。

西壩布置了1個量水堰(4號量水堰)，據(jù)4號量水堰2009～2014年觀測的滲漏量為61.87～114.45萬 m3/a，6 a平均滲漏量75.63萬 m3/a(見表2)，占年觀測滲漏總量的8.55%，均攤到1.306 km長壩段上，單寬滲漏量579.1 m3/a·m。

分析4號量水堰(西壩)2009～2014年庫水位與月溢出滲漏量關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)后4年連續(xù)觀測資料規(guī)律性比較強，當(dāng)庫水位升降時，滲漏量較穩(wěn)定，有隨庫水位升降而增減的現(xiàn)象，但變化不大。說明西壩滲漏量較穩(wěn)定，粘土心墻防滲體系的防滲效果較好。

2.2 東壩滲漏量觀測資料分析

紅崖山水庫東壩較長，壩基為深厚覆蓋層(大于50.0 m)，壩基滲漏問題突出。

東壩壩后目前設(shè)有1、2、3號量水堰，各量水堰的位置、測控的壩段見表2。根據(jù)3個量水堰2009～2014年的連續(xù)觀測資料，滲漏量統(tǒng)計見表3。東壩2009～2014年觀測滲漏量624.71～981.07萬 m3/a，平均滲漏量808.64萬 m3/a。

表2 東壩量水堰位置及各堰測控壩段的樁號

表3 紅崖山水庫壩后滲漏量觀測統(tǒng)計表

1號量水堰測控東壩0+000～0+810段的壩后滲漏量。2009～2014年觀測的滲漏量為15.48～29.63萬 m3/a，平均23.78萬 m3/a，占東壩6年總平均滲漏量(808.64萬m3/a)的2.94%，平均單寬滲漏量293.6 m3/a·m。該段為粘土斜墻壩型，滲漏量相對較小，分析其原因，一是該壩段為粘土斜墻壩型，壩體防滲效果好；二是該段壩前庫內(nèi)原始地形較低，落淤層厚度相對較厚，落淤鋪蓋層的防滲效果顯著；三是該壩段壩基地層中有厚度較大的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，起到隔水的作用，因此該段壩基的滲漏量小。

2號量水堰測控東壩0+081～2+920段的滲漏量，壩高由16.5 m逐漸降低到11.6 m。2009～2014年觀測的滲漏量為380.14～652.01萬 m3/a，平均滲漏量520.96萬 m3/a(見表3)，占東壩6年總平均滲漏量(808.64萬 m3/a)的64.42%，均攤到2.11 km長壩段上，單寬滲漏量2 469.0 m3/a·m，是東壩平均單寬滲漏量(1 418.7 m3/a·m)的1.74倍，該段滲漏問題突出。

分析該段滲漏量大的原因：一是因為0+081～2+920段，壩高相對較大(16.5～11.6 m)、庫水位與壩后第1條排水渠的水位差較大(6.31～9.37 m)；二是庫內(nèi)原始地形相對較高，落淤厚度相對較薄；三是壩基以細(xì)砂、中砂為主，壩基未做防滲處理，因此東壩0+081～2+920段滲漏量大。

圖1 東壩2號量水堰2013年庫水位與滲漏量關(guān)系圖

3號量水堰測控東壩2+920～6+600段的滲漏量，壩高由11.6 m逐漸降低到4.0 m。實際排水渠控制及有滲流溢出的壩段在樁號2+920～5+700段，實際滲流溢出段長2.78 km。2009～2014年觀測的滲漏量為214.94～300.03萬 m3/a，平均滲漏量266.70萬 m3/年，占東壩6年總平均滲漏量(808.64萬m3/a)的32.98%，均攤到2.78 km長壩段上，單寬滲漏量959.4 m3/a·m，占東壩平均單寬滲漏量(1 418.7 m3/a·m)的67.63%，東壩2+920～6+600段滲漏量較大。

東壩3號量水堰測控的3.68 km壩段，壩后滲漏出水不均勻，其中東壩3+600～3+900段滲漏量大，尤其在3+728.2～3+890.2段壩后第1條排水渠有10個滲漏點集中分布，占排查到的滲漏點總數(shù)的91%。經(jīng)過地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法等物探手段綜合探測，結(jié)合鉆孔勘探驗證，在壩體與壩基接觸面有一層含礫砂厚度約0.7 m，壩基透水性相對較大。

分析該段滲漏量大的原因：一是庫內(nèi)原始地形高、落淤層厚度最薄處只有0.1 m，最厚處也只有0.6 m，尤其是靠近壩腳處厚度普遍都在0.2～0.3 m之間；二是壩基以細(xì)砂、中砂為主，局部見有含礫砂層集中滲漏帶。

2.3 東壩滲漏密集點分布及出水特征

2013年10月19日紅崖山水庫管理處在東壩壩后第1條排水渠共發(fā)現(xiàn)4處疑似泉眼冒水點，冒水點位于東壩樁號1+124附近以及3+717～3+867之間，排水渠距離大壩84～150 m。為了徹底查清滲漏點數(shù)量、分布位置、逸出特征、滲漏量大小等問題，對東壩后2縱、21橫排水渠進(jìn)行了拉網(wǎng)式排查，其結(jié)果：滲漏點主要分布在東壩壩后第1條排水渠樁號3+728.17～3+890.17段，段長162 m。共發(fā)現(xiàn)滲漏點、疑似滲漏點10個。

根據(jù)探坑揭露，東壩壩后巖土呈雙層結(jié)構(gòu)：上部1.2 m粉質(zhì)粘土，粘粒含量較高，透水性弱，構(gòu)成微承壓頂板蓋層，下部為繡黃色細(xì)砂層，結(jié)構(gòu)松散，透水性強。排水渠挖除了粉質(zhì)粘土蓋板，滲水從砂層逸出，大部分地段排水渠兩側(cè)砂層渠坡上形成面狀滲水，在局部形成集中出水點，共排查出集中滲水點10個。集中滲水點呈洞穴狀，洞口隨溢出水流有沙沸現(xiàn)象，洞口有少量積沙，水流清澈，也沒有細(xì)砂沿水流方向呈帶狀堆積的現(xiàn)象。分析認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因為壩后逸出上升段水力比降大、洞穴集中出水點的孔口流速相對較大，帶動了細(xì)砂顆粒翻滾所致。

由于東壩2+920～6+600段壩后2011年以來堆填了1～6 m不等的清淤料，壓覆了排水棱體及原壩后縱、橫排水渠，使壩后排水不暢，迫使?jié)B漏逸出點全部后移到第1條排水渠，使得第1條排水渠近年來出現(xiàn)了多處集中滲漏密集點。

2.4 物探測試成果分析

為了查明東壩3+617～3+967段相對集中滲漏段是否存在滲漏通道或集中滲漏帶，勘察中采用地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法兩種物探測試方法，在壩頂、壩后綠化帶、壩后公路邊進(jìn)行測試，物探測試結(jié)論如下：

布置于東壩軸線(樁號3+618.2～3+718.2段和樁號3+718.2～3+818.2段)的高密度電法測線顯示在樁號3+668.2附近及3+753.2附近壩基與壩體接觸面附近存在2處疑似滲漏異常。

布置于對應(yīng)東壩軸線樁號3+568.2～3+968.2段壩后民武公路邊地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法測線顯示有8處疑似滲漏異常點集中分布在樁號3+658.2～3+893.2段，與壩后排水渠底流土集中分布段(樁號3+728.2～3+890.2)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

物探解釋的壩體與壩基接觸面滲漏異常與鉆孔揭示的含礫砂層、粉質(zhì)粘土透鏡體相吻合。物探解譯的壩后公路邊8處疑似滲漏異常點與排水渠相對密集的滲漏點分布基本吻合。

3 紅崖山水庫滲漏問題分析評價

通過前面的分析研究：紅崖山水庫西壩滲漏量小，且滲漏量較穩(wěn)定。這與西壩特有的工程地質(zhì)、水位地質(zhì)條件息息相關(guān)：壩基為新近系(N2)棕紅色砂巖、泥巖及加里東期粗粒花崗巖為相對不透水巖體；左壩肩為第四系下更新統(tǒng)(Q1pl)洪積層，青灰色泥質(zhì)砂巖和泥鈣質(zhì)膠結(jié)的砂礫巖為相對不滲透層；右壩肩黑山頭粗?；◢弾r也為相對不透水巖體。但壩基由于清基不徹底，遺留厚0.43～2.9 m第四系(Q4alp)沖洪積含礫砂層，厚度不均一，為強透水層，該層構(gòu)成西壩壩基主要滲漏通道。

紅崖山水庫東壩壩基覆蓋層深厚(大于50.0 m)，透水性強，在填筑壩體時，對壩基未做防滲處理，因此東壩壩基滲漏量較大。

其中：東壩0+000～0+810段滲漏量較??；東壩0+810～2+920段單寬滲漏量最大，主要原因是壩體高度大、水頭差大，但壩后滲漏點少；2+920～6+600段單寬滲漏量較大，且不均勻，在3+658.2～3+893.2段壩體與壩基接觸面存在滲漏帶，相應(yīng)在壩后第1條排水渠出現(xiàn)滲漏點密集分布，滲漏問題的危害性相對突出。分析認(rèn)為3+600～3+900段是東壩滲漏相對嚴(yán)重的壩段。

4 結(jié)語

根據(jù)勘察、滲漏量觀測資料、物探測試成果綜合分析，紅崖山水庫滲漏主要是壩基的滲漏。

西壩滲漏量小，且滲漏量較穩(wěn)定。

但東壩壩線較長，壩基為深厚覆蓋層(大于50.0 m)，透水性較強，滲漏量大，只有少量粘土斜墻壩型(樁號0+070～1+120)、其余均為分區(qū)混合壩型(樁號1+120～6+660)，對分區(qū)混合壩段進(jìn)行垂直防滲投資特大，也不能徹底封閉壩基、技術(shù)上有一定的難度，對重點滲漏量較大的壩段(東壩3+600～3+900)進(jìn)行垂直防滲處理，但懸掛式混凝土防滲墻的防滲效果有限，但至少可以延長滲徑、減少滲漏量、對滲透穩(wěn)定是非常有利的。

分析紅崖山水庫滲漏特點，具有針對性的對深厚覆蓋層滲控設(shè)計，為今后同類工程的防滲處理積累寶貴經(jīng)驗。

[1]水文地質(zhì)手冊(第二版).地質(zhì)出版社.2012.9.

[2]工程地質(zhì)手冊(第四版).中國建筑工業(yè)出版社.2007.2.

[3]工程地質(zhì)學(xué)(第十章滲漏、滲透變形觀測地質(zhì)研究).

[4]中小型水利水電工程地質(zhì)(第二版).水利水電出版社.1995.6.

[5]甘肅省民勤縣紅崖山水庫除險加固工程初步設(shè)計報告.甘肅省武威市水利水電勘測設(shè)計院.2002.4.

[6]民勤縣紅崖山水庫東壩址總干渠至馮家灘段(0+000～3+000)工程場地地震安全性評價報告.甘肅地震工程研究院.2012.9.

[7]甘肅省民勤縣紅崖山水庫加高擴建工程可研設(shè)計報告.甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院.2015.3.

[8]甘肅省民勤縣紅崖山水庫加高擴建工程初步設(shè)計報告.甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院.2016.1.

[9]民勤縣紅崖山水庫除險加固工程前期資料文件匯編.民勤縣紅崖山水庫除險加固工程管理處.2003.

[10]甘肅省民勤縣紅崖山水庫2009～2014年滲漏量觀測資料.民勤縣紅崖山水庫管理處.2015.3.

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1004-1184(2016)06-0132-03

2016-10-17

任倉鈺(1964-)，男，陜西山陽人，高級工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘察設(shè)計工作。