李陟（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

基于溶質(zhì)示蹤法的混凝土堆石壩滲漏分析

李陟
（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

針對(duì)某水利樞紐工程大壩滲漏問題，采用溶質(zhì)示蹤方法對(duì)該水庫滲漏位置進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行結(jié)果分析，根據(jù)分析結(jié)果給出相應(yīng)水庫防滲處理措施。結(jié)果表明：左壩肩心墻上游與下游近10m高程有較強(qiáng)滲漏；右壩肩下覆砂層形成滲漏通道；左右壩肩局部存在較強(qiáng)的繞壩滲漏；壩腳處淺層地下水整體流向?yàn)樽詵|向西，流速較大。

示蹤法；水庫滲漏；分析

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目地點(diǎn)

該水利樞紐工程位于內(nèi)蒙古赤峰市，主壩壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂長614.40 m，壩頂寬8.00 m，最大壩高52.40 m，壩頂高程為730.80 m。副壩壩型為復(fù)合土工膜心墻砂礫石壩。工程正常蓄水位724.0 m，總庫容3.24億m3。河床覆蓋層至基巖采用混凝土防滲墻進(jìn)行防滲，設(shè)計(jì)混凝土防滲墻厚度0.80 m，最大墻高約30 m，墻底嵌入基巖0.5～1.0 m，防滲墻以下為單排灌漿帷幕，灌漿孔底高程為620.00 m，孔距為2.0 m。

1.2 項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)壩址區(qū)的基本地質(zhì)條件，可以將壩址區(qū)含水介質(zhì)劃分為四類：

1）松散孔隙含水介質(zhì)，主要分布于河谷區(qū)上部，主要由松散砂礫石組成，厚度15~20 m，含水層透水性強(qiáng)。

2）密實(shí)的孔隙含水介質(zhì)，主要為泥質(zhì)砂礫石，厚度10~15 m，透水性弱。

3）基巖裂隙含水介質(zhì)，主要為兩岸及壩基覆蓋層以下玄武巖，受節(jié)理裂隙發(fā)育程度及巖體結(jié)構(gòu)控制，基巖裂隙含水介質(zhì)賦水性不勻，透水性變化較大。

4）壩基深層玄武巖下部的第三系半膠結(jié)砂礫巖含水介質(zhì)，該含水層主要由卵礫石組成，透水性強(qiáng)。

2 示蹤試驗(yàn)及示蹤實(shí)驗(yàn)時(shí)間-電導(dǎo)率曲線分析

2.1 示蹤試驗(yàn)投源孔及檢測(cè)孔選擇

根據(jù)初步分析可能存在滲漏的部位，這次檢測(cè)主要針左岸K1孔、K3孔及K5孔，右岸ZK5孔，河床ZK1孔、ZK3孔部位進(jìn)行示蹤試驗(yàn)。

示蹤試驗(yàn)主要6個(gè)投源孔直線布設(shè)在心墻上游1.3m處，根據(jù)投源孔位置在心墻下游壩頂，馬道及壩腳平臺(tái)共布設(shè)22個(gè)觀測(cè)孔，結(jié)合左右岸6個(gè)繞壩滲漏觀測(cè)孔，共有觀測(cè)孔33個(gè)及一個(gè)抽水井。

為提高檢測(cè)精度和檢測(cè)效率，示蹤劑選取食鹽，測(cè)定地下水電導(dǎo)率，反映示蹤試驗(yàn)結(jié)果。使用上海儀電科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的雷磁DDSJ-308F型電層率儀進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，電極選取DJS-1T型電導(dǎo)電極（鉑黑），測(cè)量范圍2~20 000 us/cm，測(cè)量精度11 us/cm。

2.2 示蹤試驗(yàn)時(shí)間-電導(dǎo)率曲線性態(tài)研究

根據(jù)水動(dòng)力學(xué)彌散的基本理論，在瞬時(shí)投源情況下，示蹤劑濃度曲線基本呈密度函數(shù)正態(tài)分布，見圖1（a）。但是，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，介質(zhì)中空隙、裂隙的發(fā)育程度及延伸情況的多變性，可能會(huì)導(dǎo)致雙峰或多峰現(xiàn)象，見圖1（b）。

造成示蹤劑濃度曲線出現(xiàn)雙峰、多峰等現(xiàn)象的主要原因可以歸結(jié)為以下三個(gè)方面：①示蹤劑通過多個(gè)路徑，在不同時(shí)間內(nèi)到達(dá)取樣點(diǎn)。②在試驗(yàn)期間，有人工流場(chǎng)干擾；③試驗(yàn)期間研究區(qū)水位的突然變化，可能改變滲流路徑，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)點(diǎn)示蹤劑的濃度隨之變化，檢測(cè)數(shù)據(jù)曲線就可能出現(xiàn)雙峰或多峰現(xiàn)象。

圖1 瞬時(shí)投源情況下電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)示蹤結(jié)果分析

3.1 左岸示蹤試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)左岸地質(zhì)情況及個(gè)別異?，F(xiàn)象的分析，結(jié)合示蹤試驗(yàn)方法，共選取3個(gè)重點(diǎn)的可能滲漏部位進(jìn)行示蹤試驗(yàn)。其中心墻上游布設(shè)K1，K3，K5等3個(gè)投源孔，心墻下游布設(shè)K2，K4，L4，L5等4個(gè)檢測(cè)孔，結(jié)合左岸已有3個(gè)繞壩滲流觀測(cè)孔L1，L2及L3，共7個(gè)取樣檢測(cè)孔。以K3投源孔，K2接收孔電導(dǎo)率時(shí)間關(guān)系為例分析左岸示蹤試驗(yàn)情況。

根據(jù)檢測(cè)期內(nèi)各檢測(cè)孔試驗(yàn)段所取水樣電導(dǎo)率變化情況，各檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線見圖2。K3孔投放示蹤劑（投放示蹤劑12.5 kg）4 h后K2孔電導(dǎo)率緩慢上升，上升速度較快，13h內(nèi)出現(xiàn)峰值，最大值升高70 us/cm之后緩慢下降。說明K3孔向K2孔方向存在明顯徑流。從取樣孔接收到示蹤劑時(shí)間上看，該試驗(yàn)段686.19~685.19 m段（接觸帶部位）徑流量不大。通過K3孔的示蹤試驗(yàn)，檢測(cè)期間抽水井水電導(dǎo)率出現(xiàn)不同程度上升，但上升幅度較小，出現(xiàn)時(shí)間很晚，說明井水來源于左岸壩肩的滲流補(bǔ)給，至少有一部分來源于左岸壩肩的滲流補(bǔ)給。

圖2 K2檢測(cè)孔電導(dǎo)率－時(shí)間關(guān)系曲線

3.2 河床段示蹤試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)河床地質(zhì)情況及個(gè)別異?，F(xiàn)象的分析，結(jié)合示蹤試驗(yàn)方法，共選取2個(gè)重點(diǎn)的可能滲流部位進(jìn)行檢測(cè)。其中心墻上游布設(shè)2個(gè)投源孔ZK1及ZK3，心墻下游布設(shè)12個(gè)檢測(cè)孔L6，L7，L8，L9，L10，ZK2，ZK4，ZK8，Y1，Y2，HG1及HG2。以ZK3作為投源孔，ZK4為檢測(cè)孔示蹤試驗(yàn)結(jié)果為例分析河床段滲漏情況。

根據(jù)檢測(cè)期內(nèi)各檢測(cè)孔試驗(yàn)段所取水樣電導(dǎo)率變化情況，繪制各檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線（圖3）。

圖3 ZK4檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線

圖3 表明，ZK3孔投放示蹤劑2 h后ZK4孔電導(dǎo)率開始緩慢上升，上升幅度小，72 h后達(dá)到峰值，電導(dǎo)率最大值上升90 us/cm，之后電導(dǎo)率值較為穩(wěn)定無回落跡象，由此判定ZK3孔防滲墻與基巖接觸帶與ZK4孔之間存在的滲流通道，徑流量較大。從ZK3孔各試驗(yàn)段電導(dǎo)率變化、達(dá)到峰值時(shí)間及鉆孔相對(duì)位置分析，ZK3孔在高程652.27~ 653.27 m基巖接觸部位沿ZK3與ZK4之間連通性較好，在示蹤劑投放后，ZK4電導(dǎo)率隨即響應(yīng)，滲流明顯，徑流量較大。

3.3 右岸示蹤試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

選取ZK3作為投源孔，R1為檢測(cè)孔，共進(jìn)行2次示蹤試驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)測(cè)期內(nèi)，各檢測(cè)孔試驗(yàn)段所取水樣電導(dǎo)率變化情況，繪制各檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線，見圖4。圖4表明，ZK5孔投放示蹤劑4 h后R1孔電導(dǎo)率開始緩慢上升，上升幅度小，72 h后達(dá)到峰值，電導(dǎo)率最大值上升80 us/cm，之后電導(dǎo)率值較為穩(wěn)定，檢測(cè)期內(nèi)無回落跡象，由此判定ZK5孔附近水面至入基巖45 m之間部位（高程693.62~678.96 m），與R1檢測(cè)孔之間存在滲流通道，徑流量很小。

圖4 R1檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線

3.4 壩腳示蹤試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

針對(duì)壩腳處（原出水點(diǎn)）地下水流向問題，共布設(shè)5個(gè)鉆孔，分別對(duì)L6，L7，L8，L9，L10及抽水井進(jìn)行了示蹤試驗(yàn)，以L6投源孔，L7檢測(cè)孔電導(dǎo)率時(shí)間關(guān)系為例分析壩腳滲漏規(guī)律。

根據(jù)檢測(cè)期內(nèi)各檢測(cè)孔試驗(yàn)段所取水樣電導(dǎo)率變化情況，繪制各檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線，見圖5。由圖可知，L7鉆孔在投放示蹤劑10 min內(nèi)電導(dǎo)率開始上漲，上升幅度較小，1.5 h達(dá)到峰值，電導(dǎo)率最大值與背景值相差50 us/cm。這次試驗(yàn)由于投放示蹤劑劑量較小，并且壩腳處地面以下為堆石及原河道河床砂卵礫石，其內(nèi)部含有潛水，示蹤劑稀釋速度較快，檢測(cè)期24 h內(nèi)其L7，L8，L9，L10及抽水井未出現(xiàn)明顯的響應(yīng)。

圖5 L7檢測(cè)孔電導(dǎo)率-時(shí)間關(guān)系曲線

4 結(jié)論

通過兩側(cè)壩肩及河床部位示蹤試驗(yàn)的結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論：

1）左壩肩心墻上游孔K1鉆孔高程672.62~674.82 m及649.82~664.82 m；K3鉆孔高程650.19~675.19 m；K5鉆孔高程668.11~691.14 m范圍內(nèi)與下游檢測(cè)孔連通性較好；右岸下伏第三系砂礫石層存在滲漏，滲漏水通過上覆玄武巖越流補(bǔ)給第四系孔隙潛水，滲漏強(qiáng)度大于防滲體與基巖接觸部位。

2）河床段心墻上有孔ZK1鉆孔高程663.95~ 664.95 m 及 629.95~644.95 m；ZK3鉆孔高程653.27~652.27 m及631.07~641.07 m范圍內(nèi)與下游檢測(cè)孔連通性較好。

3）壩腳處淺層地下水整體流向?yàn)樽詵|向西，流速較大，左右壩肩局部存在較強(qiáng)的繞壩滲漏。水庫主壩壩基防滲墻以下與壩肩巖體及副壩，均采用帷幕灌漿方式進(jìn)行防滲處理并進(jìn)行滲漏檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充灌漿，直至整個(gè)水庫無滲漏問題。

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