何鐵炎，王安源

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

1 工程及滲漏情況簡(jiǎn)介

大庫(kù)斯臺(tái)水庫(kù)是央企援建的牧區(qū)水源水庫(kù)工程，以灌溉牧草地為主，水庫(kù)正常蓄水位1 296.0 m，水庫(kù)總庫(kù)容351.7 萬m3，工程等別為Ⅳ等，屬小（I）型工程。

大壩采用瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程1 298.8 m，最大壩高36.8 m，壩軸線長(zhǎng)430.0 m。河床壩段（B0+025-B0+225）瀝青混凝土心墻厚0.3 m（底部加厚至0.8 m），坐落在基巖上（如圖1），左岸岸坡壩段（B0-020～B0+025）和右岸岸坡壩段（B0+225～B0+430）砂卵石基礎(chǔ)段采用45 cm 厚混凝土墻防滲，混凝土防滲墻嵌巖0.5 m（如圖2）。

水庫(kù)初期蓄水過程中出現(xiàn)較嚴(yán)重滲漏，水庫(kù)蓄水至1 277.27 m 和1285 m 時(shí)，壩后總滲漏量分別約為50 L/s 和100 L/s，滲漏部位主要為兩岸壩肩坡腳，大壩下游浸潤(rùn)線出露點(diǎn)隨壩前水位的增高而增高，最高點(diǎn)高程1 274.0 m。

2 滲漏病險(xiǎn)原因初步分析

滲漏發(fā)生后，補(bǔ)充了大壩基礎(chǔ)地質(zhì)勘探工作[1]，同時(shí)對(duì)比前期地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、施工記錄和蓄水期滲流觀測(cè)資料，對(duì)滲漏原因進(jìn)行了分析，初步結(jié)論如下[2]：

1）大壩河床段覆蓋層薄且已全部清除，下伏基巖透水率小于3 Lu，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，防滲心墻與基礎(chǔ)連接可靠，無壩基滲漏問題。

2）兩岸岸坡段基礎(chǔ)混凝土防滲墻可能存在槽段間開挖不徹底、防滲墻未嵌巖或嵌巖深度不夠、底部沉渣厚度超標(biāo)、混凝土槽段間泥膜過厚等原因，造成砂卵石基礎(chǔ)段混凝土防滲墻可能存在集中滲漏通道。

3）瀝青混凝土心墻在冬季施工過程中可能存在措施不到位而造成的局部缺陷，但考慮瀝青混凝土自身變形修復(fù)能力較強(qiáng)，瀝青混凝土防滲心墻難以形成集中滲漏通道。

3 納滲流探測(cè)在本工程中的應(yīng)用

3.1 滲流探測(cè)技術(shù)的選用

圖1 大壩典型剖面圖（河床段）（B0+025-B0+225）

圖2 大壩典型剖面圖（岸坡段）（B0-020～B0+025）（B0+225-B0+430）

為減少處理方案投資，需對(duì)滲漏通道較精確定位。水庫(kù)滲漏檢測(cè)技術(shù)主要分為鉆探、物探、水位觀測(cè)技術(shù)和水下聲納探測(cè)等技術(shù)方法，前期已經(jīng)采用鉆探和水位觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行了滲漏原因和通道分析。本工程防滲體在壩體中部且厚度薄，上下游寬厚壩體為強(qiáng)透水填筑料，其水下集中滲流通道檢測(cè)十分困難。借鑒聲納滲流探測(cè)技術(shù)在白云電站混凝土面板堆石壩滲漏點(diǎn)探測(cè)[3]、于橋水庫(kù)均質(zhì)土壩滲漏點(diǎn)探測(cè)[4]上的成功應(yīng)用，經(jīng)多方討論決定采用新型水下聲納滲流探測(cè)技術(shù)對(duì)本工程集中滲漏通道進(jìn)行探測(cè)。

3.2 聲納滲流探測(cè)技術(shù)原理[5]

聲納滲流探測(cè)技術(shù)，是根據(jù)聲波傳播速度順流向加大、逆流向減小的特點(diǎn)，在同一傳播距離上不同的傳播時(shí)間，建立滲流場(chǎng)內(nèi)水體流速計(jì)算公式[2]，如下：

式中 L——聲波在傳感器之間傳播路徑的長(zhǎng)度（m）；

X——傳播路徑的軸向分量（m）；

T12、T21——從傳感器1 到傳感器2 和從傳感器2 到傳感器1 的傳播時(shí)間（s）；

U——流體通過傳感器之間聲道上的平均流速（m/s）。

3.3 檢測(cè)內(nèi)容和布置

本工程采用三維流速矢量聲納測(cè)量?jī)x[6]進(jìn)行了上游迎水面和壩體孔內(nèi)兩種檢測(cè)。

1）大壩迎水面檢測(cè)

大壩壩前檢測(cè)布置如下：平行于大壩軸線，在近壩面的30 m 水面上每5 m 布置1 條直線，布置了7條平行寬于壩軸線的測(cè)量控制線；垂直于大壩軸線，從左至右間隔5 m 作一標(biāo)記，共計(jì)205 m，布置了21條垂直于壩軸線的測(cè)量控制線。單點(diǎn)控制面積5 m×5 m，共計(jì)測(cè)點(diǎn)249 個(gè)，面積6 225 m2，壩前水下檢測(cè)網(wǎng)格見圖3。

2）孔內(nèi)聲納檢測(cè)

防滲體系的滲漏檢測(cè)采用孔內(nèi)聲納檢測(cè)，限于進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)，檢測(cè)孔利用現(xiàn)有18 個(gè)鉆孔，其中僅有B2 和B3 共2 個(gè)鉆孔布置在緊鄰防滲墻前，聲納檢測(cè)孔布置情況見圖4 和表1。

圖3 水庫(kù)迎水面測(cè)量網(wǎng)格圖

3.4 檢測(cè)結(jié)果及分析結(jié)論

1）大壩迎水面檢測(cè)成果

大壩迎水面總滲漏流量為8 329 m3/d，合95.4 L/s，與庫(kù)水位1 285 m 時(shí)壩后量水堰監(jiān)測(cè)滲漏流量成果100 L/s 基本一致。2）孔內(nèi)聲納檢測(cè)成果

孔內(nèi)聲納檢測(cè)統(tǒng)計(jì)的總滲漏量8 205 m3/d，合95.0 L/s，與迎水面總滲漏量和壩后量水堰監(jiān)測(cè)滲漏成果基本一致。

圖4 大壩檢測(cè)孔平面位置圖

表1 聲納檢測(cè)孔布置情況表 m

3）孔內(nèi)聲納檢測(cè)大壩滲漏流速分區(qū)成果如表2所示，表中紅色為集中滲漏區(qū)，黃色為顯滲漏區(qū)，綠色為微滲漏區(qū)。聲納檢測(cè)單位根據(jù)檢測(cè)成果進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

①集中滲漏區(qū)：河床段以S2-1 孔（B0+130）為中心存在集中滲漏區(qū)，右壩端S3-1 孔（B0+210）、右壩肩B4 孔（B0+260）孔局部也存在明顯滲漏區(qū)域。②中等滲漏區(qū)：左壩肩RS1、RS2 孔防滲體高程1265～1278m 間，左壩端S1-1 孔，河床段的Y1、S2-1、Y2 孔，右壩端的S3-1、B3、B4 孔，均存在中等滲漏區(qū)。③微滲漏區(qū)：墻前孔B2 對(duì)應(yīng)區(qū)域，S1-1 與Y1 孔大部及各孔底部，均為微滲漏區(qū)。

4 加固處理過程中的情況反饋及分析

聲納滲流探測(cè)結(jié)論與滲漏病險(xiǎn)原因初步分析結(jié)論的主要分歧是：河床段是否存在集中滲漏通道。根據(jù)主管部門的審查意見，對(duì)全壩段及兩壩肩混凝土防滲墻段采取雙液控制性灌漿加固處理措施。

表2 大壩B0-040～B0+430 區(qū)間滲漏流速分區(qū)表 （庫(kù)水位1 284.5 m，單位：10-4 cm/d）

4.1 除險(xiǎn)加固過程及蓄水實(shí)驗(yàn)情況

為界定滲漏位置，對(duì)除險(xiǎn)加固施工順序進(jìn)行了安排，并進(jìn)行了四次蓄水實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行大壩防滲墻下游20 m 的滲流壓力觀測(cè)和壩腳滲流量觀測(cè)，詳細(xì)情況如下：

1）第一次蓄水實(shí)驗(yàn)

在除險(xiǎn)加固前進(jìn)行，庫(kù)水位蓄至1 283.35 m，大壩總滲漏量為110 L/s。

2）第二次蓄水試驗(yàn)

左壩肩已完成B0+017.5～B0-054.5 段灌漿，右壩肩已完成B0+225～B0+273 段灌漿，河床段還未開始灌漿，進(jìn)行第二次蓄水實(shí)驗(yàn)，庫(kù)水位蓄至1 286.5 m，由于壩后排水棱體施工影響，壩后排水溝未獲得滲流量數(shù)據(jù)。

3）第三次蓄水實(shí)驗(yàn)

在第二次蓄水實(shí)驗(yàn)完成灌漿段的基礎(chǔ)上，河床段B0+017.5～B0+087.5 和B0+147.5～B0+225 兩段I 序孔也基本施工完成，B0+087.5～B0+147.5 段還未開始施工，進(jìn)行了第三次蓄水實(shí)驗(yàn)，庫(kù)水位蓄至1 284.0 m，除B0+67.5～0+137.9 段排水溝內(nèi)有灌漿施工排水外，其它排水溝基本無水。

4）第四次蓄水實(shí)驗(yàn)

除險(xiǎn)加固工程全部完成后進(jìn)行，庫(kù)水位蓄至1 290.8 m，壩體總滲漏量1.8 L/s。

4.2 各蓄水實(shí)驗(yàn)情況對(duì)比及分析

1）第二次蓄水實(shí)驗(yàn)與第一次蓄水實(shí)驗(yàn)各水位比較情況見表3

表3 第二次蓄水實(shí)驗(yàn)與第一次蓄水實(shí)驗(yàn)測(cè)壓管水位比較表 m

兩次蓄水實(shí)驗(yàn)比較說明B0+017.5～B0-054.5、B0+225～0+273 段在灌漿前確實(shí)存在滲水通道，且灌漿后防滲效果十分明顯；同時(shí)，河床段尚未灌漿，第二次蓄水實(shí)驗(yàn)庫(kù)水位較第一次蓄水實(shí)驗(yàn)時(shí)高3.25 m，但B0+130 斷面防滲墻后測(cè)壓管水位反而降低4.16 m，故B0+130 附近存在集中滲漏通道存疑。

2）第三次蓄水實(shí)驗(yàn)與第一次蓄水實(shí)驗(yàn)各水位比較情況見表4

表4 第三次蓄水實(shí)驗(yàn)與第一次蓄水實(shí)驗(yàn)測(cè)壓管水位比較表 m

第三次蓄水實(shí)驗(yàn)時(shí)，壩后排水溝除B0+067.5～B0+137.9 段外均為干燥狀態(tài)，B0+067.5～B0+137.9 段出水點(diǎn)均在B0+67.5～B0+100 段排水溝內(nèi)，基本可以確定為左岸壩頂灌漿排水,故滲漏量無參考價(jià)值。因此第三次蓄水實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了第二次蓄水實(shí)驗(yàn)的結(jié)論正確性，同時(shí)可以確認(rèn)B0+130 附近不存在集中滲漏通道。

3）第四次蓄水實(shí)驗(yàn)與三次蓄水實(shí)驗(yàn)各水位比較見表5

表5 第四次蓄水實(shí)驗(yàn)與第三次蓄水實(shí)驗(yàn)測(cè)壓管水位比較表 m

第四次蓄水實(shí)驗(yàn)與第三次蓄水實(shí)驗(yàn)相比, 河床段B0+130 段測(cè)壓管水位降低最多,分析原因主要是第三次蓄水實(shí)驗(yàn)時(shí), 兩岸特別是左岸岸坡延伸段灌漿尚未完成, 受基巖面橫河向坡比陡和壩體填筑料砂礫石滲透系數(shù)大的影響, 滲漏水流集中至河床段造成測(cè)壓管水位較高。第四次蓄水實(shí)驗(yàn)庫(kù)水位達(dá)到1 290.8 m，壩后滲漏總量為1.8 L/s，達(dá)到設(shè)計(jì)防滲處理要求。

5 聲納滲流探測(cè)經(jīng)驗(yàn)分析總結(jié)

1）通過聲納迎水面滲漏檢測(cè)成果與壩后量水堰成果基本一致可知，聲納滲漏檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于土石壩滲漏量檢測(cè)是有效和可靠的。

2）孔B2 和孔S2-1 均位于河床段，墻前聲納檢測(cè)B2 孔（B0+100）表明河床段大壩為微滲漏區(qū)，而墻后聲納檢測(cè)S2-1 孔（B0+130）表明河床段大壩存在集中滲漏通道，檢測(cè)結(jié)論明顯相左，與聲納檢測(cè)前的滲漏原因分析結(jié)論明顯分歧，S2-1 孔聲納檢測(cè)的結(jié)論存疑。

3）通過除險(xiǎn)加固施工前后的四次蓄水實(shí)驗(yàn)成果對(duì)比，說明S2-1 孔聲納檢測(cè)的結(jié)論成果失真，究其原因主要有：B2 和S2-1 兩個(gè)聲納檢測(cè)孔的位置差異，B2孔位于大壩防滲墻前而S2-1 孔位于大壩防滲墻后，大壩兩岸岸坡和壩肩段隔水層出露高程明顯高于河床段出露高程，形成傾向河床的陡坡；大壩壩殼料為強(qiáng)透水的砂礫石。以上原因造成兩岸壩肩段滲漏水在透過防滲體后迅速向河床段匯集，造成S2-1 孔的滲流水位增高，滲流流速和滲漏量均很大，從而得出河床段存在集中滲漏的錯(cuò)誤結(jié)論；B2 孔檢測(cè)成果的正確同時(shí)表明聲納檢測(cè)手段的有效性，但在土壩中應(yīng)用聲納探測(cè)技術(shù)時(shí)應(yīng)注意檢測(cè)孔位置與防滲體的關(guān)系。

4）本工程滲漏處理后滲漏量、滲透壓力等均滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)和施工單位聯(lián)合進(jìn)行了滲漏原因總結(jié)，結(jié)論中認(rèn)為河床段不存在集中滲漏通道，該總結(jié)報(bào)告得到了上級(jí)水行政主管部門的認(rèn)可，且工程順利通過上級(jí)水行政主管部門組織的驗(yàn)收。

5）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。在土石壩中應(yīng)用聲納探測(cè)技術(shù)，聲納探測(cè)位置應(yīng)選擇在防滲體內(nèi)或緊鄰大壩防滲體的上游入滲側(cè)，若聲納探測(cè)位置選擇在防滲體下游的滲出側(cè)易導(dǎo)致錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)論。聲納探測(cè)技術(shù)正確應(yīng)用于土石壩滲漏檢測(cè)，在滲漏量和滲漏位置檢測(cè)上均是有效和可靠的。