郭建設(shè)

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510635)

1 工程概況

某水庫(kù)總庫(kù)容為1 180萬m3，有效庫(kù)容為1 055萬m3，相應(yīng)的正常蓄水位為612.5 m，死水位為587.0 m。水庫(kù)大壩采用粘土心墻堆石壩，壩頂長(zhǎng)度為230 m，壩頂高程為615.6 m，防浪墻高程為616.2 m，最大壩高為52.5 m，壩頂寬度為7 m。上游坡比為1:2.25(1:2.75)，下游坡比為1:2.5。粘土心墻以壩頂中心線為中心對(duì)稱布置，心墻頂部寬度為3.0 m，上下游坡度均為1:0.2，從上游至下游依此布置上游坡干砌石、上游堆石Ⅰ(高程592.0 m以上)、上游堆石Ⅱ(高程592.0 m以下)、上游過渡層、上游反濾層、上游粗砂碎石墊層、粘土心墻、下游反濾層、下游過渡排水層、下游填筑全強(qiáng)風(fēng)化料、下游粗砂碎石墊層、下游坡排水棱體、下游砼框架草皮和干砌石護(hù)坡(大壩橫斷面如圖1所示)。

圖1 大壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位：高程m,長(zhǎng)度mm)

大壩上游區(qū)基礎(chǔ)基本上開挖至全風(fēng)化石英砂巖硬塑土，沖溝附近壩基開挖至強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，下游區(qū)基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，粘土心墻基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化基巖上。大壩防滲系統(tǒng)采用自上而下為：粘土心墻、灌漿砼蓋重、斷層砼塞、基礎(chǔ)固結(jié)灌漿結(jié)合帷幕灌漿的形式，帷幕灌漿底線深入3Lu線以下5 m。

2 水庫(kù)蓄水過程及滲漏情況

該水庫(kù)于2009年12月開工，2012年9月填筑完成，2013年4月水庫(kù)開始蓄水，至7月28日水位升至死水位587 m，此后，水庫(kù)水位繼續(xù)上升至589 m左右并持續(xù)了約1 a。2014年5月和8月庫(kù)區(qū)普降暴雨，水位上升較快，2014年5月25日及2014年8月13日兩次蓄高，各上升1 m左右，2014年8月26日水庫(kù)蓄水最高水位592.98 m。

2014年水庫(kù)平均水位為590.35 m，滲流量監(jiān)測(cè)值為10～15 L/s，庫(kù)水位從587 m上升至592 m，主壩區(qū)庫(kù)水外滲的滲流量增加了5 L/s左右。2015年10月水庫(kù)最高水位610.3 m時(shí)，最大滲漏量約85 L/s，明顯大于設(shè)計(jì)允許滲漏量。

3 壩址地形地質(zhì)條件

該壩址位于水庫(kù)庫(kù)盆東南面的沖溝溝口處，沖溝呈西北—東南向，兩岸地形不太對(duì)稱，左岸山體較雄厚，山脊高程為680～747 m，右岸山體較低矮單薄，山頂高程約為629 m，正常蓄水位612.5 m對(duì)應(yīng)的溝谷寬度約166 m，溝底高程約為565 m，從剖面上看呈較開闊的“V”字型。

壩址地層巖性為寒武系石英砂巖、粉砂巖，產(chǎn)狀為N40°～50°E/SE∠50°～60°，產(chǎn)狀相對(duì)穩(wěn)定，呈單斜構(gòu)造，中—厚層狀，裂隙發(fā)育，巖體較破碎。大壩基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)石英砂巖，斷層和裂隙發(fā)育，多張開，裂面充填泥質(zhì)或鈣質(zhì)。左岸建基面以下強(qiáng)風(fēng)化厚度為 2.2～8 m；右岸建基面以下強(qiáng)風(fēng)化厚度為7.9～12.5 m；河床建基面以下強(qiáng)風(fēng)化厚度為1.2～2.3 m。

4 滲漏檢測(cè)方法及結(jié)果

考慮從大壩壩頂鉆孔可能破壞粘土心墻，本工程綜合分析滲漏量變化情況及壩址地形地質(zhì)條件，滲漏檢測(cè)采用了自然電場(chǎng)法、偽隨機(jī)流場(chǎng)法、大地電磁法、示蹤、溫度測(cè)試、電導(dǎo)等綜合物探方法及在壩頭鉆斜孔檢測(cè)等手段。現(xiàn)場(chǎng)布置自然電場(chǎng)法測(cè)線6條，偽隨機(jī)流場(chǎng)法7條，大地電磁法2條，水溫測(cè)試1條，電場(chǎng)梯度法測(cè)線2條，沉降觀測(cè)孔溫度測(cè)試2孔，右壩頭布置2個(gè)斜孔，并對(duì)斜孔進(jìn)行示蹤、溫度、電導(dǎo)等綜合測(cè)試。

自然電場(chǎng)法檢測(cè)結(jié)果見圖2，綜合測(cè)線探測(cè)成果，在灌漿帷幕上共發(fā)現(xiàn)5個(gè)低電位異常區(qū)間，在平面的分布位置對(duì)應(yīng)的大壩樁號(hào)如下：0+060～0+070、0+080～0+094、0+130～0+144、0+166～0+174、0+204～0+214。

圖2 自然電場(chǎng)法測(cè)線電位值曲線示意

偽隨機(jī)流場(chǎng)法檢測(cè)結(jié)果見圖3，從流場(chǎng)法7條測(cè)線數(shù)據(jù)情況分析，主壩前沒有明顯的滲漏進(jìn)水點(diǎn)，7條測(cè)線數(shù)據(jù)共同指向的異常區(qū)域是右壩肩山體凸起的部分。

圖3 偽隨機(jī)流場(chǎng)法電流密度3D表面示意

大地電磁法檢測(cè)結(jié)果見圖4，根據(jù)測(cè)線整個(gè)剖面電阻率分布情況，淺部電阻率偏低，深部電阻率偏高。左岸電阻率偏低部位主要集中在基巖面以下6～30 m深度范圍內(nèi)，范圍較大，相對(duì)較深，中間和右岸電阻率偏低部位主要集中在基巖面以下13 m深度范圍內(nèi)，相對(duì)較淺，分布不盡連續(xù)。

圖4 大地電磁法測(cè)線電阻率擬斷面示意

斜孔電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果見圖5，從圖中發(fā)現(xiàn)，在高程560.86～562.63 m存在鹽分?jǐn)U散現(xiàn)象，說明存在滲漏情況；在高程588.67～590.44 m鹽分已擴(kuò)散完畢，說明該段存在較嚴(yán)重的滲漏。

圖5 斜孔電導(dǎo)率測(cè)試示意

5 滲漏原因分析

根據(jù)物探成果反映，心墻部分電阻率相對(duì)均勻，未發(fā)現(xiàn)明顯的滲漏異常區(qū)。在壩基有5處可疑滲漏區(qū)域。

斜孔ZKB01壓水成果反映，斜孔深31.34 m(高程587.9 m)以上范圍巖層為強(qiáng)風(fēng)化—弱風(fēng)化上帶，透水率在6.8～56.1 Lu之間，均大于設(shè)計(jì)要求的3 Lu；斜孔深31.34 m(高程587.9 m)以下為弱風(fēng)化下帶，透水率小于設(shè)計(jì)要求的3 Lu。

斜孔ZKB02壓水成果反映，斜孔深57.9 m(高程582.2 m)以上范圍巖層為強(qiáng)風(fēng)化—弱風(fēng)化上帶，壓水試驗(yàn)透水率在8.55～73.59 Lu之間，均大于設(shè)計(jì)要求的3 Lu，個(gè)別異常段采用注水，K值在1.00×10-3～5.80×10-3cm/s之間；斜孔深57.9 m(高程582.2 m)以下，除斜孔深67.9～72.9 m(高程573.0～576.1 m)之間因少數(shù)裂隙張開，裂面充填約3 mm的次生泥質(zhì)導(dǎo)致壓水試驗(yàn)段透水率為20 Lu外，其他各段透水率小于設(shè)計(jì)要求的3 Lu。2個(gè)檢測(cè)孔均反映強(qiáng)風(fēng)化帶—弱風(fēng)化上帶透水率大。斜孔ZKB01孔內(nèi)示蹤試驗(yàn)和孔中電導(dǎo)率測(cè)試成果反映，高程588.67～590.44 m鹽分自然擴(kuò)散比較嚴(yán)重。

綜合分析各方法成果，可以確定大壩粘土心墻完好，未出現(xiàn)滲漏；滲水部位主要在心墻砼墊層以下的強(qiáng)風(fēng)化帶和弱風(fēng)化上帶淺層基巖范圍。

6 壩基補(bǔ)強(qiáng)處理措施

為確保壩基防滲補(bǔ)強(qiáng)實(shí)施過程盡可能減少對(duì)心墻的影響，先開展壩肩灌漿試驗(yàn)、壩體心墻開孔試驗(yàn)、灌漿壓力及灌漿材料試驗(yàn)、封孔試驗(yàn)等，確定了安全可靠和效果可行施工工藝，主要包括：① 灌漿孔段長(zhǎng)按0.5 m、2 m、3 m、5 m設(shè)置，灌漿壓力第1段和第2段為0.3 MPa、第3段為0.5 MPa、第4段為0.8 MPa、第5段為1.2 MPa、第6段及以下各段為1.5 MPa；② 灌漿材料采用水泥膨潤(rùn)土漿液和純水泥漿液，水灰比采用8:1、5:1、3:1、2:1、1:1、0.5:1等6個(gè)等級(jí)；③ 采用自上而下分段卡塞式灌漿。

根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)成果，確定對(duì)補(bǔ)強(qiáng)處理設(shè)計(jì)方案分期實(shí)施。一期先實(shí)施心墻深度在20 m以內(nèi)部位，即右岸樁號(hào)0+187.250～0+283.250，其中0+187.250～0+203.250范圍孔距為2 m，0+203.250～0+229.250范圍孔距為1 m，0+229.250～0+283.250范圍孔距為1.5 m。2016年5月底完成一期處理孔。

根據(jù)左岸斜孔檢測(cè)情況，決定實(shí)施二期左岸樁號(hào)0-010.500～0+093.500范圍垂直孔帷幕灌漿，其中樁號(hào)0-010.500～0+069.500范圍孔距為1 m，樁號(hào)0+069.500～0+093.500范圍孔距為2 m，2016年8月中完成左岸帷幕補(bǔ)強(qiáng)處理。

根據(jù)處理效果，2016年8月中開展右岸垂直深孔部分補(bǔ)強(qiáng)灌漿，心墻深度控制在35 m以內(nèi)，即樁號(hào)0+164.250～0+187.250范圍，孔距2 m。根據(jù)防滲補(bǔ)強(qiáng)處理效果，于2016年9月7日決定結(jié)束大壩防滲補(bǔ)強(qiáng)處理工作，共計(jì)完成防滲補(bǔ)強(qiáng)垂直孔152個(gè)孔，進(jìn)尺6 817 m。

7 壩基補(bǔ)強(qiáng)處理效果

該工程在一期處理實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)樁號(hào)0+205.000～0+225.000之間砼蓋重以下第3段～第5段吸漿量大，是滲水的主要通道之一，通過對(duì)該部位重點(diǎn)處理后，量水堰測(cè)得滲水量降至約35 L/s(當(dāng)時(shí)水庫(kù)水位600 m左右)。

二期左岸實(shí)施了樁號(hào)0-010.500～0+093.500范圍后，量水堰滲水量變化不太明顯，隨后通過實(shí)施右岸樁號(hào)0+164.250～0+187.250范圍深孔，特別是在實(shí)施樁號(hào)0+164.250～0+176.250過程中，淺層透水率大，吸漿量大，每個(gè)孔實(shí)施前后量水堰測(cè)得滲水量都有明顯變化，該范圍實(shí)施前后量水堰測(cè)得滲水量由25 L/s以上降至10 L/s(當(dāng)時(shí)水庫(kù)水位592～605 m左右)，且滲水量隨水庫(kù)水位變化沒有明顯變化。

防滲補(bǔ)強(qiáng)處理后，水庫(kù)庫(kù)水位在接近正常蓄水位時(shí)，經(jīng)3 d高水位檢驗(yàn)，量水堰測(cè)得壩基滲漏量約6 L/s，小于設(shè)計(jì)允許滲流量。

壩基補(bǔ)強(qiáng)處理前后滲流量隨庫(kù)水位變化過程見圖6，從圖中明顯看出，壩基補(bǔ)強(qiáng)處理之前，滲漏量隨著水位升高逐漸變大。通過2015年11月到2016年9月為期近1 a的補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理，水庫(kù)水位維持在592～605 m，滲漏量隨著灌漿處理進(jìn)展逐漸減少，灌漿處理結(jié)束后，將庫(kù)水位抬高至610 m以上，滲漏量沒有隨水位抬高明顯變化，壩基防滲補(bǔ)強(qiáng)取得很好的效果。

圖6 大壩滲流量-庫(kù)水位過程示意

8 結(jié)語

1) 本工程粘土心墻堆石壩的滲漏檢測(cè)方法主要采用綜合物探和鉆斜孔相結(jié)合的方法，最大程度避免檢測(cè)過程對(duì)大壩粘土心墻防滲體造成破壞，且有效檢測(cè)出壩基心墻砼墊層以下的強(qiáng)風(fēng)化帶和弱風(fēng)化上帶淺層基巖為主要滲水部位，該方法值得類似工程借鑒。

2) 本工程壩基防滲補(bǔ)強(qiáng)采用循序漸進(jìn)的分期處理方式，根據(jù)滲漏原因分析，有針對(duì)性的對(duì)對(duì)大壩影響小且滲漏量大的部位先開展防滲處理，避免全面開花，根據(jù)處理過程中滲漏量的變化情況，條件成熟時(shí)再確定進(jìn)一步的處理部位，改經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程有很好的借鑒意義。