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        某水庫壩區(qū)滲漏原因分析

        2020-10-31 06:43:50高玉生高立業(yè)喬東玉
        水利水電工程設(shè)計 2020年1期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        高玉生 高立業(yè) 喬東玉

        水庫滲漏是指水庫蓄水后,庫水沿巖土體中的孔隙、裂隙、斷層、溶洞等向水庫下游及庫岸分水嶺外的低矮溝谷產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象。根據(jù)水庫滲漏產(chǎn)生部位的不同,分為壩區(qū)滲漏和庫區(qū)滲漏。

        水庫滲漏降低了水庫工程效益,可能影響水庫運行安全,還可能引起一些次生地質(zhì)災(zāi)害,如局部地段浸沒、邊坡變形失穩(wěn)等。水庫滲漏是常見的工程地質(zhì)問題,其原因是復(fù)雜多樣的,給工程勘察分析帶來挑戰(zhàn)。

        1 工程概況

        某水庫工程位于侵蝕切割中山區(qū),地面高程1 240~1 350 m。庫壩區(qū)出露的地層有太古界鉀長片麻巖,長石石英巖,新生界新近系砂礫巖、砂巖、泥巖及第四系殘積、坡積、沖積、沖洪積物。

        庫區(qū)構(gòu)造活動以燕山期南北向水平擠壓為主,形成近東西向的壓性結(jié)構(gòu)面。壩址鉀長片麻巖片麻理產(chǎn)狀以 NE50°~80°NW∠30°~55°為主,局部為NW275°~280°NE∠28°~33°。巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育,主要有 4 組:第 1 組 NW305°~355°NE∠65°~83°,第2 組 NW275°~340°SW∠62°~83°,第 3 組 NE10°~30°NW∠82°~84°,第 4 組 NE50°~70°SE∠35°~82°,以第1 組最為發(fā)育。新近系砂礫巖、砂巖、泥巖地層多平緩,產(chǎn)狀以 NE3°~36°SE∠6°~16°為主,局部呈NW300°~310°NE∠6°~10°。壩基第四系松散堆積物有低液限粉土、淤泥質(zhì)高液限黏土、含細粒土砂、粉土質(zhì)砂、含細粒土礫等,厚9.8~18.2m。

        工程區(qū)地下水有第四系松散層孔隙潛水和基巖孔隙裂隙潛水。地表水的水化學(xué)類型為HCO3—Na·Ca·Mg 及 HCO3—Ca·Mg 型,地下水的水化學(xué)類型為 HCO3—Na·Mg 及 HCO3—Na·Mg·Ca 型。

        大壩為黏土心墻砂礫石壩,心墻頂高程1 257.12 m,頂寬5 m,心墻邊坡1∶0.2。壩基多為砂類土,厚9.8~18.2 m,表部淤泥質(zhì)黏土采用砂礫石置換處理。壩基防滲采用混凝土連續(xù)墻,厚0.6 m,防滲墻頂做成光滑的楔形插入上部黏土心墻2.0 m,墻底嵌入下部基巖1 m。在墻體內(nèi)預(yù)埋帷幕灌漿管,對下部基巖進行帷幕灌漿,帷幕設(shè)置1排,孔距2.0 m,孔深10.90~35.22 m,孔底至巖體透水率小于10 Lu。

        隨著大壩填筑至壩頂,水庫開始少量攔蓄河水,發(fā)現(xiàn)壩后排水棱體底部有多處滲水點,尤其是下游排水溝上游側(cè)及排水溝溝底滲水明顯,沿排水溝匯集成明流。

        查明滲漏水原因,有針對性進行工程措施加固,最大程度發(fā)揮工程效益顯得尤為重要。

        2 大壩防滲體檢測

        2.1 黏土心墻檢測

        2.1.1 檢測試驗

        沿壩軸線布置8 個勘探鉆孔(S1—S8),并在孔內(nèi)取原狀土樣70 組、擾動土樣12 組,進行室內(nèi)物理力學(xué)試驗。試驗成果見表1。

        表1 黏土心墻試驗成果表

        根據(jù)表中試驗數(shù)據(jù),黏土心墻屬中等壓縮性;50 組滲透試驗中,6 組屬中等透水性,16 組屬弱透水性,28 組屬微透水性。

        2.1.2 質(zhì)量評價

        通過對心墻取樣測試,其滲透性大部分屬弱—微透水性,50 組試驗僅有17 組試驗成果滿足設(shè)計防滲要求,而31 組試驗樣品試驗成果超過規(guī)范1×10-5cm/s 的要求,占試驗總數(shù)的62%。

        從鉆孔取樣和豎井開挖情況觀察,大壩心墻黏土滲透性存在不均一性;從顆粒組成分析,粉粒含量局部較高,為31.4%~71.2%,個別地段有低液限粉土分布(S6 孔處),黏粒含量僅為2.50%~4.30%,遠低于規(guī)范要求,不滿足防滲標(biāo)準。

        2.2 混凝土防滲墻檢測

        2.2.1 檢測試驗

        混凝土防滲墻厚60 cm,混凝土為C15W16F100,隨壩基覆蓋層厚度大小其深度有所變化,為8.1~18.2 m。在勘探鉆孔中采取混凝土試樣44 塊,進行室內(nèi)物理力學(xué)試驗。

        試驗成果見表2。

        表2 混凝土防滲墻試驗成果

        在混凝土防滲墻中進行了13 段壓水試驗,見表3。

        表3 混凝土防滲墻壓水試驗成果

        混凝土透水率0.6~50 Lu,平均13 Lu,屬微-中等透水性。其中有6 段屬中等透水性,透水率較大的多位于防滲墻的底部,尤其是混凝土防滲墻與基巖接觸部位透水率較大,如S2 孔30.0~32.0 m為 50 Lu、 S5 孔 30.0~36.0 m 為 44 Lu、 S7 孔 20.4~26.0 m 為18 Lu,其上部各段透水率均小于12 Lu,大部分呈弱透水或微透水性。

        鉆孔在檢測過程中,個別部位進尺較快。S2、S3 孔在鉆進過程中局部地段返水帶出砂子較多,這與上述鉆進中進尺較快相吻合,說明防滲墻存在不連續(xù)問題。

        2.2.2 質(zhì)量評價

        從混凝土防滲墻檢測過程及檢測成果看,所取出的混凝土巖芯多較完整,膠結(jié)較好,30 組飽和單軸抗壓強度12.7~30.40 MPa,平均18.55 MPa。其中有6 組小于15 MPa,24 組大于15 MPa,大部分滿足設(shè)計要求。

        混凝土防滲墻局部存在缺陷,如S2 孔19.76~19.80、 28.77~29.19、 30.50~30.75 m; S3 孔 20.05~20.16、 34.70~35.10、 36.10~37.10 m; S5 孔 24.60~24.90、 27.52~27.74、 28.81~29.12、 29.23~29.85 m;S6 孔 18.47~18.73、21.40~21.67、22.60~22.77 m;S7孔16.25~16.36、20.20~20.30 m,主要是底部與基巖接觸部位多有砂層,墻體中部局部存在缺陷,由此判斷混凝土防滲墻存在的質(zhì)量缺陷,是造成大壩產(chǎn)生滲漏的主要原因。

        2.3 防滲帷幕檢測

        2.3.1 檢測試驗

        在勘探鉆孔基巖段進行了42 段壓水試驗,在壩軸線 S1~S8 孔有 35 段次。巖體透水率 1.5~33 Lu,平均8.3 Lu,屬弱-中等透水性,試驗成果詳見表4。

        由表4 可見,中等透水巖體在S3 孔、S5 孔中上部有分布外(其透水率為10~15 Lu),S4 孔、S5孔和S7 孔均分布在鉆孔的下部兩段,透水率為11~33 Lu,說明上部10~15 m 巖體經(jīng)過帷幕灌漿,巖體的透水率有所減小。

        勘察中在 S8 孔 28.80~29.00 m 段見到水泥結(jié)石,說明壩基上部巖體經(jīng)過帷幕灌漿,降低了巖體的透水性。

        鉆孔錄像顯示,巖體中主要有裂隙發(fā)育,局部有節(jié)理裂隙密集帶,巖體較為破碎,斷層等構(gòu)造破碎帶不發(fā)育。孔內(nèi)巖體上部因風(fēng)化影響,節(jié)理裂隙相對較發(fā)育,下部巖體多較新鮮,巖體較完整。

        表4 壓水試驗成果

        2.3.2 質(zhì)量評價

        從鉆孔壓水試驗成果看,壩基巖體透水率1.5~33 Lu,屬弱-中等透水性,巖體以弱透水為主,局部試段透水率較大,其中在S4 孔、S5 孔和S7 三孔的底部巖體透水率偏大,部分超過帷幕灌漿的深度。

        壩基巖體存在一定的滲漏問題,未發(fā)現(xiàn)明顯的集中滲漏通道,其滲漏量是有限的。

        2.4 左右岸繞壩滲漏

        檢測中分別在左右岸布置繞壩滲漏檢測孔,進行壓水試驗。

        兩岸巖體透水率為1.5~6.8 Lu,均小于10 Lu,屬弱透水性,滿足的設(shè)計防滲標(biāo)準。說明左右岸繞壩滲漏問題較小。

        3 壩基滲漏觀測

        通過對大壩周邊滲水情況進行調(diào)查,壩后排水棱體坡腳有明顯滲水點25 處,滲水量比較大的有4處;排水溝底板附近有明顯滲水點19 處;另外,大壩下游分布有5 個滲水坑,于地表均形成明流沿河谷向下游排泄。

        根據(jù)滲水點位置,現(xiàn)場布設(shè)三角堰及矩形堰進行流量觀測,41 d 監(jiān)測結(jié)果,壩后地表滲流量47.21~64.70 L/s,平均 55.08 L/s。

        在地面以下還存在地下潛流。根據(jù)勘探資料,地面以下透水層厚8.1~18.2 m,根據(jù)巖土體滲透試驗成果選取滲透系數(shù)k=3×10–4m/s,由壩后水位的水頭差計算地下滲透坡降為0.010 7,再根據(jù)地質(zhì)剖面確定地下滲透面積,進而估算地下潛流為19.56 L/s。由此分析大壩總滲漏量為66.77~84.26 L/s。

        勘察期間庫水位1 246.43~1 246.79 m,水位變化幅度不大,大壩上下游水頭差9.43~9.79 m。根據(jù)現(xiàn)狀滲漏量,由地質(zhì)資料估算正常蓄水位1 255.5 m 時壩基總滲漏量為241.28 L/s,占河流多年平均徑流量的12.44%。

        現(xiàn)場用胭脂紅示劑進行示蹤試驗,經(jīng)過1 h 20 min,庫水通過壩基防滲體系滲漏到大壩下游,2 h 5 min示蹤現(xiàn)象消失,驗證了壩基滲漏問題。

        4 壩基滲漏問題綜合分析評價

        壩后滲水點主要分布在下游排水溝和滲水坑,滲水坑距壩軸線60~345 m,距壩軸線越遠的滲水坑流量越小。說明壩后滲水分布在壩下游一定范圍內(nèi),符合滲流隨滲徑延長而減小的規(guī)律。

        從壩后滲水點分布位置看,滲水點多分布在河床的主河道附近,距主河道越遠靠近兩岸,透水層厚度減小,滲水點也越少。另一方面,主河道附近地勢最低,滲水點多在地勢低處出溢,滲漏水流向地勢低洼地帶匯流,距壩越遠匯集的水坑越多,地表徑流量越大。

        壩后地面觀測到的滲流均屬地表明流,在地面以下含水層中存在一定量的潛流??辈旃ぷ髦?,僅能對出溢到地表的明流用三角堰等進行流量監(jiān)測,而對地下潛流則無法直接觀測,需要通過觀測下游一定范圍內(nèi)水位差計算出滲透坡降,再通過地質(zhì)勘察資料確定含水層厚度、面積、巖土體的滲透系數(shù),計算出地下潛流的大小。

        本工程滲水點較為明顯,滲漏量較大,已引起各方重視。通過對水庫壩區(qū)滲漏原因檢測與分析,工程于2015 年即開展了滲漏處理工作,處理后大壩下游滲漏量明顯減少。

        5 結(jié) 語

        水庫滲漏是常見的工程地質(zhì)問題,其原因是復(fù)雜多樣的。水庫滲漏降低了水庫效益,降低巖土體強度,對于當(dāng)?shù)夭牧蠅?,滲漏可能引起巖土體發(fā)生滲透變形,甚至危及大壩運行安全,需要高度重視。對水庫壩區(qū)滲漏原因勘察分析,重點要對工程防滲體進行檢查和分析,分析工程防滲體的布置是否合理、調(diào)查防滲體的質(zhì)量,分析和計算各部位滲漏量的大小及對工程的影響程度,對滲漏量較大的部位進行技術(shù)評估,分析其危害程度,并提出工程處理措施及建議。

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