田國民，田宇東

（中國水電顧問集團桃源開發(fā)有限公司，湖南 桃源，415700）

1 工程概況

桃源水電站為低水頭徑流式水電站，二等大（2）型工程。樞紐工程壩址河床由雙洲島分隔成左右河槽，樞紐總平面布置從左至右依次為：左槽左岸土石副壩、左槽14孔泄洪閘壩、左槽右岸土石副壩（以下簡稱：右副壩）、船閘、雙洲土石副壩、河床式發(fā)電廠房、右槽11孔泄洪閘壩、右槽右岸土石副壩。水庫于2014年3月正式下閘蓄水，同年7月經(jīng)歷重現(xiàn)期超50年設(shè)計洪水。

桃源水電站建成蓄水3年多以后，左槽右副壩與左槽泄洪閘壩下游結(jié)合部位的壩坡腳排水棱體出現(xiàn)了一處滲漏點，水庫降低水位后該滲漏點停止?jié)B水，回蓄至一定高程后又出現(xiàn)滲水。筆者分析筑壩材料類型和可能出現(xiàn)的滲透破壞形式，結(jié)合部位滲流監(jiān)測結(jié)果和不同水頭變化下的滲漏變化情況，計算壩體滲透系數(shù)和水力坡降，分析滲流穩(wěn)定性。

2 右副壩設(shè)計

右副壩位于左槽泄洪閘壩右邊墩與船閘上閘首之間，為碾壓式土石壩，最大壩高27.7 m，壩頂長度122.5 m，填筑后形成的上下游邊坡坡比為1∶2.5。

（1）壩基地質(zhì)條件。設(shè)計對壩基承載力要求不高，開挖未出現(xiàn)地質(zhì)缺陷，壩基坐落在砂質(zhì)低液限黏土及級配不良砂卵礫石層上，對表層耕植土進行清除，按照設(shè)計要求碾壓5遍后填筑。

（2）壩體填筑料。壩體按填筑材料特性分為4個填筑區(qū)。壩體中部（IA區(qū)）采用天然砂礫石填筑，IA區(qū)與左槽泄洪閘壩右邊墩和船閘上閘首結(jié)合部位（IB區(qū)）過渡區(qū)采用黏土料進行填筑，壩體主填筑區(qū)（ⅢA區(qū)，位于IA區(qū)與IB區(qū)上下游）采用以砂礫石料為主的任意料填筑，壩坡表層過渡區(qū)（ⅡA區(qū)）采用級配砂礫料設(shè)置反濾，壩坡表層水下部分采用大塊石護坡，水上部分采用六面體預(yù)制混凝土塊護坡。右副壩與左槽閘壩結(jié)合部位壩體填筑料分區(qū)如圖1所示。

圖1 右副壩與左槽閘壩結(jié)合部位壩體填筑料分區(qū)Fig.1 Zones of dam filling materials at the connection of the right auxiliary dam and the left gate dam

（3）壩體防滲體系。IA區(qū)中間設(shè)置高壓旋噴防滲墻，墻頂高程49.7 m，墻底部深入基巖相對不透水層1.5 m，旋噴成墻厚度大于0.3 m。防滲墻與左槽泄洪閘壩右邊墩和船閘剛性部分采用刺墻銜接，刺墻與土石壩采用塑性指數(shù)Ip≥17的黏土連接防滲，黏土填筑寬度為3.0 m。

（4）壩體反濾排水體系。壩體填筑料、基礎(chǔ)開挖面及上下游壩坡設(shè)置排水反濾層，在壩坡腳高程32.0 m以下設(shè)置了排水棱體。

（5）滲流監(jiān)測布置。右副壩與左槽泄洪閘壩右邊墩結(jié)合面部位高程28.0 m布置1組4支滲壓計：刺墻上游側(cè)1支，刺墻下游側(cè)3支（分別距離刺墻下游面2 m、9 m、16 m），用于監(jiān)測結(jié)合面的滲流分布。

3 右副壩滲透破壞形式判斷

土的特性和滲透破壞形式有很大關(guān)系，一般黏性土和不均勻系數(shù)Cu<10的勻粒砂，在一定水力坡降下，容易發(fā)生流土；Cu>5的不勻粒砂礫石土，既可能發(fā)生流土也可能產(chǎn)生管涌，這種情況關(guān)鍵在細顆粒的含量。根據(jù)右副壩壩基及壩體填料的特性，進行室內(nèi)試驗，參數(shù)如表1所示。

3.1 地基-上部細顆粒土層滲透破壞判斷

從表1可知：地基-上部細顆粒土層（黏土質(zhì)砂）中細粒含量Pc為93.7%，孔隙率n為0.31，相應(yīng)1/［4（1-n）］×100%＝36.3%，采用DL/T 5395—2007《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》流土判別公式：

式中：Pc為土的細顆粒含量，以質(zhì)量百分率計，%；n為土的孔隙率（以小數(shù)計）。由此判定地基-上部細顆粒土層滲透破壞形式為流土破壞。

3.2 壩基-下部及壩體填料砂礫料滲透破壞判斷

從表1可知：壩基-下部及壩體填料砂礫料為級配不良礫，Cu＞5，細粒含量Pc為21.3%～23.3%，孔隙率為0.07~0.25，相應(yīng)1/［4（1-n）］×100%＝26.9%～33.3%。

表1 右副壩壩基及壩體填料室內(nèi)試驗參數(shù)Table 1 Test parameters of materials at the foundation of the right auxiliary dam and dam body

依據(jù)DL/T 5395—2007《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》不均勻系數(shù)大于5的不連續(xù)級配土的滲透變形判別方法進行判斷：粗細粒區(qū)分粒徑df=0.5 mm，土的細顆粒含量Pc=21.3%～23.3%，滿足Pc＜25%，其滲透破壞形式為管涌。

4 右副壩滲漏調(diào)查及計算

2017年8月，右副壩與左槽泄洪閘壩下游結(jié)合部位的壩坡腳排水棱體出現(xiàn)了一處滲漏點，通過長期觀察和調(diào)查，主要情況如下。

4.1 邊界條件

本工程為徑流式電站，當洪水入庫流量達到8 800 m3/s以上時，機組全部停機，左右槽25孔泄洪閘全敞泄流，恢復(fù)天然河道狀態(tài)，對應(yīng)上下游水位37.2 m左右。設(shè)計正常蓄水位39.5 m，死水位39.3 m，下游常年枯水位30.0 m。2016年8月交通部門對樞紐下游3.0 km處河口航道淺灘進行疏浚，改變了河口至樞紐段比降，據(jù)統(tǒng)計最枯時段下游水位降低至28.13 m。

4.2 滲漏描述

進入2017年8月，下游水位降低到29.25 m左右時，右副壩與左槽泄洪閘壩下游結(jié)合部位的壩坡腳排水棱體出現(xiàn)了一處明顯滲漏點。滲漏逸出高程29.5 m左右，距防滲墻水平距離約62.0 m，滲漏量較為穩(wěn)定，約為1 L/s左右，滲水較清澈，水溫與河水相當。

4.3 滲漏變化

當下游水位高出滲漏逸出點時，滲漏現(xiàn)象仍然存在，但無法有效監(jiān)測，表現(xiàn)為滲水翻涌，清澈度與河水相當。2017年12月2—5日，停機降低庫水位，庫水位降至36.5 m后（對應(yīng)下游水位為28.56 m左右），該滲水點停止?jié)B水，當回蓄至37.5 m左右（對應(yīng)下游水位為28.87 m左右）時，滲漏點又出現(xiàn)滲水，滲漏量、清澈度和水溫?zé)o變化。

4.4 監(jiān)測結(jié)果分析

從表2可知：

表2 結(jié)合部位滲流監(jiān)測結(jié)果Table 2 Monitored seepage at the connection area

（1）2017年8月1—31日（初次發(fā)現(xiàn)結(jié)合部位滲漏點），結(jié)合部位滲壓計Pa0-2~4最大滲壓水位31.4~30.8 m，最小滲壓水位30.0~28.7 m，對應(yīng)時段上游水位39.7~39.5 m、下游水位34.1~32.6 m，計算滲透系數(shù)為0.29~0.66 m/d。

（2）2017年12月2—18日（停機降低庫水位），結(jié)合部位滲壓計Pa0-2~4最大滲壓水位30.8~30.0 m，最小滲壓水位30.0~28.5 m，對應(yīng)時段上游水位39.2~37.6 m、下游水位29.3~29.2 m，計算滲透系數(shù)為0.01-0.15 m/d。

（3）2021年1月1日—3月31日，結(jié)合部位滲壓計Pa0-2~4最大滲壓水位30.8~30.3 m，最小滲壓水位30.5~29.7 m，對應(yīng)時段上游水位39.6~39.2 m、下游水位32.9~28.9 m，計算滲透系數(shù)為0.01~0.39 m/d。

綜上所述，右副壩結(jié)合部位滲壓計在不同時段的監(jiān)測結(jié)果表明，滲壓對上下游水位變化敏感性較小，滲流分布持續(xù)穩(wěn)定，滲透系數(shù)較小，未見滲透破壞。

4.5 滲透坡降計算

（1）當上游高水位39.5 m、下游最低水位28.13 m（對應(yīng)最大水頭差）時，壩坡腳距高噴防滲墻水平距離約62 m，計算壩基上部細粒土層水力坡降為0.16，小于壩基上部細粒土層發(fā)生流土破壞的臨界水力坡降0.55，表明壩基上部細粒土層滲透穩(wěn)定性較好。

（2）當上游高水位37.5 m（起滲高程）、逸出點高程29.5 m時，逸出點距高噴防滲墻水平距離約62 m，計算副壩填筑壩體水力坡降為0.13，基本處于壩體和壩基不連續(xù)級配砂卵礫石發(fā)生管涌破壞的臨界水力坡降經(jīng)驗值0.1～0.2之間，存在一定的管涌風(fēng)險。

（3）當上游高水位39.7 m（高水位）、壩坡腳滲漏逸出點高程29.5 m時，逸出點距高噴防滲墻水平距離約62 m，計算副壩填筑壩體水力坡降為0.17，處于壩體和壩基不連續(xù)級配砂卵礫石發(fā)生管涌破壞的臨界水力坡降經(jīng)驗值0.1～0.2之間，滲漏逸出點存在管涌風(fēng)險較大。

5 結(jié)語

（1）從右副壩結(jié)合部位的滲流監(jiān)測結(jié)果分析，結(jié)合部位滲流穩(wěn)定，對上下游水位變化敏感性較小，未發(fā)生滲透破壞。

（2）右副壩壩基上部細粒土層水力坡降為0.16，小于壩基上部細粒土層發(fā)生流土破壞的臨界水力坡降0.55，表明壩基上部細粒土層滲透穩(wěn)定性較好。

（3）右副壩壩體和壩基下部砂卵礫石層水力坡降為0.17，處于壩體和壩基不連續(xù)級配砂卵礫石發(fā)生管涌破壞的臨界水力坡降經(jīng)驗值0.1～0.2之間，滲漏逸出點存在管涌風(fēng)險較大。

（4）建議采取工程措施查找滲漏源后補強防滲體，在未做好防滲補強之前，應(yīng)做好不同邊界條件變化情況下的滲漏觀察和記錄，發(fā)現(xiàn)滲漏水渾濁、滲漏量加大，應(yīng)立即采取搶護措施處置，確保不發(fā)生垮壩。