古河槽防滲處理中存在的問(wèn)題及后期處理措施

庫(kù)爾班·依明

古河槽防滲處理中存在的問(wèn)題及后期處理措施

庫(kù)爾班·依明

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局 新疆烏魯木齊 830000）

新疆某水庫(kù)左岸分布三條古河槽，前期設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行滲流分析計(jì)算，最終根據(jù)其結(jié)論進(jìn)行了工程建設(shè)。后期水庫(kù)下閘蓄水后，三條古河槽出口扇面均出現(xiàn)了較大的滲流量，對(duì)大壩安全構(gòu)成危險(xiǎn)，對(duì)古河槽的防滲處理影響了工期和效益，措施費(fèi)占批準(zhǔn)投資的25%。由此得出，推薦壩址存在古河槽時(shí)，不能完全依據(jù)計(jì)算成果確定古河槽防滲處理方案，要加大古河槽的地質(zhì)勘探工作量，完全查明古河槽的邊界條件及覆蓋層組成。為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

古河槽 滲漏通道 防滲處理 Ⅴ級(jí)階地

1 工程概況

某水庫(kù)工程為Ⅱ等，屬大（2）型工程，主要建筑物包括主壩、副壩、泄水建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房組成。壩址左岸Ⅴ級(jí)階地以下分布有三條古河槽，由下游至上游分別為1#、2#和3#，1#古河槽進(jìn)口在大壩左岸趾板線上游80m處,從左壩肩西側(cè)約200m處通過(guò)，古河槽長(zhǎng)780m、寬約180m，基巖頂板高程比正常高水位低約70～62m；2#古河槽位于1#古河槽左側(cè)，進(jìn)口距壩址上游約700m處,從左壩肩西側(cè)約500m處通過(guò)，長(zhǎng)約1820m，基巖頂板高程低于正常高水位約57～46m； 3#古河槽位于2#古河槽左側(cè)，進(jìn)口在壩址上游1.5km處,進(jìn)口寬約250m,從左壩肩西側(cè)約680m處通過(guò),長(zhǎng)度大于2.5km。根據(jù)鉆孔、坑槽探和物探資料，三條古河槽的堆積物基本相同,依次為表層的風(fēng)積黃土層、砂卵礫石層和黑云母花崗巖，風(fēng)積黃土層分布在古河槽頂部，厚度2.5～9m,滲透系數(shù)4.2× 10-4cm/s；砂礫石層分布在古河槽中部，厚度較厚，整體結(jié)構(gòu)較密實(shí)，局部夾有1～2m厚的級(jí)配較差的砂礫石層，前期設(shè)計(jì)階段滲透系數(shù)5.33×10-3cm/s，屬中等透水，據(jù)后期補(bǔ)充地質(zhì)勘探成果，滲透系數(shù)1.4×10-2～2.4×10-1cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層；黑云母花崗巖分布在古河槽最下部，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度3～4m。

2 前期設(shè)計(jì)對(duì)古河槽的滲流計(jì)算分析

該工程在前期設(shè)計(jì)階段，對(duì)主壩左岸的古河槽擬定7個(gè)不同方案進(jìn)行了三維有限元滲流分析計(jì)算，并對(duì)2#、3#古河槽進(jìn)行了最大滲透坡降及其出口滲透坡降分析計(jì)算。

2.1擬定方案及計(jì)算結(jié)果16

方案一：假定對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層黃土被全部挖除，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案二：1#、2#、3#古河槽表層均為天然黃土，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案三：僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)粘土鋪蓋，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案四：僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，壩基黃土為天然狀態(tài)；方案五：僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強(qiáng)濕限性；方案六：僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強(qiáng)濕限性且砂礫石滲透系數(shù)擴(kuò)大5倍；方案七：僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強(qiáng)濕限性且砂礫石滲透系數(shù)擴(kuò)大10倍。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 古河槽穩(wěn)定滲流分析滲透流量計(jì)算成果表

表2 2#、3#古河槽最大滲透坡降及其出口滲透坡降

2.2計(jì)算結(jié)論

計(jì)算表明，在正常蓄水工況下,方案F7左岸砂卵礫石層的最大滲透坡降較方案FI至方案F6均略有減小,最大滲透坡降出現(xiàn)在發(fā)電廠房下游約200m附近,不會(huì)對(duì)廠房的穩(wěn)定性造成影響。但方案FI和F2的古河槽砂礫石層的最大滲透坡降為0.1403和0.1310,大于其允許滲透坡降0.l2,滲透穩(wěn)定性不滿足要求，其他五種方案古河槽砂卵礫石層的滲透坡降均小于其允許滲透比降,滿足滲透穩(wěn)定的要求。

2#、3#古河槽最大滲透坡降出現(xiàn)在進(jìn)口，1#古河槽進(jìn)口不同處理方式對(duì)2#、3#古河槽黃土層最大滲透坡降以及出口滲透坡降有所影響；3#古河槽滲徑較長(zhǎng),其出口滲透坡降小于2#滲透坡降；在正常蓄水工況下,2#、3#古河槽最大滲透坡降分別為0.894(方案F7),出口滲透坡降分別為0.0766和0.0609 (方案Fl),均小于其相應(yīng)土體的允許滲透坡降,滿足古河槽滲透穩(wěn)定的要求。僅采用天然表層黃土進(jìn)行防滲的方案,不能滿足古河槽砂卵礫石層滲透穩(wěn)定的要求,需要增設(shè)粘土鋪蓋或混凝土面板。根據(jù)本工程的實(shí)際情況,建議采用方案F5,此時(shí),1#古河槽砂卵礫石層的最大滲透坡降為0.1012,河槽出口的最大滲透坡降分別為0.0389和0.0321,三條古河槽總滲透流量為670萬(wàn)m3/年,可以滿足要求。

最終設(shè)計(jì)推薦僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，厚20～40cm，考慮壩基黃土強(qiáng)濕限性。對(duì)2#、3#古河槽不進(jìn)行處理。

3 水庫(kù)下閘蓄水后下游滲水問(wèn)題分析

后期工程下閘蓄水到1904m(正常高水位1930m)時(shí)發(fā)現(xiàn)，1#古河槽出口扇面范圍內(nèi)共有20處出水點(diǎn)，隨著壩前水位的增高，滲漏量逐步加大，2#、3#古河槽出口也出現(xiàn)了20多處出水點(diǎn)。從滲水表觀現(xiàn)象可以看出,各滲水群雖距古河槽進(jìn)口較遠(yuǎn),最近也在1km左右,但滲水具有滲水時(shí)間短、出水范圍廣、滲漏量大等特點(diǎn)。

3.1古河槽滲水監(jiān)測(cè)

針對(duì)本工程下閘蓄水后左岸古河槽出現(xiàn)的滲水問(wèn)題,為了詳細(xì)了解滲水情況、查明滲水原因及滲漏通道,水庫(kù)放空后一段時(shí)間進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

(1)從滲水時(shí)間與滲流量關(guān)系可以得出,古河槽滲水隨著時(shí)間的推移,滲水流量趨于逐步增大的趨勢(shì), 最大時(shí)滲流量達(dá)到4.5m3/s,水庫(kù)放水后一段時(shí)間總滲流量在4～4.4 m3/s之間波動(dòng),水庫(kù)放空后總滲流量降至0.23 m3/s。

(2)從庫(kù)水位與滲流量關(guān)系可以得出,庫(kù)水位與滲流量成正比關(guān)系,庫(kù)水位越高，滲漏量越大,庫(kù)水位在1914左右時(shí),滲流量保持在4m3/s以上。

(3)從古河槽出口各部位滲水量的監(jiān)測(cè)成果可以看出,1#古河槽出口滲水量最大,達(dá)到2.4m3/s左右,占古河槽總滲流量的55%左右。

(4)從各古河槽地下水水位與庫(kù)水位的關(guān)系可以看出,兩值成正比關(guān)系,1#古河槽進(jìn)口及2#古河槽進(jìn)口地下水位較高,說(shuō)明古河槽進(jìn)口滲流量較大,1#古河槽雖進(jìn)行了防滲處理,但2#古河槽滲水后地下水位較高,加之兩個(gè)古河槽之間山梁較低,2#古河槽勢(shì)必對(duì)1#古河槽有水量補(bǔ)給。

(5)從1#古河槽進(jìn)口至出口水位觀測(cè)成果及地下水出逸高程可知,古河槽出逸坡降均小于古河槽砂卵礫石層的允許滲透坡降0.12，可以滿足滲透穩(wěn)定的要求。

(6)從水庫(kù)放水過(guò)程中水位觀測(cè)孔的水位變化可以看出,隨著庫(kù)水位的降低,古河槽內(nèi)地下水也隨之降低,初期降幅較大,后期降幅較小。隨著放水時(shí)間的延長(zhǎng)，可以判定進(jìn)口滲水發(fā)生倒流。

(7)水庫(kù)放空后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間,古河槽水位均較高,出口局部較低部位滲水還在繼續(xù),說(shuō)明古河槽地下水位高且儲(chǔ)水量大。

3.2古河槽滲水原因及滲漏通道分析

為了查明古河槽滲水原因及主要滲漏通道,在對(duì)古河槽監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了研究分析的基礎(chǔ)上。并對(duì)1#、2#、3#古河槽進(jìn)口、槽身及出口,結(jié)合處理方案布置了一定地勘工作，同時(shí)結(jié)合水庫(kù)放空前后各滲水點(diǎn)位的表觀現(xiàn)象進(jìn)行滲漏通道分析研究。

3.2.1 古河槽滲水原因分析

（1）從查明的古河槽地質(zhì)成果分析，雖三個(gè)古河槽進(jìn)口至出口滲徑較長(zhǎng)，但古河槽砂礫石覆蓋層的顆粒級(jí)配不均勻性是古河槽滲水的原因之一。

（2）結(jié)合1#、2#古河槽進(jìn)口防滲墻施工先導(dǎo)孔的地質(zhì)剖面資料可以看出，古河槽基巖埋深較大，特別是2#古河槽覆蓋層最深已達(dá)90m以上，近百米的作用水頭是未經(jīng)防滲處理的2#古河槽滲水的原因之一。

（3）從三個(gè)古河槽的鉆孔及觀測(cè)孔基巖面高程成果可知，三個(gè)古河槽在槽身中部以下基本貫通，這也是滲水產(chǎn)生的時(shí)間短、滲水量大、范圍廣的原因之一。

（4）從古河槽地下水檢測(cè)成果可以看出，2#古河槽進(jìn)口地下水位比1#古河槽進(jìn)口高10m左右，蓄水及放水過(guò)程中均會(huì)有2#古河槽滲水補(bǔ)給1#古河槽的現(xiàn)象，同時(shí)雖3#古河槽滲徑較長(zhǎng)，基巖面稍高一些，但其對(duì)2#古河槽也有一定的滲水補(bǔ)給，因此雖1#古河槽進(jìn)行了防滲處理，未處理的2#、3#古河槽滲水補(bǔ)給也是滲水原因之一。

3.2.2 滲漏通道分析

（1）從水庫(kù)蓄水放水過(guò)程中發(fā)現(xiàn)庫(kù)面有些部位有大量水泡出現(xiàn),有的呈噴泉狀,這可能是主要的滲水通道,水庫(kù)放空后將水泡位置與破壞的面板及孔洞位置進(jìn)行了對(duì)比,位置相近。

（2）滲水過(guò)程中廠房、渣場(chǎng)及機(jī)電公司后坡的黃土浸水后均發(fā)生了坍塌及滑坡,從出露的地層分析,局部砂礫石層粒徑大且均一,立面也有分布,均屬于強(qiáng)透水層,這也是滲水的主要通道。

（3）水庫(kù)放空后經(jīng)對(duì)三個(gè)古河槽進(jìn)口的檢查,發(fā)現(xiàn)1#古河槽存在四處薄弱部位,素混凝土防滲心墻底部砂礫石灌漿、導(dǎo)流洞梯形引渠左岸齒墻下砂礫石灌漿、導(dǎo)流洞引渠扶壁式擋墻兩側(cè)連接及基礎(chǔ)灌漿、濕陷性黃土基礎(chǔ)破損的分離式面板,這也是滲水的主要通道。

4 后期對(duì)三條古河槽的處理措施

根據(jù)對(duì)古河槽滲水原因及主要滲漏通道的分析結(jié)論，后期對(duì)1#古河槽進(jìn)口采用“防滲墻加分離式面板”的方式完全封閉，即防滲墻軸線布置于發(fā)電洞進(jìn)口至副壩頂部平臺(tái)之間的2#施工道路上，左岸接1#與2#古河槽之間的出路基巖上，右側(cè)與發(fā)電洞進(jìn)口左側(cè)巖石相接，防滲墻頂部高程1884～1897m，全長(zhǎng)282.95m，防滲墻最大深度45.5m，防滲墻以上部位直至副壩趾板之間采用分離式面板防滲；對(duì)2#古河槽進(jìn)口采用全斷面防滲墻處理，防滲墻軸線沿1935m等高線布置，兩側(cè)與基巖銜接，全場(chǎng)518.2m；3#古河槽的滲水可以補(bǔ)給2#古河槽，因此，對(duì)3#古河槽進(jìn)口采用防滲墻+分離式面板防滲處理，后期，不考慮工期延誤而導(dǎo)致的發(fā)電損失費(fèi)，僅對(duì)三條古河槽的處理措施費(fèi)為2億多元，占原批準(zhǔn)投資的近25%。

5 結(jié)論

該工程水庫(kù)左壩肩分布三條古河槽，前期設(shè)計(jì)階段通過(guò)多種不同處理方案，進(jìn)行了三維有限元滲流分析計(jì)算、最大滲透坡降及其出口滲透坡降分析計(jì)算，由于計(jì)算過(guò)程中所采用的古河槽邊界條件及覆蓋層顆粒參數(shù)與實(shí)際不符等原因，得出了三條古河槽總滲透流量為670萬(wàn)m3/年,可以滿足工程滲流穩(wěn)定要求，最終設(shè)計(jì)推薦僅對(duì)1#古河槽進(jìn)口表層增設(shè)混凝土面板，考慮壩基黃土強(qiáng)濕限性，對(duì)2#、3#古河槽不進(jìn)行處理的結(jié)論。后期水庫(kù)下閘蓄水時(shí)，三條古河槽出口扇面上不僅發(fā)現(xiàn)眾多滲水點(diǎn)，而且滲水量較大，直接影響了工程的安全和效益，通過(guò)滲流原因、滲流通道分析得知，三條古河槽互為補(bǔ)水，古河槽進(jìn)口必須全部進(jìn)行防滲處理，后期經(jīng)過(guò)多方案比較確定的古河槽進(jìn)口防滲處理措施費(fèi)大幅增加，約占批準(zhǔn)投資的25%。由此可見(jiàn)，壩址選擇中不能忽視庫(kù)區(qū)古河槽，壩址選擇應(yīng)盡可能避開(kāi)古河槽，實(shí)在避開(kāi)不了時(shí)，最終方案確定前，要加大古河槽的地質(zhì)勘探工作量，完全查明古河槽的邊界條件及覆蓋層組成，要委托多家權(quán)威部門(mén)進(jìn)行相關(guān)分析計(jì)算，在此基礎(chǔ)上確定合理可行的古河槽防滲處理方案。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.016

TV223

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1672-2469（2014）05-0053-03

16作者簡(jiǎn)介：庫(kù)爾班·依明，(1970年—)，男，高級(jí)工程師。