某水庫副壩壩基滲漏分析

林祥海

某水庫副壩壩基滲漏分析

林祥海

(巴州水利水電勘測設計院，新疆 庫爾勒 841000)

以某水庫為例，對水庫副壩壩基滲漏情況進行了分析，結果表明：副壩滲漏是由于壩基下存在較強透水層，在壓力水頭作用下產生滲流的結果；壩基現狀天然鋪蓋不是很完整、均一。當水庫高水位時會與透水層建立水力聯系，建議壩基采用垂直防滲措施；為確保水庫安全運行，建議在水庫周邊區域設置地下水位長期觀測孔。

水庫；壩基滲漏；原因分析

某水庫由主壩、副壩、泄洪洞、灌溉發電洞組成。副壩為均質土壩，壩頂高程776.0m，頂寬14.0m，壩長615m，最大壩高12.0m。2006年12月，當水庫水位763.6m時，副壩壩后減壓溝（溝底高程759.0m），積水0.3～0.4m，距減壓溝下游約500m處的耕地（地面高程754.0～756.0m）亦發生較大面積滲水溢出，局部形成沼澤化。水庫周邊村莊的地下水位普遍上升2.0～3.0m。若庫水位繼續上升到正常水位767.0m高程，則水力坡降加大，有可能危及到副壩安全。因此需分析滲漏原因及危害，以便采取必要的工程措施。

1 地質概況

1.1 地形地貌

副壩建在二級階地上，階面較平整，寬615m，地面高程一般764.0～768.0m，高出一級階地約8.0～10.0m，高出河床約10.0～12.0m，表層分布有粘性土其下為厚層砂卵石層。

1.2 地層巖性

副壩區出露和揭露的地層為元古界長城系石英砂巖和第四系松散沉積層，現由老至新分述如下。

（1）石英砂巖（Z1C）：主要分布于左、右壩肩及壩基，巖層總體走向NW310°～330°，與壩軸線夾角25°～45°，傾向SW（水庫上游），傾角30°～50°。由于石英砂巖多為弱風化巖石，呈中～厚層，巖體較好，可按不透水考慮。

（2）第四系上更新統沖洪積砂卵石（a1+plQ3）：卵石粒徑5.0～10.0cm，最大可達50.0cm，卵石約占50%，中粗砂約占30%。卵礫石成分以石英砂巖、斜長角閃片麻巖為主，磨圓較好。在副壩壩基下分布穩定，厚度一般10.0～16.0m，最厚處可達28.0m以上。

（3）第四系全新統沖洪積壤土夾粘土層及砂卵石層（al+plQ4）、第四系全新統坡殘積壤土、紅色粘土夾碎石（dl+elQ4）：分布于副壩兩壩肩靠山坡處，厚度1.0～3.0m局部為5.0m。

1.3 水文地質條件

副壩區地下水可分為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水兩類。

（1）基巖裂隙水。分布于巖體裂隙中，以大氣降水為補給，以下降泉形式溢出補給河床而排淺，水量隨季節變化。

（2）孔隙潛水。分布于副壩壩基下砂卵石層中及其一級階地，在副壩探井做簡易抽水試驗，滲透系數k值為4.93×10-3cm/s～1.29×10-2cm/s。

2 壩前天然鋪蓋分析

2.1 分布特征

副壩天然鋪蓋主要是利用二級階地表層分布的壤土及粉質粘土。其厚度1.0～3.0m，局部為0.5m或者4.0m，分布不均，在階面陡坎或者溝谷處砂卵石裸露于地表。土層分布厚度總趨勢是從壩腳向庫區逐漸變薄，沿壩線軸線方向土層兩側較厚，中部區普遍較薄，約2.0m左右。土層厚度與地形變化趨勢基本相似，地形相對較高的區域土層厚度相應較厚，反之則薄。

2.2 室內物理力學性質

在副壩天然鋪蓋范圍內選取有代表性的地段挖探坑6個，進行室內土工物理力學性質試驗。經顆分試驗，壩前天然鋪蓋土大部分定名為壤土和粉質粘土，干密度最小值為1.52g/cm3，最大值1.80g/cm3，大部分土體大于1.60g/cm3。土樣的孔隙比大部分大于0.66，土體密實性較好，壤土和粉質粘土飽和快剪內摩擦角φ平均值為23.1°、17.6°，粘聚力C平均值為23.8kPa、31.6kPa。天然鋪蓋土粘粒含量最小為22.4%，最大為36.4%，塑性指數最低值10.2，最大值16.4；土體滲透系數k最小值7.0×10-7cm/s，最大值1.6×10-3cm/s。

由試驗結果可以看出：鋪蓋土體粘粒含量、塑性指數符合規范要求。土樣滲透系數大部分接近1× 10-5cm/s，從滲透系數分析，土體作為防滲介質基本滿足規范要求，但有一個土樣為1.6×10-3cm/s，說明鋪蓋土層局部具中等透水性，存在薄弱部位。

3 副壩壩基透水性分析

副壩壩基砂卵石層粒徑一般為5.0～10.0cm，最大者50cm，卵石成分以石英砂巖、角閃斜長片麻巖為主。滾圓度較好，含量約占50%，砂為中粗砂（含少數量粘泥）約占30%，分布厚度一般為10.0～16.0cm，最厚處28.0cm，其特征是由壩軸線左岸向右岸，厚度逐漸增大，分布長度約600m。從壩前坡腳向庫內延伸厚度變化不大，但靠左岸卵石層厚度有漸薄現象。

卵石層滲透系數是以簡易抽水試驗求得的，K的最大值為1.29×10-2cm/s。簡易試驗測得的卵石層滲透系數與經驗數據相比有一定偏小，但仍屬于強透水性范疇。

4 副壩壩基滲漏原因分析

副壩地基建在二級階地，地基下部砂卵石厚度10.0～24.0m，基巖面高程740.0～751.6m，分布廣泛，層位穩定。現代河床砂卵石層，厚3.0～5.0m，最厚處為7.0m。卵石含量為60%～80%，粒徑3.0～20.0cm，最大約50.0cm，磨圓較好。基巖面高程741.0～750.0m；一級階地高程在752.0～758.0m，表層為厚1～2m灰褐色含粘粒的粉砂土，下部為砂卵石層。

通過對河床二級階地卵石層成分，基巖面高程以及卵石層無相對阻水的粘性土夾層或透鏡體的特征分析，可將各地貌單元的卵石層近視為同一含水層。在建壩前它們之間有水力聯系，建壩后隨著庫水位的上升相應地下水位有所抬升，只是壅高的程度上未達可溢出減壓溝（759.0m）高程。水庫蓄水位升高，當達到763.6m高程時，地下水壅高超過759.0m高程，必然在副壩減壓溝及溝下游高程低,759.0m的耕地處溢出滲水，形成局部沼澤地。因而，副壩壩基滲漏系較強透水性的卵石層地下水直接向下游排泄造成的。

壩前天然鋪蓋一般厚1.0～3.0m，少數范圍為4.0m，對局部厚0.5m或陡坎、溝谷卵石裸露等薄弱處均已做了鋪蓋加強處理，鋪蓋長度約200.0m，若按照壩前約4.0～5.0m水頭不致發生嚴重滲透，再者發生滲漏時對應庫水位為763.6m高程，而副壩地面高程在764.0m以上，庫水位僅接近天然鋪蓋前緣，因而不會是鋪蓋失效引發滲漏。

5 副壩壩基滲漏危害分析

（1）若庫水位控制在763.6m，壩基砂卵石層在一定水壓下促使地下水流速加大，若長期滲水可能造成卵石層中孔隙骨架的擴大細粒徑顆粒被帶走，形成局部集中滲漏。

（2）若庫水位繼續上升到正常水位767.0m，則加大水力坡降，有可能促使壩體土與卵石層接觸面產生接觸沖刷變形而危及到副壩安全。

（3）庫區北側開闊地帶為二級階地分布區，地面高程768.0～772.0m以東地形低洼，形成單薄分水嶺（正常蓄水767.0m）。二級階地表層有5.0～7.0m壤土，其下為大于10.0m厚的砂卵石層。庫水位抬高可能通過卵石層引起兩種情況發生：①使該處地下水位壅高，對周邊耕地產生浸沒；②庫水可能通過分水嶺向庫外滲漏，引起下游耕地浸沒、沼澤化等不良工程地質現象發生。今后應布設觀測設施，加強地下水位的長期觀測，根據觀測成果視情況確定下步處理措施。

6 結 語

（1）副壩滲漏是壩基下廣泛分布厚度較大層位穩定的卵石層，向上游延伸與一級階地卵石層及現代河床卵石層相互串通伸向副壩下游的較強透水層，在壓力水頭作用下產生滲流的結果。

（2）現狀天然鋪蓋也沒有很完整、均一，特別是局部的鋪蓋較深和前沿卵石層出露的地方，當高水頭或者水庫高水位時都會與透水層建立水力聯系，為了解決副壩滲漏問題，還是采用垂直防滲措施為好。

（3）為確保水庫安全運行，建議在水庫周邊區域設置地下水位長期觀測孔，調查水庫周邊村莊地下水位。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.021

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1008-1305（2014）03-0058-02

林祥海(1978年-)，男，工程師。