王圪堵水庫壩址滲漏問題分析

張首軍

（陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院 陜西 咸陽 721000）

壩址滲漏按其發生部位可分為壩基滲漏和繞壩滲漏，壩基滲漏指通過壩基覆蓋層及巖體向下游的滲漏，繞壩滲漏指繞過兩岸壩肩巖土向下游的滲漏。壩址滲漏不僅影響工程效益，而且威脅建筑物的安全，因此分析壩址滲漏問題、估算滲漏量，對工程建設具有重要的意義。本文對王圪堵水庫壩址滲漏問題進行了分析探討，可供工程建設借鑒。

1 工程概況

王圪堵水庫工程位于陜西省榆林市橫山縣以北黃河右岸一級支流無定河中游，距橫山縣城約12km，距榆林市約60km。設計壩高44m，壩頂高程1052m，正常蓄水位1046m，死水位1027m，回水長度 13km，是一座以供水、攔沙和灌溉等綜合利用的水庫工程，工程規模為大（2）型水利樞紐工程。工程區地震動峰值加速度a=0.039g，地震動反應譜特征周期T=0.35s，相應的地震基本烈度＜Ⅵ度。

2 基本地質條件

王圪堵水庫工程區地處陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣，地勢西北高、東南低，海拔高程1000m～1400m，地形高差約50m～100m。地貌成因種類、形態類型較為復雜，東南部為黃土梁峁、丘陵、溝壑地貌，西北部為風成沙漠地貌。

本區地下水按含水層性質及埋藏條件可分為孔隙、裂隙潛水和基巖承壓水兩大類。

本區松散覆蓋層孔隙潛水主要接受大氣降水補給，河谷地帶則主要接受地表水的補給。地下水則多以泉的形式排泄于溝谷中；基巖裂隙水主要接受松散層孔隙潛水的補給，受地層結構的控制，多形成局部承壓水。

3 壩址滲漏分析

3.1 地形地貌及地層巖性

水庫兩岸地形地貌條件不對稱，左岸為沙漠區，右岸為黃土梁峁區。沙漠區由沙丘、沙梁及洼地組成，右岸殘留一、二級階地，階地堆積物由沖積成因的細砂夾粉質壤土薄層組成，具二元結構。左岸岸坡地形較陡，自然坡度35°～40°左右，由上更新統沖湖積和全新統坡積物組成，右岸壩肩地形向河床呈微型凸出，上、下游發育小沖溝。

壩址地層由松散覆蓋層和基巖組成，其中松散覆蓋層分別為人工堆積（Q4s）粉細砂，全新統沖積（Q42-3al）細砂，上更新統沖湖積（Q31al+l）粉細砂。基巖由侏羅系砂巖和泥巖組成，以砂巖為主、泥巖次之，強風化厚度2m～5m，中厚層狀，其中砂巖為較軟巖，巖體較完整。泥巖為極軟巖，易軟化，遇水崩解，失水干裂，巖體工程性質差。

3.2 壩址滲漏的工程地質條件分析

由壩址區地層巖性可以把滲漏的形式分為第四系松散細砂層的均勻滲漏及侏羅系砂巖和泥巖受風化、卸荷影響較均勻分布的裂隙產生的較均質滲漏兩種。

3.2.1 壩址區松散巖層的滲漏分析

壩址區松散巖層為人工堆積、全新統沖積粉細砂層、沖湖積砂層，顆粒均勻，為相對均質的粉細砂層，厚度7m～11m，根據野外滲水試驗成果，結合抽水試驗，計算人工堆積（Q4S）砂層，滲透系數K=6.66×10-3cm/s（K=5.75m/d）、屬較強透水。河床沖積砂層滲透系數K=3.35×10-2cm/s（K=28.94m/d），屬較強透水。沖湖積砂層滲透系數 K=1.94×10-2cm/s～9.82×10-3cm/s，平均值為 1.94×10-2cm/s（K=16.8m/d），屬較強透水。以上松散巖層為壩址區主要的滲漏通道。

3.2.2 壩址區基巖的滲漏分析

壩址區地層巖性為侏羅系上統安定組（J3a）中厚層狀粉砂巖、泥質砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質砂巖，紫紅色、淺灰色、暗紫紅色，基巖地層呈單斜構造，微向NW緩傾，巖層傾角1°～3°。壩址區斷裂構造及裂隙基本不發育。

壩基巖體的透水性特征及透水率主要通過鉆孔壓水試驗成果來體現，鉆孔壓水試驗采用國際上較通用的呂榮試驗方法。壩基巖體鉆孔壓水試驗結果顯示，壩段巖體透水性具有上部大、下部小的規律性，巖體單位透水率介于1.0Lu～35Lu之間，不同地段（局部）巖體由于裂隙較發育透水率達到11.8Lu～31Lu。根據巖體滲透性分級，巖體屬弱透水及中等透水。

表1 壩基覆蓋層滲漏計算表

表2 壩基基巖滲漏計算表

表3 繞壩滲漏計算表

表4 壩基滲漏總量統計表

根據水電工程帷幕的一般防滲標準要求；壩高50m以下，可以把q＜5Lu作為相對隔水巖體；因此按土石壩防滲標準，對透水率q>5Lu巖體段作為壩基巖體的滲漏區間。

3.3 壩址滲漏量估算

3.3.1 壩基滲漏量估算

（1）壩基覆蓋層滲漏量估算

壩基河床覆蓋層厚度7m～11m，為相對均質的粉細砂層，屬較強透水，存在滲漏問題。滲漏計算考慮人工堆積砂層和河床沖積砂層兩個巖土層。滲透系數分別為：人工堆積砂層 K=5.75m/d（K=6.66×10-3cm/s）、河床沖積砂層 K=28.94m/d（K=3.35×10-2cm/s）。

根據壩基滲漏計算公式：

式中，Q——庫水滲漏量，m3/d；

K——土層的滲透系數，m/d；

H——有效水頭高度，m；

2b——滲流長度，m；

M——透水層厚度，m；

B——壩線計算段長度，m。

計算示意圖如圖1所示，計算的滲漏量結果如表1。

圖1 壩基滲漏計算示意圖

（2）壩基基巖滲漏量估算

壩基基巖透水率q一般為1Lu～30Lu，屬中等～弱透水性，滲漏計算按土石壩防滲標準對透水率q>5Lu巖體段進行計算，根據壩基滲漏計算公式：

式中符號意義同前。計算的滲漏量如表2所示。

滲透系數K根據透水率q換算求得q的加權平均值為4.67Lu，大值平均值為9.2Lu。

式中，r——鉆孔半徑，m。

3.3.2 繞壩滲漏估算

左岸壩肩沖湖積砂層滲透系數K=16.8m/d，為較強透水層。根據均質透水層滲漏計算公式：

式中，Q——繞壩滲漏量，m3/d；

K——土層的滲透系數，m/d；

H——有效水頭高度，m；

H1——庫水位高出隔水層的高度，m；

h1——河流水邊線的含水層厚度，m；

r——壩肩繞滲半徑，m；

b——水庫沿岸滲漏長度m，b=L/π；

L——繞壩滲漏寬度，m。

計算的滲漏量如表3，存在較嚴重的繞壩滲漏問題。繞壩滲漏計算示意圖如圖2、圖3所示。

圖2 沿壩軸線滲漏示意圖

圖3 繞壩滲漏平面示意圖

綜上所述，壩址滲漏總量統計如表4。

綜上所述，壩址滲漏量為22409m3/d，年滲漏量約為817.93萬m3，約占河流日來水量（90.37萬m3/d）的2.48%，滲漏損失量不大。

4 防滲處理建議

河床覆蓋層為均質的粉細砂，屬中等透水性地層，水庫蓄水后，受上游河谷庫區水頭的影響，既有水量損失，又容易產生滲透破壞，對壩基穩定不利。下伏的中厚層狀粉砂巖、泥質砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質砂巖屬軟巖或較軟巖，巖層產狀基本呈水平狀，透水性屬弱透水及中等透水。水庫蓄水后，在有壓滲流作用下，會改變壩基巖土體的組成結構，產生滲透變形及沉降變形，對壩基穩定不利，因此必須進行壩址區的防滲處理。

根據壩址區地層巖性及滲漏特征分析，結合設計壩型、壩體規模、水文地質條件以及地形等綜合因素考慮，最終建議對粉細砂覆蓋層采取截滲墻等進行處理，對基巖進行帷幕灌漿處理。

5 結語

因為滲漏會造成水庫的水量損失，會因滲透水流的潛蝕作用而影響壩基、岸坡巖體或覆蓋層的穩定，會因滲透壓力而影響壩體或壩后建筑物的穩定，結果可能會危及大壩安全導致工程事故，所以壩址滲漏問題是水庫工程重要地質問題之一，應根據壩址區的地層巖性分布特征，結合室內及原位試驗，科學合理的確定滲漏范圍、防滲邊界、巖土滲透參數、計算滲漏量，并最終提出防滲處理建議。只有這樣才能取得較為合理的地質資料，為工程設計提供依據。陜西水利

[1]陳德基、司富安等.水利水電工程地質勘察規范（JG50487-2008）[S].

[2]常士驃、張蘇民等.工程地質手冊[M]，2007年2月.