沙坪水庫壩基透水分析及防滲加固措施

孫國興

（宜昌市水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，湖北宜昌443000）

沙坪水庫壩基透水分析及防滲加固措施

孫國興

（宜昌市水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，湖北宜昌443000）

壩基滲漏一直是水庫工程中重要的難題，問題的解決主要是通過分析壩基滲漏原因，并制定相應(yīng)的措施來達(dá)到防滲加固的目的。本文結(jié)合湖北省宜昌市沙坪水庫壩基防滲加固工程，運(yùn)用三維概化模型和鉆孔壓水試驗(yàn)成果得出壩基巖體的透水率，分析壩基透水原因，并制定了相應(yīng)的防滲加固措施，以期對相關(guān)水庫工程防滲加固設(shè)計(jì)有所借鑒。

水庫壩基；透水率；透水原因；防滲加固

1 工程概況

沙坪水庫位于湖北省宜昌市夷陵區(qū)樂天溪鎮(zhèn)境內(nèi)，系長江一級支流—樂天溪梯級開發(fā)的骨干工程，壩址以上集水面積365km2，總庫容4144萬m3，興利庫容2665萬m3。水庫正常蓄水位168m，設(shè)計(jì)和校核洪水位分別為169.37m、170.82m，沙坪水庫是以防洪、灌溉為主，結(jié)合供水、發(fā)電、攔沙等綜合利用的中型水利樞紐工程。

對沙坪水庫地質(zhì)勘查得知，壩基巖體上部為1.5～8.7m的弱風(fēng)化花崗巖，局部地段受到巖漿的侵蝕，巖漿接觸帶附近巖體風(fēng)化程度存在差異性，弱風(fēng)化層中夾有透鏡體狀的強(qiáng)風(fēng)化層，其透水性相對較弱；壩基巖體下部為微風(fēng)化至新鮮花崗巖，呈弱透水性。2008年清洗排水孔時(shí)，發(fā)現(xiàn)壩基左側(cè)滲漏量較正常值偏大，水庫在正常蓄水位時(shí)的年平均滲漏量為0.29L/s；壩基右側(cè)的滲漏量較壩基左側(cè)小，年平均滲漏量為0.09～0.45L/s，壩基存在滲漏問題，需找出壩基滲流原因，并制定相應(yīng)的防滲加固措施。

2 壩基透水原因分析

2.1 三維模型概化

三維滲流模型需要根據(jù)沙坪水庫壩址的地質(zhì)和水文特征建立，水庫地表的生成通過CAD中等高線作出，并結(jié)合克里金插值的方法進(jìn)行。模型坐標(biāo)系的選取以右手正交法則為依據(jù)，以東西方向和南北方向分別作為滲流模型的x軸和y軸，豎向?yàn)閦周，向上、正東和正北方向?yàn)檎较?，模型底部高程以壩基高程為?zhǔn)，四周制定相關(guān)的約束條件，模型如圖1所示。以此得到的三維滲流模型的尺寸為700m×500m×160m，所建模型主要包含30150個(gè)六面體以及38286個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型的分區(qū)有3部分內(nèi)容，即壩體、壩基以及水庫防滲墻，壩基風(fēng)化區(qū)域的滲透系數(shù)通過模型反演計(jì)算得出［1］。

圖1 水庫三維概化模型示意圖

2.2 壩基滲透參數(shù)

壩基透水率是影響水庫防滲效果的一項(xiàng)重要的參數(shù)，因此在制定防滲加固措施時(shí)要掌握壩基透水率的變化。其次防滲墻本身以及壩體的透水率也會對防滲效果產(chǎn)生影響，該水庫的重點(diǎn)滲漏地點(diǎn)在于壩基的滲漏，為便于計(jì)算，只對壩基的透水率進(jìn)行分析。滲透參數(shù)反演要以壩基的滲漏量為基礎(chǔ)，邊界條件選取水庫處于正常蓄水位條件下的壩基滲漏狀況，即2009年水庫在正常蓄水位168m下壩基的滲漏量0.26L/s，以此滲漏量為目標(biāo)值，進(jìn)行壩基透水率的反演計(jì)算。以表1中計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到壩基透水率與滲漏量變化曲線以及2者之間的關(guān)系，如圖2和圖3所示。

表1 不同計(jì)算方案及滲漏量統(tǒng)計(jì)

圖2 壩基透水率與滲漏量變化曲線

圖3 滲漏量-壩基透水率關(guān)系

滲漏量與壩基透水率近似成線性關(guān)系，運(yùn)用最小乘分法擬合得到2者之間的關(guān)系，并推算得到壩基巖體上部弱風(fēng)化花崗巖透水率為1.30～3.45Lu；局部弱風(fēng)化層中夾透鏡體狀的強(qiáng)風(fēng)化層透水率為5.10Lu，具弱透水性；下部微風(fēng)化至新鮮花崗巖透水率一般為0.21～1.52Lu。

2.3 壩基透水原因分析

結(jié)合工程地質(zhì)施工，分析壩基透水原因主要包括3方面的內(nèi)容：

（1）受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及侵入巖脈的影響，壩址處出現(xiàn)裂隙，裂隙發(fā)育方向與壩軸線垂直或大角度相交，構(gòu)成壩基滲水通道。壩基f2、f3、f4斷層（以及順河向裂隙）沿河床呈縱向發(fā)育，延伸較長，為貫通性斷層。巖石順斷層、裂隙風(fēng)化較深，施工時(shí)不易全部清除。根據(jù)鉆探和施工記錄，河床主溝道部位清基較徹底，大部分為微風(fēng)化巖層，但順裂隙為強(qiáng)或弱風(fēng)化；壩基左右兩側(cè)以弱風(fēng)化巖層為主，局部存在強(qiáng)風(fēng)化巖層。壩基巖體的透水率較高，不符合工程防滲的要求。

（2）壩基防滲帷幕不閉合，水庫不能形成一個(gè)完整的防滲體系。

（3）原來的帷幕灌漿施工方法欠妥，水庫壩基的帷幕灌漿孔間距安排不合理，灌漿達(dá)不到預(yù)期的效果。

3 壩基防滲加固處理

水庫現(xiàn)階段的混凝土防滲面板與壩基的防滲帷幕線沒有閉合，因此，大壩還沒有建立一套完整、閉合的防滲體系，壩基防滲加固措施的重點(diǎn)在于調(diào)整壩基帷幕線。經(jīng)過方案比較，得出應(yīng)在大壩防滲面板齒槽部位布置壩基防滲帷幕線，閉合防滲帷幕線以保證水庫整體防滲效果［2］。

3.1 防滲帷幕深度的確定

壩基的防滲加固以微風(fēng)化至新鮮狀態(tài)的花崗巖為依托，防滲帷幕設(shè)計(jì)施工原則為進(jìn)入透水率q＜3Lu的相對隔水層，并且與其間距不得小于5m；防滲帷幕的深度原則上一般不得小于水庫大壩壩高的1/3，且高度要超過15m。基于上述原則，確定沙坪水庫壩基的防滲帷幕深度見表2。

表2 壩基的防滲帷幕深度

3.2 防滲加固施工

工程運(yùn)用帷幕灌漿處理的方式解決壩基滲漏問題。帷幕線總長277m，其中河床部位壩基長247m，左岸壩肩長30m。壩基帷幕灌漿軸線與新建混凝土趾板中軸線相一致，由趾板頂部鉆孔。左壩肩帷幕灌漿軸線與左岸平洞軸線相一致，由平洞底板頂部鉆孔。灌漿孔單排布置，孔距2m，壩基部分共計(jì)124孔，左岸壩肩共計(jì)16孔。整個(gè)帷幕共計(jì)140孔，總進(jìn)尺3737m，平均孔深為26.69m，最大孔深為28m，最小孔深15m，分三序鉆孔灌漿［3］。

3.3 防滲加固效果分析

壩基滲漏防滲加固之后，可相應(yīng)地修改模型參數(shù)，對大壩的防滲加固效果進(jìn)行分析。防滲加固效果的評價(jià)與分析也在水庫處于正常蓄水位條件下進(jìn)行，此法也可估計(jì)后期水位上漲后的大壩滲漏情況，為加固后的大壩運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。在正常蓄水位條件下，防滲加固后的大壩模型模擬結(jié)果如圖4和圖5所示：

圖4 水庫壩體整體效果

圖5 地下水等水位線

由分析模擬結(jié)果可知，水庫防滲墻附近的水頭壓力有明顯的變化，壩基帷幕灌漿的左側(cè)和右側(cè)相差16m左右；并且在遠(yuǎn)離防滲墻的地下水水頭壓力基本上與埋深成正比的關(guān)系，水庫兩個(gè)壩肩位置的地下水水頭普遍大于中部區(qū)域的水頭，地下水等水位明顯集中在灌漿帷幕墻附近，表明防滲加固后的帷幕墻起到了較好的防滲作用，并且壩基的整體防滲效果有明顯的增加。防滲加固后的壩基滲漏量明顯減少，壩基左側(cè)的滲漏量為0.08L/s，壩基的滲漏穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)語

通過建立三維概化模型并反演計(jì)算壩基巖體的透水率，與鉆孔壓水試驗(yàn)成果相差甚小，反演計(jì)算結(jié)果具有參考價(jià)值。結(jié)合反演計(jì)算結(jié)果以及工程地質(zhì)施工概況，分析壩基透水原因，并制定相應(yīng)的防滲加固措施，同時(shí)運(yùn)用三維概化模型分析壩基的防滲加固效果，模擬結(jié)果與實(shí)際證明壩基防滲加固效果明顯，壩基左側(cè)的滲漏量控制在0.08L/s左右，壩基滲漏穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］駱祖江，張弘，李會中，等.烏東德水電站壩址區(qū)地下水滲流三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（02）：341-347.

［2］董鵬.石頭河水庫大壩右壩肩滲漏分析及防滲加固措施［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2004（01）：59-61.

［3］黨雪梅.土石壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2010（05）：50-53.

TV223.4

B

1672-2469（2015）12-0106-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.037

孫國興（1984年—），男，工程師。