實例分析原位試驗在水庫古河道滲漏中的應用

郭雅麗

(新疆水利水電勘測設計研究院， 新疆 烏魯木齊 830000)

實例分析原位試驗在水庫古河道滲漏中的應用

郭雅麗

(新疆水利水電勘測設計研究院， 新疆 烏魯木齊 830000)

古河道位于大壩左岸，當庫區達到正常蓄水位時，古河道作為壩基礎，寬度增加且位于水位以下。本文針對古河道進行大型原位探坑注水試驗來確認其滲透系數，并和其他試驗方法對比，選取更有代表性的數據，以此來計算各種工況滲漏量，進而進行防滲，確保大壩達到安全穩定系數。

古河道； 原位注水試驗； 滲透系數； 帷幕灌漿

1 前 言

大石門水利樞紐是車爾臣河流域規劃中確定近期開發的重點控制性樞紐工程，是一項承擔防洪、發電和灌溉任務的綜合利用水利樞紐。庫區西側為托其里薩依河左岸古河道，河道較寬，整體呈 SE-NW 向，進口位于壩址庫區左岸，距壩軸線 100m，出口位于壩址下游 2.3km。當庫區正常水位高程為 2300.00m時，古河道寬約 2.6km，古河道底部低于正常高水位 205m，蓄水后主要位于 Q2泥質半膠結砂卵礫石層，存在滲漏可能。如果處理不當，直接影響工程安全。

查明古河道地下水流向及水力坡度等特征參數，分析其滲漏可能性和滲漏量，可為該古河道進行防治和治理提供可靠依據。

2 古河道概況

水庫區兩岸地形較高，庫區車爾臣河右岸為阿爾金山，河岸邊基巖裸露，后緣分水嶺山體雄厚，由下元古界阿爾金群地層組成的庫盤為相對隔水層，壩址區鉆孔壓水試驗，基巖微風化～新鮮巖體透水性為微透水～極微透水(q<1)，且地層走向與河流流向基本平行，因此水庫右岸不存在大的永久性滲漏問題。但是庫區西側左岸為古河道，古河道較寬，距壩軸線較近。河道在進口處頂部高程為2365.00m左右，寬度為2.8km，底寬為1km。古河道兩岸基巖出露，河道內沉積深厚的砂卵礫石，河邊呈直立的陡坎狀，上部巖性為第四系上更新統Q3砂卵礫石層，厚34～40m，分布高程為2334.00～2338.00m；下部巖性為巨厚層Q2砂卵礫石層，泥質半膠結，呈土黃～棕黃色，厚度50～295m，全部位于正常高水位以下。蓄水后主要位于Q2泥質半膠結的砂卵礫石層。

古河道穩定地下水位均位于Q2砂卵礫石層內，水位呈由南向北逐漸降低趨勢，但均低于河床地表水水位，水位埋深237～247m。由地下水流向和水力坡度判斷古河槽地下水補給源為山前冰雪融水、大氣降水和山前區基巖裂隙水。

為此針對古河道進行大型原位探坑注水試驗確認滲透系數，以此來計算正常蓄水位、水位驟降等各種工況下的滲漏量，進而進行防滲處理，保障大壩安全穩定系數。

3 原位試驗確定滲透系數

根據現場情況在古河道不同的關鍵部位布設探洞，自壩址開始向庫區上游依次布置，距離均勻。在原有探洞、豎井之間穿插，布置位置在庫區空間上具有代表性。在探洞中進行大型注水試驗，試驗方式分成全坑、側壁、坑底三種滲流形式。

試驗的試坑直徑為1.0m(上底和下底一致)，坑深為1.0m，位于探洞內洞深15m、30m和45m(或50m)處。注水流量采用水表計量。

試坑底面積=πr2=3.14×0.52=0.785m2

圓周長=2πr=2×3.14×0.5=3.14m

側壁面積=坑深×圓周長=3.14×1=3.14m2

做側壁滲流試驗時在坑底做隔水處理，做坑底滲流試驗時，在側壁做隔水防滲處理;全坑滲透試驗示意圖見圖1。

圖1 全坑滲透試驗示意圖

滲透系數計算公式采用達西公式：

Q=KiA

式中Q——流量,m3/h;

K——滲透系數,m/h;

i——水力坡降,m;

A——面積,m2。

當進行全坑滲透試驗時，滲透水流主要沿側壁和底面進行滲流(滲流量Q)，其中沿側壁的滲流量為Q1，底面的滲流量為Q2，水力坡降i分別采用0.5、1.0進行計算。

4 滲透系數分析成果

a.相對鐵環注水試驗而言，該次試驗的試坑尺寸大，水滲流所經過的范圍大，能夠包絡大粒徑的礫石和在較大范圍分布的巖土顆粒間隙與孔隙，更全面反映地層的透水特征和滲透系數。

b.與全坑和坑底滲流試驗相比，側壁滲流試驗獲得的滲透系數成果離散度大。

側壁滲流試驗獲得的滲透系數平均值大于全坑和坑底的。不建議采用該成果進行滲流計算。

5 滲漏量估算

6 古河道防滲處理

6.1 不同高程進行分層灌漿

在左岸壩頂高程設570m長灌漿廊道，為保證灌漿質量，在高程2230.00m處設405m長灌漿廊道，進行分層灌漿：?壩頂高程處左壩肩沿壩軸線方向灌漿段屬于永久交通洞與灌漿廊道結合，廊道尺寸5.5m×5.5m，廊道形式為馬蹄形。底板采用40cm厚C20混凝土底板，兩側分別設0.3m×0.4m排水溝。廊道邊側及頂部采用掛網C25混凝土噴護，并用格柵拱架支撐；?高程2230.00m處灌漿廊道尺寸3.7m×3.0m，廊道形式為馬蹄形，采用40cm厚鋼筋混凝土襯砌，地板兩側設排水溝。

6.2 不同巖性灌漿處理

防滲灌漿處理：?巖石段，在灌漿廊道內設兩排帷幕灌漿孔，孔距、排距均為2m，梅花形布置，孔深按5m以下控制；?在砂卵礫石地層中采取灌漿防滲帷幕，在灌漿廊道內設兩排帷幕灌漿孔，孔距為3m，排距為2m，梅花形布置，孔深按入巖5m以下控制，注漿后滲透系數小于3Lu。

7 結 論

a.研究古河道的滲透系數、地下水流向特征及參數，分析其滲漏可能性、滲漏量，為該古河道防治和治理提供可靠依據。

b.確定滲透系數，多種試驗方法比對和模擬對最終結果的影響。古河道現場的大型原位注水試驗較鐵環注水結果更具有代表性。

c.為減少大壩各種工況下的滲漏量，提高壩基穩定性，對壩基段古河道進行帷幕灌漿和封閉的庫區帷幕，兩者同時設置，以此提高安全儲備。

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Application of instance analysis in-situ test in reservoir ancient river channel seepage

GUO Yali

(XinjiangWaterConservancyandHydropowerResearchandDesignInstitute,Urumqi830000,China)

Ancient river channel is located on the left bank of the dam. When the reservoir reaches normal water storage level, the width of ancient river channel is increased as the dam foundation, and it is located below the water level. In the paper, large-scale in-situ deep pit water injection test is implemented aiming at ancient river channel, and the permeability coefficient is confirmed, which is compared with other test methods to select more representative data. The seepage under different working conditions is calculated accordingly, thereby preventing seepage, and ensuring that the dam can reach safety and stability coefficients of the dam.

ancient river channel; in-situ water injection test; permeability coefficient; curtain grouting

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.07.019

TV61

B

1005-4774(2017)07- 0072- 03