某大壩滲漏原因分析及治理措施探討

朱思軍，李 川，陳小丹，關 釗，馬 勇

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省巖土工程技術研究中心，廣州 510635；3.廣東省山洪災害突發事件應急技術研究中心，廣州 510635)

1 工程概況

某水庫位于珠三角地區，以蓄水調咸功能為主，為大(2)型水庫，正常蓄水位為49.4 m。水庫由大壩和溢洪道組成。大壩為土石分區壩，采用上昂式排水體和水平褥墊排水相結合的排滲方式，最大壩高為54.5 m，壩頂長435 m，寬8 m，壩基采用帷幕灌漿止水，壩體和左右壩肩設有位移、滲壓計等監測設施，壩腳設有量水堰。大壩典型斷面如圖1所示。

圖1 大壩典型斷面示意

2018年，水庫水位蓄至45 m以上后，大壩背水坡右側局部出現滲水點，大壩量水堰監測結果顯示滲漏量偏大(滲水區域示意見圖2，量水堰監測結果示意見圖3)。從圖3可以看出，庫水位較低時，大壩滲流量隨庫水位的升降而升降，變化趨勢是正常的，但當庫水位上升到45 m及以上的高水位后，庫水位變化較小，但大壩滲流量出現突增，若庫水位上升至正常蓄水位49.4 m時滲流量將更大，滲水點滲出的水量更多，存在較大的安全隱患，須采用各種探測方法查明滲漏原因，并采取針對性的工程措施進行處理。

圖2 大壩滲水區域示意

圖3 2018年庫水位—滲流量—降雨量關系示意

2 滲漏探測方法

由于大壩滲漏原因復雜，滲漏通道隱秘，單一探測手段難以得到滿意的結果。國內外學者對探測方法的適用條件作了大量工作[1]，為了探尋滲漏原因，主要采取地質勘察、測壓管水位監測及地球物理勘探3種類型的探測手段，各種方法相互印證，以期得到滲漏的真正原因。

2.1 地質勘察

大壩沿壩軸線布置鉆孔6個，背水坡布置鉆孔16個，共布置鉆孔22個。鉆孔平面布置見圖4所示。

圖4 大壩鉆孔布置示意

鉆探過程中，每隔2～3 m做1次標準貫入試驗。對壩體典型區域和壩基、壩肩取土樣、巖樣和水樣，分別進行室內土工試驗、抗壓強度試驗和水質分析。每隔5 m做1次壓水或注水試驗。

標準貫入試驗統計結果見表1。從表1可知，大壩40 m以上防滲區的實測平均標貫擊數比40 m以下防滲區的要小，說明壩體下部填土壓實度比上部要好，這可能是高水位時滲漏量突增的原因之一。防滲區的實測平均標貫擊數比非防滲區的實測平均標貫擊數大，符合實際，原因是防滲區的填土壓實度要求比非防滲區要高。

表1 壩體標準貫入試驗統計結果

壩體注水試驗統計結果見表2。從表2可知，大壩40 m以上防滲區的實測滲透系數比40 m以下防滲區的實測滲透系數大，說明壩體下部填土壓實度比上部要好，高水位時水從壩體上部更易滲漏，導致滲漏量突增。防滲區的實測滲透系數比非防滲區的實測滲透系數小，符合實際。

表2 壩體注水試驗統計結果

2.2 測壓管水位監測

為了監測大壩各區域的水位，此次利用全部地質鉆孔布置了較多測壓管，共布置4個剖面，每一剖面在不同高程布設3～5個測壓管，測壓管濾管開口段分別位于壩體防滲土料區(I區)、非防滲土料區(II區)及壩基區，平面布置見圖5所示，各剖面測壓管水位與庫水位關系曲線見圖6～圖9。

圖5 大壩測壓管布置示意

圖6 0+150剖面測壓管水位與庫水位關系曲線示意

圖7 0+250剖面測壓管水位與庫水位關系曲線示意

圖8 0+330剖面測壓管水位與庫水位關系曲線示意

圖9 0+380剖面測壓管水位與庫水位關系曲線示意

由圖6～圖9可知，壩基和壩體各測壓管測值隨庫水位的增高而增高，趨勢正常，說明從壩基和壩體滲漏的可能性較小。

2.3 地球物理勘探

目前在大壩滲漏檢測中比較成熟的物探方法共有8種，分別是直流電阻率法、自然電場法[2]、高密度電阻率法[3]、探地雷達法[4]、擬流場法、彈性波法、溫度場法、同位素示蹤法，另外還有激發極化微分測深法、井間地震CT技術、面波技術、超聲波測井和孔內電視等手段的應用[5]。此次根據實際情況，采用的物探方法有高密度電阻率法、激發極化法等。

當前的小學數學課堂，教師的主導思維依然比較嚴重，忽視學生的自主學習和發展，不注重興趣的引導和激發，不注重啟發和思考，不注重和生活實踐的結合等教學模式，嚴重限制了數學這門學科的教學意義和價值，學生無法從數學學習中感受到充分的樂趣，課堂教學的有效性不高。在這種教學思想和教學習慣的指導下，小學生通過幾年的數學學習，除了會做題，會運算之外，對數學的感悟非常淡薄，只知道數學是考試科目，對為什么要學習數學，學習數學有什么用沒有一個起碼的認知，這是教師必須要重視的問題。

1)高密度電阻率法

高密度電阻率法探測結果見圖10所示，從圖10可知，L12～L14的3條測線在同一位置附近(0+330～0+380里程，大壩右壩肩處)均有異常點，其連線懷疑為小規模明顯滲漏區域。

圖10 高密度電阻率法探測結果示意

2)激發極化法

激發極化法探測結果見圖11所示，從圖11可知，各測線均出現封閉的低阻異常，且低阻異常體的形態及位置在各測線上具有延續性，同時低阻體的位置接近右壩肩，其主要發育區域為0+330～0+380里程段。推測右岸壩肩有滲漏通道的可能性較大。

圖11 激發極化法探測結果示意

3 滲漏原因分析

從地質勘察、測壓管水位監測、地球物理勘探和彌散試驗等方法探測結果可總結如下：

1)根據地質勘察情況，壩址區無溶洞，且無構造破碎帶，基本排除地下水從較遠處通過溶洞或構造破碎帶向壩后滲漏的可能。

2)根據注水試驗和標準貫入試驗結果，壩體上部相比于壩體下部的滲透性要大，導致高水位時壩體更容易滲漏，這一結果可解釋水庫水位在庫水位上升到45 m及以上的高水位后，庫水位變化較小，但大壩滲流量出現突增的現象。

3)根據測壓管監測結果，壩基滲流趨勢正常，壩基滲漏的可能性較小。

4)根據高密度電阻率法和激發極化法探測結果，右岸壩肩有滲漏通道的可能性較大，水從裂隙發育的壩肩繞滲或從壩體與壩肩交接處滲透。

4 滲漏處理措施比選

目前國內外學者對水庫滲漏處理措施做了大量研究[6-11]，針對水庫大壩滲漏常用的處理方法有塑性混凝土墻方案、旋噴樁方案、灌漿方案等，下面對這些方案分別進行可行性分析。

4.1 塑性混凝土墻方案

塑性混凝土墻方案具有可靠性好，施工方便，施工工藝成熟，截滲能力強等優點。但塑性混凝土墻施工對壩體擾動較大，且投資大，故該方案適用于局部關鍵部位的截滲。

4.2 旋噴樁方案

旋噴樁方案具有施工工藝成熟，質量可以保證等優點。但旋噴樁工期長，投資較大，常用作基坑止水帷幕。

4.3 灌漿方案

灌漿方案具有施工快，施工工藝成熟，投資較省等優點。但灌漿質量難以保證。

綜合各方面因素考慮，該工程最終采用了灌漿方案，具體如下：右壩肩為最可能的滲漏區域，采用灌注純水泥漿液進行帷幕灌漿，灌漿孔沿壩軸線布設，延伸至右壩肩30 m處，孔距2 m，從壩頂灌至不透水層(q≤5L u)以下3 m；另外，壩體上部壓實度較差，采用成本較低的可控復合膏漿高壓脈動灌漿[12]，灌漿孔沿壩軸線布設，孔距2 m，從壩頂灌至壩基面，確保萬無一失。

灌漿施工于2020年5月完工，完工后經過了一段時間的觀測，2020年量水堰滲流量監測結果見圖12。

圖12 2020年庫水位—滲流量-降雨量關系示意

由圖12可知，2020年下半年大壩滲流量對比上半年大幅減小，已處于正常水平。2020年11月庫水位達到正常蓄水位49.4 m，經巡查發現大壩背水坡右側原滲水點處干燥，無水滲出。由此可見，經過灌漿處理后，大壩滲漏問題已徹底解決。

5 結語

1)對大壩進行地質勘察，通過分析壩體不同部位的標貫擊數和滲透系數，分析出壩體下部填土壓實度比上部要好，高水位時水從壩體上部更易滲漏，導致滲漏量突增。

2)安裝測壓管對大壩各區域進行水位監測，通過分析庫水位與測壓管水位變化關系，分析出壩體和壩基水位隨庫水位變化趨勢正常，說明從壩基和壩體滲漏的可能性較小。

3)對大壩進行地球物理勘探，通過分析探測數據，分析出右岸壩肩有滲漏通道的可能性較大。

4)根據方案比選，最終采用灌漿方案進行處理，處理后大壩滲流量大幅減小，且高水位時原滲水點未出現滲水現象，說明處理措施有效，探測結果可信，可為類似工程提供參考。