大封門水庫副壩滲漏問題探究

張凌晨

（廣州市水務規劃勘測設計研究院有限公司,廣東 廣州 510640）

1 工程概況

1.1 概況及項目背景

大封門水庫位于廣州市增城區增江二級支流派潭河上游,周圍山泉水系豐富,于1969 年12 月動工興建,1982 年10 月竣工。庫區建有一座漿砌石拱壩（主壩）,及一座土壩（副壩）,副壩壩頂高程為271.50 m,最大壩高30.5 m,壩頂長120 m,面寬6 m,迎水坡平均坡為1∶2.4 混凝土護坡,設3 級馬道,其后為大體積干砌石棱柱體,為一座以發電為主的兼有防洪效益的小（1）型水庫,主要建筑物級別為4 級。

2020 年以來庫區管理部門發現副壩棱體仍有持續滲漏情況,管理部門反映下雨時滲漏水量會較平時有所增加,滲漏水溫度較低,水質干凈,無肉眼可見雜物,發現上述問題后,管理單位對漏水位置新設明溝導排,防止滲漏水流對出水口兩側結構的沖刷,避免滲漏點持續擴大,并設簡易混凝土量水堰進行監測,并同步對副壩進行滲漏分析。并作為日后水庫工程運行管理、維修加固的依據。

1.2 工程規模等級

大封門水庫原設計總庫容為665 萬m3,為小（1）型水利工程,主要建筑物為Ⅳ級。漿砌石主壩按500 年一遇洪水校核,均質土壩副壩按1000 年一遇洪水校核。

表1 大封門水庫工程特性表

續表1

1.3 地質情況

副壩體填土土料主要來源于附近山體的花崗巖風化土和坡殘積土,含砂礫質和強風化碎塊石。根據本次地質鉆孔資料,填土干密度1.59 g/cm3,天然含水率18.1%,最大干密度1.83 g/cm3,最優含水率14.0%,粘聚力24.9 kPa,內摩擦角14.7°,計算得出壓實度為86.89%。填土壓實度偏低、抗剪指標偏低、含水量偏高。綜合土工試驗及現場注水試驗統計數據,壩體滲透系數為2.38×10-5cm/s～8.92×10-5cm/s,滲透性等級為弱透水。易溶鹽含量0%～0.002%,有機質含量0.51%。

2 副壩滲漏情況

副壩整體外觀基本完好,壩頂檢查未發現裂縫、錯動、沉降變形等異常現象。迎水坡用混凝土護坡,背水坡用草皮護坡。壩面排水系統運行良好,大壩未發現裂縫、剝蝕、破損、塌坑、隆起、松脫等異常現象,背水坡未發現異常滲漏和管涌現象。未發現存在白蟻蟻害。

副壩有浸潤線監測系統,壩頂有位移沉降觀測點,目前運行基本正常。但無滲流量的觀測,建議補充滲流量監測設施。現場檢查發現副壩排水棱體后滲水,通過簡易量水堰測量,現場觀測滲水量約10 L/min。

為查明滲漏原因,先對原設計資料結合多年水文觀測資料進行計算復核,通過滲透穩定復核及結構穩定復核均顯示滿足要求,本次將從實際物理及化學方式進一步查明滲漏實際原因。

3 儀器法滲漏通道物探

3.1 物理探測方式

本次利用高密度電法和充電法完成物探工作,揭示滲漏發生原因,高密度電阻率法是一種陣列勘探方法,利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀實現數據快速、自動采集。具有成本低、效率高、信息豐富、解釋方便等優點,已廣泛應用于工程、礦產等物探勘察中。

3.2 物探組織工作

本次物探測線沿副壩草坪護坡布設。高密度電法和充電法同線開展測量。由于兩種物探方法對場地范圍需求不同,且場地有限,高密度電法和充電法完成的測線起止范圍存在一定的差異。

本次物探完成工作量為：高密度電法測線10 條,測點點距2 m,測線總長1000 m,共計510 點；工作量詳情見表2。

表2 高密度電法工作量一覽表

3.3 物探結論

由于場地內電場干擾較大,充電法探測效果差,本次物探成果的綜合分析以高密度電法成果為主。綜合各測線高密度電法推斷解釋的異常區平面分布位置,于副壩草坪護坡推斷解釋滲漏區一處,滲漏區位置及發育走向見圖1,滲漏區上游最小寬度約為5.5 m,下游側較寬,寬度約為12.5 m,呈帶狀分布,滲漏區平面長度約為44 m,滲漏區平均深度約為16 m。

圖1 物探測線布置及推斷解釋的滲漏區位置示意圖

本次物探結論如下：本次物探根據9 處高密度電法異常區,推斷解釋了滲漏通道1 處；該滲漏通道位于壩肩與山體的結合部位。具體位置及發育形態見圖2；隨地形起伏變化,各測線揭露的該通道的埋深約為13 m～21 m,平均埋深約為16 m。

圖2 滲漏點取樣（左）及左壩肩泉水出逸點取樣（右）

4 水質化學成分分析

4.1 分析方法

采用高密度電法初步查明了滲漏通道的發育位置及形態,如需進一步明確滲漏水系來源,則需要借助水質化學成分分析。因水質具有化學穩定性及微生物穩定性,所以常常用在工程隱患排查,庫區滲漏監測中。

水質化學分析主要有以下幾種方法：（1）儀器分析方法；（2）XRF 分析法；（3）中子活化分析法,不同方法適用范圍及檢測精度各不相同。結合本次滲漏量小,較為清澈,本次水質化學成分分析采用儀器分析法。

4.2 水質分析取樣

本次取樣分別取水庫水、滲漏水、山水水樣各2 L（主樣1 L、副樣1 L）。

本次水樣分析含水庫水、滲漏水和山水共3 個試樣,分析內容包括：陽離子（銨離子（ρ(NH4+））、鎂離子（ρ（Mg2+））、鈣離子（ρ（Ca2+））、鉀.鈉離子（ρ（K++Na+））,陰離子（氫氧根（ρ（OH-））、碳酸根（ρ（CO32-））、重碳酸根（ρ（HCO3-））、硫酸根（ρ（SO42-））、硝酸根（ρ（NO3-））、氯離子（ρ（Cl-））,游離二氧化碳（ρ（fCO2））,侵蝕性二氧化碳（ρ（ECO2））,總堿度（ρ（CaCO3））,總硬度（ρ（CaCO3））,礦化度,pH 值。

4.3 水質分析結果及結論

本次三個試樣主要分析項目對比結果見表3。

表3 水樣分析主要項目對比一覽表

通過水質化學分析試驗,將分析結果進行二維線型擬合,以副壩滲漏水為基準,擬合后的離散性見圖3～圖4。

圖3 水庫水相關性擬合表

圖4 山水相關性擬合表

通過水質化學分析,對滲漏水和水庫水的陽離子、陰離子、游離二氧化碳、侵蝕性二氧化碳、總堿度、總礦度、礦化度和pH 值進行分析,并進行相關關系擬合,結果顯示水庫水與滲漏水相關值在0.9917,相關性很高,而山水與滲漏水相關值僅0.7805,對比從水質化學分析相似性結果可以判定滲漏水為水庫水。

5 滲漏處理措施或建議

大封門水庫副壩已進行帷幕灌漿等工程防滲加固措施并通過驗收,可認為防滲帷幕加固是有效的。鑒于上述實際情況,可進一步排除庫區直接產生滲漏通道的可能。結合本次物探成果,基本可認為滲漏為副壩左岸繞滲或基礎蟲洞或軟弱破碎帶打通了下游與庫區水系所致,地下水或山泉水等非庫區水系接入滲漏點可能性較小。

大封門水庫建設時間相對較早,當時在施工監督和管理方面還未有現在完善,有些受自然條件所限,使得工程建設過程中難免有若干問題。縱觀水利建設中水庫滲漏現象非常普遍,滲漏程度各不相同,大封門副滲漏出現時間早,管理單位發現后曾于2016 年及時進行了除險加固,加固以后滲漏持續發生,有以下兩種可能性：

（1）左岸的壩體填料性質、壩基面防滲處理不均勻,防滲處理效果較右岸差；

（2）副壩左岸存在一定的繞壩肩滲流。

以上為大封門副壩滲漏可能的原因,無論是哪種原因引起,根據水庫管理方提供的管理資料,大封門水庫幾十年的運行良好,滲漏點滲漏水量沒有明顯變化,說明該滲漏點滲流狀況是穩定的,目前為正常、安全狀態,不會引起結構破壞,無須進行工程處理。

大封門水庫運行幾十年來持續發揮興利調洪效益。結合本次結構模型計算及現場物探分析,建議如下：

（1）盡早完善大壩安全自動化監測設施,考慮增加更加先進的溫度計流量監測設施,對大壩滲漏能提前有效監測；加強資料整理與數據分析系統的維護工作,確保土壩監測數據的真實性和合理性。大壩安全監測需高度重視并應加強管理。發現滲流有明顯變化趨勢,應再次論證分析。

（2）進一步加強管理,包括蟲蟻防治,防止因蟲蟻破壞引起滲漏通道進一步擴大。

水庫大壩滲漏原因復雜多變,形成滲漏通道常常有各種原因交織,應重點做好日常水庫大壩各部位的巡查和監控工作,針對工程隱患,做好應急預案,力爭將工程隱患消除在發生的源頭。