仁宗海水庫電站大壩滲漏原因綜合分析

周小來，盧羽平

(1.四川川投田灣河開發有限責任公司，四川 成都 610041；2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

仁宗海水庫電站位于四川省康定市境內的大渡河支流田灣河上游，是田灣河流域梯級開發的龍頭水庫電站，電站采用混合式開發。水庫正常蓄水位2 930 m，死水位2 886 m，水庫總庫容為1.12億m3，具有不完全年調節性能，電站裝機240 MW。工程由壩區樞紐、引水系統、廠區樞紐、“引田入環”輸水樞紐和干溝泥石流防治建筑物等組成。

攔河大壩為壩面復合土工膜防滲堆石壩，壩頂高程2 934 m，壩頂寬度8 m，壩頂總長度843.87 m，最大壩高56 m。壩基覆蓋層最大深度148 m，壩基防滲采用懸掛式混凝土防滲墻，最大墻深82 m，墻厚1 m。兩岸壩肩巖體防滲采用帷幕灌漿。大壩下游坡腳布置壩體交通廊道通往兩岸下層灌漿平洞。

1 大壩運行情況

仁宗海水庫電站于2004年9月正式開工建設，2008年12月開始第一階段蓄水，2009年4月1日開始第二階段蓄水。2009年7月6日，水庫水位上升至2 913 m時，右岸壩體交通廊道與灌漿平洞交接處下游側出現明顯滲水。隨著庫水位上升，廊道內滲水量逐漸增大，廊道頂部、底板、上游側邊墻及灌漿平洞進口段均出現較大滲水，有明顯滲水點的洞段長度約200 m，大壩右岸下游坡腳排水溝也出現較大滲水，為此進行了右岸帷幕補充灌漿處理。2009年8月24日，再次下閘蓄水，8月28日水位升至2 913 m時，大壩灌漿廊道及下游坡腳處再次出現滲水，滲水量較7月份明顯減小；9月3日，庫水位在2 913～2 915 m時，大壩上游壩體坡面出現幾處漏水點(見圖1)。

圖1 大壩平面及滲壓計布置

大壩自2008年12月開始蓄水以來，先后于2009年7—8月、2010年4月、2011年4月、2013年3—5月4次組織對壩肩、壩基、壩體等部位進行了滲漏檢測和缺陷處理。2011年4月蓄水至正常蓄水位時，測得滲流量為875 L/s；2012年9月20日，庫水位2 930 m時，測得滲流量855 L/s；2013年3—5月處理后，2013年11月30日滲流量為754 L/s。滲流量雖有所減少，但是效果不是特別明顯，在正常蓄水位2 930 m時，滲流量依然較大，約為680 L/s，初期蓄水時滲流量大于1 000 L/s(見圖2)。

2 宏觀分析

根據本工程特點和以往各工程的經驗，壩后出現較大滲流量往往可能基于以下一些原因:

(1)擋水結構(土工膜及其接縫、趾板、防滲墻及其接縫)局部施工缺陷或變形較大導致發生破損(破壞)引起的滲漏；

(2)地質條件復雜，帷幕防滲效果不好，導致沿壩基的滲漏；

(3)帷幕灌漿深度、兩岸延伸范圍不足，致使庫水經較短滲徑繞過兩壩肩及壩基的防滲體系產生繞壩滲漏問題。

時間/年

3 左岸滲漏分析

左岸滲漏現象主要為庫水位蓄至2 908～2 909 m時，左岸廊道結構縫開始滲水，主要為結構縫靠底板部位滲水，庫水位升至2 919.5 m時，壓重平臺坡腳出現滲水。

左岸壩體廊道內滲壓計實測水位在2 885.05～2 885.40 m之間，從上游到下游，滲壓計水位逐漸降低。廊道外側水位與庫水位相關性較小，滲流基本穩定，未見明顯壩基滲漏情況。左岸繞滲孔水位在2 882.07～2 889.02 m之間，低于庫水位約40～47 m，從上游到下游，各繞滲孔水位逐漸降低，水位隨庫水位同步變化，但變幅相對較小，表明左岸繞壩滲流情況不明顯。

根據左岸滲漏現象、帷幕施工及檢查情況、滲流通道檢測及歷次處理和效果、監測資料、滲流計算分析成果，綜合分析左岸滲漏主要有以下幾個原因。

(1)土工膜及其連接缺陷。2018年6月30日，庫水位升至2 913.26 m，對左岸壩體廊道進行檢查，樁號左廊0+163 m～0+200 m滲漏較嚴重，主要以結構縫靠底板部位滲水，滲流量以樁號左廊0+163 m位置最大，向兩側滲流量減小。根據該日大壩繞壩滲流及壩基防滲墻后滲壓計測值分布情況，在2 913.26 m庫水位下繞壩滲流孔水位低于左岸廊道底板高程(2 884～2 885.7 m)，故繞壩滲流不是造成廊道滲水的主要原因。

左岸量水堰在庫水位高于2 905 m開始出現過流，以庫水位2 917 m為分界點，庫水位低于2 917 m時滲流量增大速率小于庫水位高于2 917 m時滲流量增大速率。物探檢測成果表明，左岸趾板部位異常滲漏區可能為土工膜與岸坡趾板連接部位損傷所引起，對左岸趾板部位的復合土工膜進行檢查發現，主要存在以下問題:土工膜焊縫脫落、土工膜破損、錨固角鋼變位。水下檢查發現左岸周邊縫高程2 906 m以上明顯滲漏段長48 m，左岸壩面有2 m2明顯滲漏。左岸壩基表層為淤泥質壤土，最大深度約19 m，經振沖碎石樁加固處理后作為大壩基礎。由于左岸長期滲漏和壩基沉降造成壩面局部沉降較大，起伏不平，左岸預制板與趾板錯臺明顯，最大錯臺約為30 cm，加之左岸邊坡上部掉石塊砸壞壩面保護蓋板，造成復合土工膜破損而引起滲漏。

綜上所述，左岸土工膜及土工膜與趾板接頭破損是左岸滲漏的主要原因。

(2)趾板帷幕缺陷。左岸基巖為深灰色中厚層～巨厚層變質砂巖夾薄層板巖，巖體裂隙發育，風化、卸荷強。因巖體較破碎，其透水性較好，強卸荷一般屬嚴重透水，弱卸荷以中等透水為主，弱透水及微透水帶埋深較大。

在大壩左岸趾板帷幕和防滲墻端頭附近布置Z1～Z5檢測孔，各孔段壓水試驗成果大部分小于5 Lu，基本滿足設計要求。但Z1孔埋深9.96～15 m透水率為6.21 Lu、Z2孔埋深8.13～13.2 m透水率為6.7 Lu、Z3孔埋深1.05～15 m透水率為5.51～7.74 Lu、Z4孔埋深0.95～5 m透水率為8.48 Lu、Z5孔埋深1.05～5 m透水率為6.72 Lu，超過設計要求，其他段巖體整體較完整，局部破碎，透水率滿足設計要求。

經綜合分析全景圖像、壓水試驗、單孔聲波及電磁波層析成像等檢測資料，左岸趾板表部巖體張開較明顯，局部巖芯較破碎，且表部均有1～2段巖體透水率大于5 Lu，淺表部巖體中可能存在滲漏。

4 河床部位壩基及壩體滲漏分析

河床部位滲漏現象主要為壩后局部低洼處出現滲水。土工膜與防滲墻接頭后的滲壓計水頭4～33 m，水頭折減不明顯，河床部位壩基防滲墻后壩0+208.00 m、壩0+304.37 m、壩0+364.37 m處，P4、P6、P7滲壓計實測水位較高，且與庫水位相關性較好，這幾處防滲墻基礎部位滲透性比其他部位大。

1-1～3-3監測斷面壩基滲壓計水位從上游到下游逐漸降低，4-4監測斷面壩基水位在2 909.4～2 910.1 m之間，較河床及左岸壩基水位高約22 m，且靠下游側壩基水位相對略高。2-2、3-3監測斷面防滲墻前后水位水力聯系更強，表明該部位防滲墻或防滲墻底部存在相對薄弱部位。

根據河床部位滲漏現象，防滲墻、帷幕施工及檢查情況，滲流通道檢測及歷次處理和效果，監測資料，滲流計算分析情況，綜合分析河床部位主要滲漏原因有以下幾點。

4.1 壩體缺陷

2010年4月對大壩右岸“壩0+791.46 m～壩0+828.33 m”壩段的復合土工膜進行了檢查，檢查統計結果顯示，該范圍的復合土工膜存在約18處大小不等的孔洞，孔洞最大尺寸45 cm，最小尺寸1 cm；分布高程從2 916.25～2 930.44 m，2 925 m高程以上孔洞有14處，占77.7%；靠右岸的孔洞尺寸較大。大壩滲漏一期處理時揭開壩面老復合土工膜發現，無砂混凝土表面平整度差，浮石及尖石較多，骨料超徑多，無砂混凝土表面有大量泥漿，復合土工膜被墊層頂破、蓋板砸壞的孔洞數量較多，土工膜滲漏現象明顯。

4.2 土工膜與防滲墻接頭缺陷

2018年6月27日，庫水位上升至2 910 m時，右廊0+187.0 m～右廊0+195.0 m、右廊0+275.0 m～右廊0+285.0 m上下游側邊墻出現滲水，上游側比下游側略嚴重，此水位高程與防滲墻與土工膜交接部位接近，可能為搭接部位土工膜破損而引起廊道上游側邊墻滲水。右廊0+187.0 m～右廊0+195.0 m、右廊0+275.0 m～右廊0+285.0 m對應大壩樁號壩0+690 m～壩0+705 m以及壩0+785 m～0+795 m，與第3次滲水處理時的物探結果相吻合。

根據防滲墻后滲壓監測成果發現，P6(壩0+304.37 m)滲壓計在2 913.26 m水位下，比兩側滲壓計高出8～16 m，P4(壩0+208.00 m)滲壓計比兩側滲壓計高出2～4 m。該部位土工膜與防滲墻搭接部位存在破損，靠近左廊0+163 m廊道的P77滲壓計2 887 m，高于左廊0+163 m廊道底板高程和PLD-9滲壓計測值為2 886.4 m。故可能為壩0+208.00 m～壩0+304.37 m土工膜與防滲墻交接部位破損。

2018年4月庫水位降至死水位后，現場檢查發現，防滲墻頂存在大量滲漏漏斗，且越靠近左岸滲漏漏斗越大、越深、越密集，挖開防滲墻頂墊層料發現，土工膜與防滲墻接頭有撕壞現象。2018年7—8月潛水員水下檢查時發現，壩0+261.8 m～壩0+266.8 m和壩0+599.8 m部位防滲墻下游側墨汁吸入較快，滲漏明顯，其余部位防滲墻下游側總共有300 m長范圍墨汁緩慢吸入，存在輕微滲漏。以上現象表明防滲墻與土工膜接頭存在缺陷，導致滲漏。

三維有限元滲流反演分析成果表明，當土工膜與防滲墻交接部位存在缺陷時，與監測滲流場的擬合較好。

綜上所述，土工膜與防滲墻交接部位存在滲漏通道。

4.3 防滲墻缺陷

防滲墻頂被挖開檢查發現，防滲墻存在順河流向的貫穿性裂縫。根據歷次檢測成果，并結合監測資料，在樁號壩0+186 m～壩0+215 m、壩0+290 m～壩0+318 m段布置了物探檢測孔，分別進行地震波層析成像(CT)、鉆孔聲波和鉆孔全景圖像檢測，發現2段防滲墻均存在頂部15 m范圍內水平裂縫發育，中下部局部區域混凝土澆筑不密實的現象。庫水位下降后，樁號壩0+395 m～壩0+428 m段、防滲墻頂部發現串珠狀入滲點，上述現象說明防滲墻局部存在缺陷，這些缺陷為河床部位可能的滲漏通道。

4.4 防滲墻底帷幕缺陷

由于左岸岸坡基覆界線抬高較多，防滲墻下樁號壩0+121.67 m～壩0+163.84 m、高程約2 805～2 837.5 m(面積約800 m2)的基巖因上部防滲墻未預埋灌漿管而未實施防滲墻墻下帷幕，推測該部位巖體以強卸荷巖體為主，基巖透水率大于100 Lu，透水性多屬強透水，可能存在滲漏通道，庫水可能穿過強透水巖體滲入下游。

5 右岸滲漏分析

右岸滲漏現象主要為庫水位升至2 910 m時，右岸壩體交通廊道與下層灌漿平洞交接處下游側有明顯滲水，隨著庫水位上升，滲水量逐漸增大，廊道頂部、上游側邊墻、灌漿平洞進口段及平洞內繞滲孔孔口均出現較大滲水；庫水位升至2 921.2 m時，右岸壩后物探檢查孔出現涌水，右岸岸坡壩腳也出現較大滲水。

右岸廊道內滲壓計實測水位在2 905.12 m～2 923.35 m之間，越靠近下層灌漿平洞，滲壓水位測值越大。右岸下層灌漿平洞帷幕后滲壓計水位在2 923.35 m，滲壓水頭值較周邊滲壓計水位高，且與庫水位相關性更好，測值隨庫水位變化而同步變化。平洞端頭外側滲壓計水位2 913.86 m，較庫水位低16 m左右，測值與庫水位有一定相關性。

右岸灌漿平洞及壩肩后繞滲孔水位在2 914.79～2 923.90 m之間，坡體內側水位(RK9、RK10)高于外側水位(RK21、RK22)，較庫水位低5～12 m，與庫水位同步變化，兩者相關性較好。右岸壩體下游繞滲孔水位在2 910.32～2 918.94 m之間，新增的右岸上壩公路繞滲孔水位在2 917.86～2 918.92 m。其中RK14、RK18繞滲孔水位測值高于周邊其他繞滲孔水位4～5 m，也高于左岸繞滲孔水位30 m左右。總體來看，右岸繞滲孔水位普遍高于左岸繞滲孔水位，水位變幅與庫水位變幅比在0.58～0.87，且與庫水位相關性很好。

根據右岸滲漏現象、帷幕施工及檢查情況、滲流通道檢測及歷次處理和效果、監測資料、滲流計算分析情況，綜合分析右岸主要滲漏原因為以下幾方面。

5.1 土工膜與趾板連接缺陷

現場檢查發現，右岸壩面預制蓋板與趾板錯臺較明顯，可能造成土工膜錨固接頭破損而引起滲漏。

5.2 帷幕灌漿缺陷

右岸基巖為深灰色中厚層～巨厚層變質砂巖夾薄層板巖，構造部位上貢嘎山復向斜核部，巖體裂隙發育，風化、卸荷強。因巖體較破碎，其透水性較好:強卸荷一般屬嚴重透水，弱卸荷以中等透水為主，弱透水及微透水帶埋深較大。岸坡巖體結構面發育，裂隙連通性較好，層面裂隙和河谷呈小角度相交，對防滲不利，可能存在的局部灌漿缺陷及帷幕底界外的破碎巖體會增大庫水滲流量。

(1)防滲帷幕連接缺陷。右岸下層灌漿平洞內PLD-2在庫水位高于2 904 m時滲壓水位快速上升，比同期庫水位低3 m，而位于右側的PLD-1比同期庫水位低6.5 m，表明滲漏不是通過繞防滲帷幕端部，該庫水位高程與上層防滲帷幕底線高程2 903 m接近。由滲壓水位大小來看，PLD-2>PLD-3>PLD-1>PLD-4>PLD-5>PLD-6(PLD-7在庫水位升至2 918 m時仍表現為無壓)，滲壓水位最高的部位在右廊0+302 m，對應大壩樁號壩0+825.37 m，物探檢測發現右岸趾板邊坡為滲流異常區，考慮采用最短滲漏路徑，該滲漏通道可能為趾板防滲帷幕與上層防滲帷幕交接部位。

(2)右岸趾板及防滲墻下帷幕缺陷。右岸岸坡防滲墻底部壩0+791.97 m～壩0+797.47 m、高程2 882～2 884 m間鉆孔全景圖像顯示為砂層，壩0+791.97 m～壩0+814.47 m、高程2 876～2 905 m之間區域巖體鉆孔全景圖像顯示巖體破碎、裂隙發育；上述兩區域鉆孔壓水試驗巖體透水率為32.75～72.49 Lu之間，嚴重漏水。

(3)右岸灌漿平洞帷幕缺陷。正常蓄水位工況下，下層灌漿平洞繞壩孔RK11R、RK12R比庫水位低15 m，而上層灌漿平洞繞壩孔RK9R、RK10R孔水位僅比庫水位低6～7 m，該區域可能存在漏水通道。

物探檢測發現，在右岸碼頭附近存在一重度入滲區域，分析可能為遠端繞壩滲漏的入滲口。

右岸灌漿平洞鉆孔壓水試驗成果表明，下層灌漿平洞在X1～X3孔孔深35～45 m段透水率較高，最高達29.18 Lu；X4孔鉆進至11～18.5 m段時，巖體極破碎，芯樣呈碎塊、碎粉狀，鉆進過程中，孔口可見細砂伴隨返水返出，推測強透水；X5孔0.6～2.5 m、15.3～18.4 m段，X7孔19.7～25.2 m段芯樣較為破碎。監測成果表明，庫水位在2 911 m以上時，右岸下層灌漿平洞位于X4孔附近的新增2號滲壓計水頭增長很快，僅比庫水位低2～7 m，與庫水位存在明顯相關性。以上現象表明，右岸灌漿平洞局部巖體破碎，透水性強，可能存在較大的滲漏通道。

檢測和監測成果顯示，右壩肩可能存在較嚴重的繞滲問題。

6 結 語

仁宗海水庫大壩自2008年蓄水以來，截至2021年已運行13年，經過4次檢測和局部處理，總滲流量仍較大，部分壩基滲壓計和繞滲孔水位也較高。目前滲漏的主要原因已基本查明，大壩滲漏是由土工膜錨固接頭拉裂、壩面復合土工膜破損、兩岸壩肩防滲帷幕和壩基防滲墻存在缺陷等綜合原因造成。

雖然目前壩后滲水情況仍較嚴重，但滲流量主要來自右岸壩肩繞滲，且壩基浸潤線總體較低，最高水位在反濾層內，壩后滲水無明顯的細顆粒帶出。大壩應力變形監測成果未見有位移或變形突變等現象。大壩的異常滲流暫未帶來涉及到整體穩定等安全問題，但長期滲透會使大壩安全性及長期運行安全存在隱患。

為解決大壩長期安全穩定運行問題，增加發電效益，需對大壩進行滲漏處理十分必要。考慮到仁宗海大壩滲漏情況十分復雜，結合大壩滲漏的特點和對工程安全的影響程度，滲漏處理考慮分兩期進行。一期處理主要針對水下噴墨檢測、鉆孔取芯及壓水試驗發現的對大壩安全運行影響較大的缺陷，包括土工膜與趾板及防滲墻連接部位滲漏處理、左岸壩面土工膜破損修復、右岸連接帷幕局部滲漏處理、左岸邊坡沖溝掉石處理、右岸壩后設置排水井降低壩內水位等項目。如一期處理后未達到預期效果，大壩長期安全運行還存在隱患，二期再進行壩面土工膜系統更換、防滲墻和兩岸帷幕系統補強灌漿等必要的處理。