晉中市松塔水庫左岸滲漏勘察及防滲措施分析

白 波

（晉中市松塔水利水電有限公司,山西 晉中 030600）

松塔水庫樞紐工程大壩壩型為碾壓式均質(zhì)土壩,壩高62.6 m,壩頂高程1029.6 m,壩頂長(zhǎng)539 m,正常蓄水位1027.0 m,2017年12 月通過竣工驗(yàn)收。近期水庫人員發(fā)現(xiàn)左岸下游的坡腳處有庫水滲出,該處位于供水發(fā)電洞與導(dǎo)流泄洪洞之間,馬道臨山側(cè)為漿砌石擋墻,設(shè)有排水孔,孔內(nèi)無滲水現(xiàn)象,順坡腳方向逸出長(zhǎng)度約20 m,滲漏量約2.1 L/min,當(dāng)時(shí)的庫水位為1023.90 m。針對(duì)水庫左岸滲漏問題進(jìn)行地質(zhì)勘察,查明左岸滲漏通道及空間分布范圍,為左岸滲漏工程處理設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)勘察

首先收集分析已有地質(zhì)勘察、施工編錄、運(yùn)行期滲流觀測(cè)的滲流量、兩岸地下水位、壩體浸潤(rùn)線、幕后排水、庫水位及前期防滲加固處理等資料[1]；其次,查明左岸地層巖性特征、隔水層、透（含）水層的空間分布、滲透性及與庫水位的關(guān)系,查明左岸滲漏出逸帶（點(diǎn)）與水庫之間的滲漏通道、空間分布、滲透性及與庫水位的關(guān)系；再次,觀測(cè)鉆孔水位、出逸處滲漏量,鉆孔結(jié)束后,下觀測(cè)管作為長(zhǎng)觀孔保留；最后,對(duì)覆蓋層采用干鉆（嚴(yán)禁給水鉆探）,觀測(cè)初見水位并及時(shí)記錄,鉆進(jìn)至985 m 高程時(shí)應(yīng)停鉆,進(jìn)行地下水位觀測(cè),鉆孔終孔高程970 m,并觀測(cè)終孔地下水位,對(duì)基巖段進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

2 左岸水文地質(zhì)

松塔水庫左岸主要建筑物有供水發(fā)電洞、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道等（見圖1）,左岸山包現(xiàn)狀基本呈臺(tái)階狀,出溢點(diǎn)處馬道地面高程985.0 m~985.5 m,馬道臨山側(cè)為漿砌石擋墻,高4 m~5 m,其上為土質(zhì)自然邊坡；再往上平臺(tái)較寬闊,現(xiàn)多為植樹,其后側(cè)邊坡為土質(zhì)邊坡,高20 m~30 m,邊坡坡度30°~60°；其上為上壩公路,上壩公路環(huán)繞左岸山包；臨水庫側(cè)山坡近壩部上部為土質(zhì)邊坡,下部及溢洪道方向?yàn)閹r質(zhì)邊坡,自然坡度30°~50°,左岸溢洪道處為沖溝。

圖1 松塔水庫左岸影象圖

左岸地下水類型分為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種[2]。①松散巖類孔隙水：分布于左岸階地上,左岸松散巖類孔隙水分布特征受松散巖類分布影響,松散巖類孔隙水主要接受水庫入滲及基巖側(cè)向補(bǔ)給,向下游方向排泄,受下部相對(duì)完整基巖阻隔,多沿土巖界線或強(qiáng)風(fēng)化基巖底部流出。據(jù)勘察鉆孔水位觀測(cè),在庫水位1022.52 m~1023.90 m 之間時(shí),左岸松散巖類孔隙水位985.0 m~1003.0 m；②碎屑巖類裂隙水：左岸含水層為三疊系下統(tǒng)劉家溝組中的長(zhǎng)石砂巖,水庫蓄水以后,左岸地下水位受庫水升降而變化,主要由庫水經(jīng)左岸向下游方向排泄。結(jié)合本次左岸鉆孔壓水試驗(yàn)成果,壩址左岸中等透水帶基巖滲透系數(shù)為0.21 m/d~0.69 m/d,碎屑巖類裂隙水水位受庫水位影響而變化。

3 明確左岸滲漏關(guān)鍵點(diǎn)及分析評(píng)價(jià)

3.1 滲漏現(xiàn)狀

庫水滲漏處位于供水發(fā)電洞與導(dǎo)流泄洪洞之間,馬道臨山側(cè)及下游側(cè)均為漿砌石擋墻,設(shè)有排水孔,孔內(nèi)無滲水現(xiàn)象,順坡腳方向出逸長(zhǎng)度約20 m,主要出逸點(diǎn)有三處（見表1）,從發(fā)現(xiàn)滲水以來,對(duì)左岸滲漏出逸帶的滲水進(jìn)行收集后,在出水口設(shè)置量筒進(jìn)行水量觀測(cè),記錄量筒流滿后的時(shí)間,左岸庫水滲漏出逸帶滲漏量實(shí)測(cè)結(jié)果（見表2）,滲漏量變化小,滲漏量約2.1 L/min。

表1 左岸滲漏出逸帶（點(diǎn)）水位統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

表2 左岸滲漏出逸帶流量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)表

3.2 左岸滲漏通道進(jìn)口及防滲效果分析

左岸滲漏通道進(jìn)口分析主要考慮水庫運(yùn)行以來不同庫水位時(shí)地下水及滲漏情況與地層分布及滲透性特征。通過反復(fù)核對(duì)當(dāng)時(shí)竣工資料,利用勘察鉆孔,結(jié)合松塔水庫左岸防滲地質(zhì)剖面圖,重點(diǎn)關(guān)注多個(gè)代表性勘探點(diǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù),最后總結(jié)得出以下結(jié)論：

①局部分析：從鉆孔ZK13 b-1、ZK18-9 地下水水位情況分析,防滲剖面樁號(hào)TF00+163.1~0+237.4 段覆蓋土層底部局部存在卵石混合土、級(jí)配不良礫（砂）層,從而形成局部滲漏通道,滲漏層位主要為卵石混合土、級(jí)配不良礫（砂）層。此外,室內(nèi)試驗(yàn),Q2Pl低液限粘土層滲透性雖然為微弱透水,但據(jù)野外觀察,Q2Pl低液限粘土層中局部分布有高傾角裂隙,也存在形成滲漏通道的可能。

②總體分析：左岸滲漏通道大體在ZK18-3、ZK18-6、ZK18-9 號(hào)鉆孔一線,滲漏通道內(nèi)土層之下、基巖面之上存在一層厚0.90 m~2.70 m 的卵石混合土、碎石混合土、級(jí)配不良砂（礫）層[3]。

經(jīng)分析評(píng)價(jià),左岸滲漏與庫水位上升、迎水坡基巖面高程、覆蓋層巖性及滲透性、下游坡腳處基巖具隔水或阻水作用等因素有關(guān)。當(dāng)庫水位高于1020.0 m 時(shí),庫水首先通過迎水坡覆蓋層及單薄基巖山梁向下游運(yùn)移,滲漏層位主要為卵石混合土、級(jí)配不良礫（砂）層及強(qiáng)風(fēng)化基巖段,大體以ZK18-9 與ZK18-6 號(hào)鉆孔中間為界,上游地下水位處于覆蓋層中,下游地下水位處于強(qiáng)風(fēng)化基巖中,最終庫水從電站廠房背后開挖平臺(tái)（高程約985 mm）護(hù)坡坡腳處基巖中出逸,在現(xiàn)狀庫水位下（1022.5 m~1024.0 m）,滲漏出逸量約2.1 L/min,在正常庫水位1027 m 時(shí),滲漏出逸量將增大,且地下水水位可能位于覆蓋層內(nèi),左岸下游滲漏出逸點(diǎn)范圍將增大,可能對(duì)左岸山體穩(wěn)定形成威脅。

4 左岸滲漏處理措施

4.1 排水措施

4.1.1 利用排水井下滲降低地下水位

在滲漏出逸點(diǎn)上游方向設(shè)置排水井,打穿相對(duì)隔水層,將上部淺層水注入下部基巖中,增加上部水向下部基巖的入滲量,減少向下游的逐流量,以消除出逸點(diǎn)滲漏現(xiàn)象,確保左岸土體穩(wěn)定安全。注水井按2 m 間距布置,導(dǎo)流泄洪洞及一倍洞徑范圍內(nèi)不布置,深度以井底高程970 m 控制,共計(jì)排水井28 個(gè),進(jìn)尺約1400 m,井內(nèi)置護(hù)壁管,強(qiáng)風(fēng)化基巖底部以上5 m 設(shè)濾料及花管。

4.1.2 采用導(dǎo)流洞內(nèi)排水孔降低水位

疏通導(dǎo)流泄洪洞洞頂原設(shè)計(jì)排水孔,并對(duì)洞頂排水孔作加深處理,確保淺層地下水排至洞內(nèi),以降低導(dǎo)流泄洪洞沿線地下水位,確保左岸土體穩(wěn)定安全。采取排水井及導(dǎo)流泄洪洞排水孔疏通或加深排水措施,必要時(shí)采取集水廊道與排水井結(jié)合的措施。

4.2 防滲措施

根據(jù)左岸滲漏特征,采取帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿及防滲墻防滲措施。

4.2.1 帷幕灌漿防滲

（1）灌漿材料要求：灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽大壩水泥,水泥標(biāo)號(hào)≥42.5,自下而上的分段灌漿,設(shè)計(jì)灌漿壓力初定為2.5 MPa,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整。先導(dǎo)孔,采用五點(diǎn)法進(jìn)行壓水試驗(yàn),帷幕灌漿后的巖體的透水率≤5 Lu。如圖2 帷幕灌漿標(biāo)注圖、圖3 斷面圖 G1-G1'剖面所示。

圖2 帷幕灌漿標(biāo)注圖

圖3 斷面圖 G1-G1'剖面

（2）灌漿方法：①按施工圖紙確定灌漿壓力,且應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值（接觸段和注入率大的孔段分段升壓）。②灌漿遵循分序加密的原則進(jìn)行。由兩排孔組成的帷幕,先下游、后上游排孔的灌漿,每排分序、分段施工。③灌漿孔的基巖段長(zhǎng)≤6 m 時(shí),用全孔一次灌漿法；大于6 m 時(shí),應(yīng)自下而上分段灌漿。④帷幕灌漿段長(zhǎng)度采用5 m~6 m,特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長(zhǎng),長(zhǎng)度合理控制在≤10 m。⑤進(jìn)行帷幕灌漿時(shí),壩體和基巖的接觸段先單獨(dú)灌漿并待凝,接觸段在巖石中的長(zhǎng)度≤2 m。⑥采用自下而上分段灌漿法時(shí),灌漿段的長(zhǎng)度因故超過10 m,對(duì)該段宜采取補(bǔ)救措施。

（3）灌漿效果：采取帷幕灌漿措施后,有效減小了巖體透水率,降低了幕后水頭,水庫滲漏量也隨之減少。幕后水頭折減系數(shù)取0.3,由于水庫滲流量的減少與水頭差的降低基本一致,據(jù)此粗略估算防滲工程實(shí)施后滲漏量可減少50%~60%以上,滲漏量由原來的庫水位1014.00 m 時(shí)的0.49 m3/s~0.6 m3/s減小到0.25 m3/s~0.3 m3/s 以下,隨著庫水位的升高,滲漏流量會(huì)加大,防滲效果也會(huì)比較明顯[4]。

4.2.2 高壓旋噴灌漿防滲

在左岸原防滲線樁號(hào)FS00+144.0~0+237.4 段對(duì)覆蓋層進(jìn)行高壓旋噴灌漿處理,高壓旋噴灌漿頂線高程為1029.60 m,高壓旋噴灌漿底線以基巖面為界（基巖面高程995 m~1008.14 m）,深度約21.46 m~33.78 m。旋噴灌漿采用雙管法,漿壓30 MPa,氣壓0.7 MPa,提升速度6.0 cm/min,旋轉(zhuǎn)速度20 r/min,噴嘴直徑3 mm,設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果作具體調(diào)整。如圖4高壓旋噴標(biāo)注平面圖、圖5 異常體G2-G2'剖面所示。

圖5 異常體G2-G2'剖面

4.2.3 防滲墻

在左壩肩迎水坡下游1030 m 平臺(tái)上布置塑性混凝土防滲墻,見松塔水庫左岸綜合水文地質(zhì)圖,防滲墻長(zhǎng)約97 m,覆蓋層厚5.0 m~35.0 m,基巖面高程994 m~1025 m,防滲墻深入基巖強(qiáng)風(fēng)化層1 m~2 m[5]。

4.3 有待加強(qiáng)的防滲措施

①依據(jù)已有觀測(cè)孔進(jìn)行示蹤擴(kuò)散試驗(yàn),確定左岸庫水滲漏途徑；②在滲漏出逸點(diǎn)上游方向設(shè)置排水井,打穿相對(duì)隔水層,將上部淺層水導(dǎo)入下部,并疏通加深導(dǎo)流泄洪洞洞頂原設(shè)計(jì)排水孔,以降低導(dǎo)流泄洪洞沿線地下水位,確保左岸土體穩(wěn)定安全（注意：在采取措施之前,水庫不應(yīng)高水位運(yùn)行）；③建議采取堵排結(jié)合、分期實(shí)施的方案進(jìn)行處理,先采取排水措施,并對(duì)長(zhǎng)觀孔進(jìn)行水位及出溢點(diǎn)水量監(jiān)測(cè),然后對(duì)樁號(hào)FS00+144.0~0+237.4 段覆蓋層做高壓旋噴灌漿處理；④在左岸下游坡腳處庫水滲漏出逸帶（點(diǎn)）以上的土質(zhì)邊坡設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn),長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)左岸下游土質(zhì)邊坡,特別是在水庫高水位運(yùn)行期間；⑤巡視大壩壩體左右岸接坡處、大壩坡腳處、左右壩肩,在汛期或水庫高水位運(yùn)行期間應(yīng)加密巡視頻次。

5 結(jié)語

水庫工程滲漏病害中,滲漏原因復(fù)雜、勘察難度大、滲漏修復(fù)專業(yè)化技術(shù)高、維護(hù)成本高,都是客觀存在的原因,本次松塔水庫左岸滲漏與庫水位上升、迎水坡基巖面高程、覆蓋層巖性及滲透性、下游坡腳處基巖具隔水或阻水作用等因素有關(guān)。結(jié)合松塔水庫左岸水文地質(zhì),通過分析左岸地下水類型,從中找出“水”的誘因,再采用多種檢測(cè)方式,驗(yàn)證了滲漏病害檢測(cè)結(jié)果。針對(duì)性地制定滲漏處理措施,并提出合理化建議,有效提升松塔水庫結(jié)構(gòu)安全性及運(yùn)行穩(wěn)定性,保障松塔水庫的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。