楊柳溪水庫壩肩卸荷巖體繞滲問題研究

熊劍

（貴州省正安縣水務局，貴州 正安 563400）

1 工程概況

楊柳溪水庫位于正安縣中觀鎮南面的晏溪村境內，壩址處于烏江水系芙蓉江右岸支流馬河上游的右岸支流楊柳溪下游的崖腳河段。楊柳溪水庫總庫容787×104m3，年供水量882×104m3，水庫為Ⅳ等小（1）型水利工程。

工程區位于揚子準地臺、黔北臺隆、遵義斷拱之風岡北北東向構造變形區。壩基弱風化巖體為CⅣ～BⅢ2類，滿足建基巖體質量要求；壩基及兩岸防滲下限深入透水率小于等于5 Lu的巖體以下5～10 m，能滿足壩基防滲的要求。必須進一步查明壩基巖體風化、軟弱夾層分布、巖體質量及物理力學參數、變形及抗滑穩定條件和防滲邊界等。

2 模型構建

該水庫右壩肩下伏于河床覆蓋層以下基巖滲透分區，根據示蹤劑法滲透測試結果及鉆孔壓水試驗結果，可將右壩肩分成強透水層、中等透水層和弱透水層，且不同滲透分區基本與岸坡常規卸荷帶、深卸荷帶、新鮮巖體相對應。三維滲流計算過程中，按照各向異性滲透介質確定裂隙巖體滲透特性和滲透張量。

三維滲流模型中X 軸平行于壩軸線，且以朝向右岸向為正；Y軸垂直向上為正向；Z軸向與壩軸線垂直。從坡腳處依次向上下游取200 m，垂直向下取2 650 m；順壩軸線向坡內延伸310 m。三維滲流模型共包括27 756個單元和287 910個節點，網格劃分見圖1。

圖1 滲流計算模型網格圖

該水庫壩基主要采用混凝土防滲墻接土工布的防滲措施，壩肩設置防滲帷幕。參考相關工程資料，防滲墻寬度和深度應按照80 cm 和60 m 確定，且其滲透系數應按1×10-7cm/s 取值；防滲帷幕設計寬度為2.50 m，基巖內防滲帷幕滲透系數取1×10-5cm/s，防滲效果必須達到1 Lu。

3 卸荷巖體繞滲分析

結合工程經驗，楊柳溪水庫防滲墻底部覆蓋層內防滲帷幕的防滲效果達到1 Lu存在較大難度。故滲流計算時必須對覆蓋層中防滲帷幕水平深度、垂直深度等展開分析；同時對不采取任何防滲措施下的滲流情況展開比較分析。

3.1 防滲帷幕水平深度

在進行防滲帷幕水平深度確定時，墻底灌漿深度始終按照60 m 控制，壩肩帷幕深度在52.01～198.30 m 之間變化，分別與強透水層和中等透水層底界對應。通過三維滲流計算確定該水庫防滲帷幕水平深度壩肩卸荷巖體滲流量，結果見表1，表中方案1～7為防滲墻底部設置60 m深的帷幕，方案8為不設置任何防滲措施。

表1 水庫壩肩卸荷巖體滲流量表

據表中結果，與無任何防滲措施相比，在防滲墻、防滲帷幕、土工布等的綜合作用下，總深流量顯著減小。當水平帷幕深度穿過岸坡卸荷區后，隨著水平帷幕深度的增大，對繞壩肩深流量的降低效果持續。可見，該水庫工程設計方案中所采取的岸坡正常卸荷底界水平防滲帷幕深度切實合理；通過比較表中所列不同方案總滲流量，方案7總滲流量最小，為推薦方案。

考慮到壩基壩肩強透水區被壩基防滲墻、壩肩水平防滲帷幕、墻底垂直防滲帷幕等所構成的防滲系統所封堵，透過強透水區巖體的庫水滲漏實際上已經不存在；方案1～7中強透水區滲漏量均不存在。而不采取任何防滲措施的方案8中庫水主要順著滲流路徑最短的通道下滲。因右岸強弱卸荷巖體及地表覆蓋層均屬于強透水性介質，滲流必然經過卸荷巖體與覆蓋層。

3.2 防滲帷幕垂直深度

結合以上分析結果，防滲墻底覆蓋層內防滲帷幕具有較大的透水性，表明右壩肩防滲帷幕與防滲墻效果較好，為論證防滲墻底垂直防滲帷幕取消的可行性，展開墻底防滲帷幕深度對滲流影響的分析。

根據計算結果，在減小防滲墻底帷幕深度后總滲流量呈增大趨勢，但將防滲墻底防滲帷幕徹底取消后，總滲流量為不采取任何防滲措施下總滲流量的7.33%，防滲效果衰減并不明顯，表明壩基防滲墻對壩基滲流量具有顯著削弱作用，但防滲墻底帷幕對降低壩基滲流量效果并不明顯。此外，如果在防滲墻底河床覆蓋層再設置60 m深的帷幕灌漿，既延長工期，增大工程投資，又難以保證防滲效果，故楊柳溪水庫壩基防滲墻下可不設置帷幕灌漿。

3.3 覆蓋層防滲帷幕滲透性

根據該水庫壩高及壩前壩后水頭差，應在防滲墻設置預留孔并對透水基巖及墻底覆蓋層實施帷幕灌漿，以保證滲徑的增大，減緩懸掛式防滲墻滲流量。基巖中防滲帷幕防滲效果控制在1 Lu相對容易，而深厚覆蓋層防滲效果要控制在1 Lu存在較大困難。通過三維滲流展開計算，得出的覆蓋層防滲帷幕滲流量見表2。表中方案7、7 Lu2～7 Lu10 中防滲墻底帷幕深度全部為60 m，右壩肩水平帷幕深度全部采用52.52 m設置，基巖防滲效果全部為1 Lu；與表1一樣，方案8為不采取任何防滲措施的方案。

表2 覆蓋層防滲帷幕滲流量表

根據分析結果，隨著覆蓋層透水性的增大，滲流量和帷幕灌漿效果均增大，但即使覆蓋層中防滲帷幕效果達到10 Lu，總滲流量也僅為不采取任何防滲措施下滲流量的6.42%，防滲效果較好，且這一防滲水平施工中也容易實現。

4 結論

結合以上分析結果及水庫滲流觀測資料，采取了文中所提出的繞滲處理措施后，楊柳溪水庫壩肩卸荷巖體滲漏點并無增多現象，滲漏點排水量也無明顯增大，揚壓力和繞壩滲流無明顯異常。為保證水庫大壩長期安全運行，必須依托文中所構建的三維滲流模型，優化滲流監測點分布和數據采樣周期，完善大壩滲流監測體系，及時發現大壩運行過程中壩肩卸荷巖體等繞壩滲流問題，并采取有效措施。