四方山水庫大壩滲漏原因分析及處理措施

王興利，劉慧民

（1.甘南縣水土保持辦公室，黑龍江甘南 162100;2.甘南縣水利勘測設計隊，黑龍江甘南 162100）

1 概況

四方山水庫位于甘南縣長山鄉，是一座以灌溉為主，防洪、養魚綜合利用的中型水庫。四方山水庫興建于1958年，后經多年建設達到現有標準。水庫樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞等組成。設計壩頂高程為184.00 m，壩長1 255 m。左壩端設1孔1.8 m×2.0 m灌溉涵洞，壩右端為側槽式溢洪道。

由于1998年特大洪水超過水庫的防洪標準，洪水漫過壩頂，壩體北端被沖開100 m的缺口，輸水洞被沖走，壩基天然黏土層被破壞，下游壩腳處被沖開長200 m，寬50 m，深3～4 m的深坑。1998年洪水過后，四方山水庫于1999年和2003年進行了2次除險加固，樞紐布置沒有改變，壩頂高程為184.00 m，壩長1 255m。

2007年11月四方山水庫委托相關單位進行了水庫大壩滲漏端口位置探測，分析左壩肩滲漏主要途徑有：①潰壩重建時部分凍土填方密實度不夠，形成滲漏通道;②潰壩處重建清基不徹底，在大壩底部形成了滲漏通道;③庫區滲透水通過壩基強透水層滲至壩后。針對此壩體及壩基滲漏問題，提出以下處理措施：針對以砂礫石為主透水層的壩基進行高噴灌漿。山巖與左岸壩體接觸處、壩體滲漏處（樁號0+000～0+162）帷幕灌漿。其余壩體滲透部分進行滲漏通道準確探查，對壩體滲透通道部分選擇帷幕灌漿。

2 工程地質

2.1 壩體填土質量評價

在樁號0+000～0+011 m壩段為與岸坡聯接段，上層為填土，下層為原岸坡，填土厚0.5 m，由高液限黏土夾砂礫石組成，高液限黏土呈硬塑狀態。下部0.7～3.0 m為級配良好礫石，3.0 m以下為級配不良礫。

0+011～0 +147 壩段被1998年特大洪水沖毀，1999～2000年修復。上部為低液限黏土，下部為高液限黏土，均呈硬塑狀態。壩體土質較均，密實度較高，防滲性能較好。11.0～11.90 m為高液限黏地與砂礫石混合層，較密實。

0+147～1 +179 壩段為早年修筑，主要為高液限黏土組成，局部為低液限土，2.5～4.2 m以上呈硬塑狀態，以下呈可塑狀態，局部呈軟塑狀態，壩體土質不均，密實度差異較大。

2.2 壩基地質評價

1）第一層低液限黏土、高液限黏土，0+011～0+147段缺失此層，呈可塑狀態，滲透系數小，屬極微透水。承載力較高。

2）第二層級配良好礫、級配不良礫，該層普遍分布，呈中密～密實程度，滲透系數經驗值k=1.2×10-1cm/s，屬強透水，該層分布穩定，厚度較大，承載力較高。

3 大壩滲漏端口位置探測

3.1 大壩滲漏相關情況調查

1）大壩存在滲漏問題：據水庫管理人員介紹，大壩左壩段（即北壩段）輸水洞以北壩后常年有滲透水出流，水位高時壩后坡面上可見明水滲出。左壩段壩后有一積水泡，是潰壩時下泄水流沖刷而成，從潰壩以后常年積水，水庫管理人員判定是因為有大壩滲漏水補給所至。

2）大壩潰口重建存在質量問題：根據調查得知，1998年大水過后，甘南縣政府積極自籌資金，組織縣水利機械公司對水庫大壩決口段進行復建。由于當時已進入初冬，只完成了大壩北側少部分土方填筑，夜間溫度在-5℃ ～-15℃，上壩土料已經凍結成塊狀的土料，無法壓實，密實度與要求相差較大，工程質量差。其余大部分土方工程于1999年5月完成，左壩肩接沖溝處形成的4～5 m的陡崖沒有按照設計要求削坡后再填筑，而是直接和壩體連接。當時由于機械設備不足，基礎有一處約10 m長水溝部分清理沒有達到要求深度，存在著清基不徹底的質量問題。由于潰口重建工程沒有現場監理和質檢人員進行施工質量控制，沒有施工記錄，無從得知壩基處理情況及壩體填筑層厚及碾壓遍數。2003年對壩體又進行了加高培厚，壩體加高到高程184.00 m。此次施工時工地有監理和質檢人員在現場進行質量控制和檢測。探測人員于10月30日到達水庫現場，當時壩前水位為177.00 m（死水位177.12 m）。現場看見左壩肩壩后有一個寬約50 m，長約200的積水坑，此積水坑深淺不一，平均深度大約有1.0 m。

3.2 探測結果分析

1）水庫庫區內探測到的集中滲漏區域東西向較長，約80 m。在該范圍內場值均比正常場強值高，由此判斷該滲漏入口表現的是大面各散浸特征，不是孤立存在的滲漏通道入滲點。

2）水庫庫區內探測到的集中滲漏區域靠近水庫左岸邊，并且沿著左岸邊走向長條形分布。為了封堵住大壩滲漏通道入口，1999年曾在庫區左壩段前做黏土鋪蓋，由于該區域地勢向左岸邊方向呈升高態勢，由于施工原因，靠近左岸邊位置的黏土鋪蓋厚度極有可能不足，由此形成了靠近左岸邊的庫區水集中入滲的條形區域。

3）結合大壩北段地質資料和潰壩重建調查得知的情況分析，大壩北端滲漏水可能通過以下3個途徑滲至壩后：①大壩北段潰壩重建時部分凍土填方密實度不夠處形成了滲漏通道;②潰壩處重建清基不徹底在大壩底部形成了滲漏通道;③庫區滲透水通過壩基強透水層滲至壩后。

4 大壩滲漏工程處理措施

4.1 設計方案比較

1）比選方案一：利用現有工程布局，對壩基滲漏部位處理。在壩前趾地面進行壩基高噴灌漿（垂直防滲），對壩體滲漏部位進行土工膜防滲（原設計的反濾用的無防布換為有防滲功能的土工膜）。壩體其它結構形式不變。見圖1。

2）比選方案二：對壩基滲漏部位在上游地面按初步設計進行黏土鋪蓋（水平防滲），對壩體滲漏部位進行土工膜防滲，壩體其它結構形式不變。見圖2。

3）比選方案三（推薦方案）：在壩頂進行基礎處理高噴灌漿，壩體查明嚴重滲漏部位進行帷幕灌漿。見圖3。

3種設計方案進行工程造價及優缺點比較見表1和表2。

表1 防滲處理方案比較表 萬元

表2 設計方案優缺點比較表

4.2 防滲設計

針對以砂礫石為主強透水層壩基，進行高噴灌漿。高噴灌漿軸線位置距原有壩頂高程184.00 m的上游邊緣2.0 m處，寬度1 255 m。采用擺噴對接，擺角30°。

壩基砂礫石層下有弱透水鞍山巖、黏土夾礫石，采用單排布孔，孔深＜25 m，孔距1.5 m，為加強和基巖結合面的滲透穩定性，高噴灌漿深入鞍山巖以下0.5 m，深入黏土夾礫石層以下1.0 m。由于壩基原有天然覆蓋層厚度不均，高噴板墻與黏土層連接深度為2 m。

壩體左側（0+000～0+162 m）滲透部分帷幕灌漿，孔距1.5 m，灌漿位置在壩頂。帷幕灌漿頂高層與校核水位持平，底高程為壩體回填土以下2 m處。

高噴灌漿、灌漿帷幕設計標準按形成的板墻 k≤1×10-5cm/s。灌漿壓力、提速及水泥用量等參數根據現場灌漿試驗確定。灌漿完成之后，應進行圍井試驗。

板墻滲透系數k=1×10-5cm/s計，在正常運用情況時，板墻段水頭損失為4.15 m。

板墻滲透坡降計算公式為：

式中：ΔH為板墻段水頭損失值;δ為板墻厚以0.08～0.20 m計。計算得：ih=0.019～20.75，在允許范圍內。

板墻插入壩體長度L板計算公式為：

式中：H為板樣承受水壓力;J為黏土和板墻之間允許接觸滲透坡降。由于壩底黏土質量差，現取3.0。計算得：L板=0.69m，取2m。在上述計算過程中沒計入滲流進出口段滲流損失值，但對結果影響很小。壩基造孔長度計算見表3，壩體造孔長度計算見表4。

表3 壩基處理造孔長度計算表 m

表4 壩體滲漏部分處理造孔長度計算表 m

圖1 方案一中的土壩標準橫斷面圖

圖2 方案二中的土壩標準橫斷面圖

圖3 方案三中的土壩標準橫斷面圖