沙坪水庫壩基透水分析及防滲加固措施

孫國興

（宜昌市水利水電工程建設監理中心，湖北宜昌443000）

沙坪水庫壩基透水分析及防滲加固措施

孫國興

（宜昌市水利水電工程建設監理中心，湖北宜昌443000）

壩基滲漏一直是水庫工程中重要的難題，問題的解決主要是通過分析壩基滲漏原因，并制定相應的措施來達到防滲加固的目的。本文結合湖北省宜昌市沙坪水庫壩基防滲加固工程，運用三維概化模型和鉆孔壓水試驗成果得出壩基巖體的透水率，分析壩基透水原因，并制定了相應的防滲加固措施，以期對相關水庫工程防滲加固設計有所借鑒。

水庫壩基；透水率；透水原因；防滲加固

1 工程概況

沙坪水庫位于湖北省宜昌市夷陵區樂天溪鎮境內，系長江一級支流—樂天溪梯級開發的骨干工程，壩址以上集水面積365km2，總庫容4144萬m3，興利庫容2665萬m3。水庫正常蓄水位168m，設計和校核洪水位分別為169.37m、170.82m，沙坪水庫是以防洪、灌溉為主，結合供水、發電、攔沙等綜合利用的中型水利樞紐工程。

對沙坪水庫地質勘查得知，壩基巖體上部為1.5～8.7m的弱風化花崗巖，局部地段受到巖漿的侵蝕，巖漿接觸帶附近巖體風化程度存在差異性，弱風化層中夾有透鏡體狀的強風化層，其透水性相對較弱；壩基巖體下部為微風化至新鮮花崗巖，呈弱透水性。2008年清洗排水孔時，發現壩基左側滲漏量較正常值偏大，水庫在正常蓄水位時的年平均滲漏量為0.29L/s；壩基右側的滲漏量較壩基左側小，年平均滲漏量為0.09～0.45L/s，壩基存在滲漏問題，需找出壩基滲流原因，并制定相應的防滲加固措施。

2 壩基透水原因分析

2.1 三維模型概化

三維滲流模型需要根據沙坪水庫壩址的地質和水文特征建立，水庫地表的生成通過CAD中等高線作出，并結合克里金插值的方法進行。模型坐標系的選取以右手正交法則為依據，以東西方向和南北方向分別作為滲流模型的x軸和y軸，豎向為z周，向上、正東和正北方向為正方向，模型底部高程以壩基高程為準，四周制定相關的約束條件，模型如圖1所示。以此得到的三維滲流模型的尺寸為700m×500m×160m，所建模型主要包含30150個六面體以及38286個節點。模型的分區有3部分內容，即壩體、壩基以及水庫防滲墻，壩基風化區域的滲透系數通過模型反演計算得出［1］。

圖1 水庫三維概化模型示意圖

2.2 壩基滲透參數

壩基透水率是影響水庫防滲效果的一項重要的參數，因此在制定防滲加固措施時要掌握壩基透水率的變化。其次防滲墻本身以及壩體的透水率也會對防滲效果產生影響，該水庫的重點滲漏地點在于壩基的滲漏，為便于計算，只對壩基的透水率進行分析。滲透參數反演要以壩基的滲漏量為基礎，邊界條件選取水庫處于正常蓄水位條件下的壩基滲漏狀況，即2009年水庫在正常蓄水位168m下壩基的滲漏量0.26L/s，以此滲漏量為目標值，進行壩基透水率的反演計算。以表1中計算數據為基礎得到壩基透水率與滲漏量變化曲線以及2者之間的關系，如圖2和圖3所示。

表1 不同計算方案及滲漏量統計

圖2 壩基透水率與滲漏量變化曲線

圖3 滲漏量-壩基透水率關系

滲漏量與壩基透水率近似成線性關系，運用最小乘分法擬合得到2者之間的關系，并推算得到壩基巖體上部弱風化花崗巖透水率為1.30～3.45Lu；局部弱風化層中夾透鏡體狀的強風化層透水率為5.10Lu，具弱透水性；下部微風化至新鮮花崗巖透水率一般為0.21～1.52Lu。

2.3 壩基透水原因分析

結合工程地質施工，分析壩基透水原因主要包括3方面的內容：

（1）受區域地質構造及侵入巖脈的影響，壩址處出現裂隙，裂隙發育方向與壩軸線垂直或大角度相交，構成壩基滲水通道。壩基f2、f3、f4斷層（以及順河向裂隙）沿河床呈縱向發育，延伸較長，為貫通性斷層。巖石順斷層、裂隙風化較深，施工時不易全部清除。根據鉆探和施工記錄，河床主溝道部位清基較徹底，大部分為微風化巖層，但順裂隙為強或弱風化；壩基左右兩側以弱風化巖層為主，局部存在強風化巖層。壩基巖體的透水率較高，不符合工程防滲的要求。

（2）壩基防滲帷幕不閉合，水庫不能形成一個完整的防滲體系。

（3）原來的帷幕灌漿施工方法欠妥，水庫壩基的帷幕灌漿孔間距安排不合理，灌漿達不到預期的效果。

3 壩基防滲加固處理

水庫現階段的混凝土防滲面板與壩基的防滲帷幕線沒有閉合，因此，大壩還沒有建立一套完整、閉合的防滲體系，壩基防滲加固措施的重點在于調整壩基帷幕線。經過方案比較，得出應在大壩防滲面板齒槽部位布置壩基防滲帷幕線，閉合防滲帷幕線以保證水庫整體防滲效果［2］。

3.1 防滲帷幕深度的確定

壩基的防滲加固以微風化至新鮮狀態的花崗巖為依托，防滲帷幕設計施工原則為進入透水率q＜3Lu的相對隔水層，并且與其間距不得小于5m；防滲帷幕的深度原則上一般不得小于水庫大壩壩高的1/3，且高度要超過15m?；谏鲜鲈瓌t，確定沙坪水庫壩基的防滲帷幕深度見表2。

表2 壩基的防滲帷幕深度

3.2 防滲加固施工

工程運用帷幕灌漿處理的方式解決壩基滲漏問題。帷幕線總長277m，其中河床部位壩基長247m，左岸壩肩長30m。壩基帷幕灌漿軸線與新建混凝土趾板中軸線相一致，由趾板頂部鉆孔。左壩肩帷幕灌漿軸線與左岸平洞軸線相一致，由平洞底板頂部鉆孔。灌漿孔單排布置，孔距2m，壩基部分共計124孔，左岸壩肩共計16孔。整個帷幕共計140孔，總進尺3737m，平均孔深為26.69m，最大孔深為28m，最小孔深15m，分三序鉆孔灌漿［3］。

3.3 防滲加固效果分析

壩基滲漏防滲加固之后，可相應地修改模型參數，對大壩的防滲加固效果進行分析。防滲加固效果的評價與分析也在水庫處于正常蓄水位條件下進行，此法也可估計后期水位上漲后的大壩滲漏情況，為加固后的大壩運行管理提供科學依據。在正常蓄水位條件下，防滲加固后的大壩模型模擬結果如圖4和圖5所示：

圖4 水庫壩體整體效果

圖5 地下水等水位線

由分析模擬結果可知，水庫防滲墻附近的水頭壓力有明顯的變化，壩基帷幕灌漿的左側和右側相差16m左右；并且在遠離防滲墻的地下水水頭壓力基本上與埋深成正比的關系，水庫兩個壩肩位置的地下水水頭普遍大于中部區域的水頭，地下水等水位明顯集中在灌漿帷幕墻附近，表明防滲加固后的帷幕墻起到了較好的防滲作用，并且壩基的整體防滲效果有明顯的增加。防滲加固后的壩基滲漏量明顯減少，壩基左側的滲漏量為0.08L/s，壩基的滲漏穩定性良好。

4 結語

通過建立三維概化模型并反演計算壩基巖體的透水率，與鉆孔壓水試驗成果相差甚小，反演計算結果具有參考價值。結合反演計算結果以及工程地質施工概況，分析壩基透水原因，并制定相應的防滲加固措施，同時運用三維概化模型分析壩基的防滲加固效果，模擬結果與實際證明壩基防滲加固效果明顯，壩基左側的滲漏量控制在0.08L/s左右，壩基滲漏穩定性達到設計要求。

［1］駱祖江，張弘，李會中，等.烏東德水電站壩址區地下水滲流三維非穩定流數值模擬［J］.巖石力學與工程學報，2011，30（02）：341-347.

［2］董鵬.石頭河水庫大壩右壩肩滲漏分析及防滲加固措施［J］.水利與建筑工程學報，2004（01）：59-61.

［3］黨雪梅.土石壩除險加固設計［J］.水利技術監督，2010（05）：50-53.

TV223.4

B

1672-2469（2015）12-0106-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.037

孫國興（1984年—），男，工程師。