新疆察汗烏蘇水電站混凝土面板壩滲漏分析

馬 龍，擺艷虎

(1.國電新疆開都河流域水電開發有限公司，新疆庫爾勒市 841000；2.新疆兵團第二師塔里木墾區水管處，新疆巴音部楞州 841500)

新疆察汗烏蘇水電站混凝土面板壩滲漏分析

馬 龍1，擺艷虎2

(1.國電新疆開都河流域水電開發有限公司，新疆庫爾勒市 841000；2.新疆兵團第二師塔里木墾區水管處，新疆巴音部楞州 841500)

新疆察汗烏蘇水電站自建成后，大壩滲漏水量較中國同類規模工程偏大。通過資料及壩區滲流狀態反演分析，同位素示蹤檢測，聲納滲流檢測等綜合手段的運用，實現了滲漏分析手段互相彌補、成果相互印證的效果，并得到察汗烏蘇水電站大壩處于滲透穩定狀態的結論，為進一步處理提供了依據。

混凝土面板砂礫石壩；深覆蓋層；滲漏；綜合分析

0 前 言

中國混凝土面板堆石壩建設已有30年歷程，建設水平和數量均居全球領先地位，據2011年不完全統計，全球已建、在建和擬建混凝土面板堆石壩約600座，中國占據1/2[1]。十幾年前，在深厚覆蓋層的地基上建設高壩，一般要對覆蓋層進行大量清挖，工程量大、成本高且工期長。但是進入21世紀后，中國筑壩技術飛速發展，一舉攻克了深厚覆蓋層上建設高壩的關鍵技術，以云南那蘭壩和新疆察汗烏蘇壩為代表的一批深厚覆蓋層上百米級面板堆石壩陸續建成[2]，降低造價和縮短工期效果顯著，加之其良好的抗震穩定性和變形適應性，使面板堆石壩成為強震區深厚覆蓋層上的首選壩型[3]。優點明顯的同時，由于深厚覆蓋層的存在，導致此類壩的滲漏問題更為凸顯，其滲漏安全問題更加引人關注。當前，深厚覆蓋層面板堆石壩建成數量仍然較少，投運后的資料更是匱乏，了解、分析具有代表性的察汗烏蘇大壩滲漏情況，對于今后同類壩型的設計、施工、維護、運行管理等方面具有重要參考意義。

1 工程概況

察汗烏蘇水電站位于新疆維吾爾自治區和靜縣與焉耆縣交界處的開都河上，距巴音郭楞蒙古族自治州首府庫爾勒市140 km，是開都河中游河段規劃中的第7個梯級電站。壩址以上流域面積17 735 km2，多年平均流量105 m3/s，年徑流總量33.16億m3，樞紐分別由攔河壩、溢洪洞、泄洪洞、發電引水隧洞、壓力管道、地面式廠房等建筑物組成，屬Ⅰ等大(2)型項目[4]。

攔河壩為趾板建在深覆蓋層上的混凝土面板砂礫石壩，壩基覆蓋層厚達47.6 m，覆蓋層以上最大壩高110 m，壩長352 m，壩底最大寬度約400 m。表孔溢洪洞、深孔泄洪洞、發電引水系統均設置在右岸。河床覆蓋層采用混凝土防滲墻處理，防滲墻底部進行帷幕灌漿，兩岸趾板(墻)下進行固結灌漿和帷幕灌漿。水庫總庫容1.25億m3，調節庫容0.74億m3，正常蓄水位1 646.00 m，為不完全年調節水庫。大壩平面及剖面見圖1、2。

圖1 察汗烏蘇水電站大壩平面圖 單位：m

圖2 察汗烏蘇水電站大壩剖面圖 單位：高程，m；其它，cm

察汗烏蘇水電站工程施工總工期為47 個月，施工準備期13 個月，主體工程施工期26個月，第1臺機組發電工期為39個月(開工后)。2005年11月中旬截流；2007年11月底具備下閘蓄水條件，2007年12月下旬首臺機發電；2008年8月底工程竣工[5]。

2 大壩滲漏問題

察汗烏蘇水電站混凝土面板砂礫石壩，壩后量水堰從2010年5月開始監測滲流量，同年10月26日出現最大滲流量735 L/s，遠大于施工詳圖階段三維有限元滲流分析首部樞紐滲流量值150 L/s(相應水位1 649.00 m)。隨著時間推移，近3 a滲流量大多在190～380 L/s，最大值為450 L/s，滲漏量仍然偏大。為工程安全計，需分析出大壩滲漏原因及通道，分析較大滲漏水量對大壩安全運行的影響，并采取經濟實用的處理措施。2010年8月—2013年1月壩后量水堰滲流量過程線見圖3。

圖3 壩后量水堰滲流過程線圖

3 滲漏分析

中國面板堆石壩滲透破壞情況比較常見，此類問題引發的后果也相當嚴重，當滲透水溢出點的滲透坡降較陡時，壩坡可能會發生流土、管涌現象，更有甚者會出現滑坡、垮壩等嚴重后果?；炷撩姘宥咽瘔螡B漏按發生部位可分為：壩體滲漏、伸縮縫滲漏、壩基滲漏和繞壩滲漏4種。

壩基滲漏通常是由于基礎防滲處理不當造成；繞壩滲漏與兩岸地質條件、大壩與山坡接頭清基處理措施不當或帷幕灌漿質量有關；壩體滲漏主要是面板裂縫或止水損壞造成；伸縮縫滲漏常因大壩伸縮縫部位止水老化、破壞產生。若不查明大壩滲漏原因、類型及程度，會直接影響工程安全運行和效益發揮。為徹底破除疑慮和擔憂，必須采取綜合分析檢測手段，得到準確、可靠的大壩滲漏分析結論。為徹底查明察汗烏蘇大壩滲漏情況，綜合采取以下方法。

3.1 資料分析

通過查閱工程檔案，察汗烏蘇水電站大壩填筑采取了分段進行，2期面板在澆筑前也經歷了近5個月的沉降期，而長期的監測成果也證明大壩沉降在合理范圍內，因沉降造成大壩裂縫引發大量滲漏的可能性不大。壩體填筑過程線見圖4。

施工期大壩面板分為2期澆筑，據蓄水前面板裂縫共711條，累計長度3 067.2 m，主要都是溫度裂縫和干縮裂縫，均未貫穿面板；趾板有9條短小裂縫，合計長度10.2 m，也未貫穿。所有裂縫均為表面裂縫，已進行灌漿和貼縫封閉處理[6]。結合監測顯示浸潤線不高，壩體滲漏未見異常，面板裂縫導致滲漏量大的可能性較小。

圖4 壩體填筑過程線圖

察汗烏蘇大壩的安全監測系統較為健全，并保持著良好運行維護條件[7]。通過對長系列的監測資料及施工檔案分析，水庫首次蓄水及平時運行均較為合理，大壩主體結構未見顯著異常，壩身及周邊伸縮縫部位滲漏水量不大[8]。初步分析察汗烏蘇大壩滲漏水主要來自繞壩滲漏和壩基滲漏。

3.2 技術檢測分析

為查出滲漏產生的具體原因、部位和影響，采用反演分析和直接探測的方法更有說服力。在資料分析結果基礎上，察汗烏蘇大壩滲漏檢測采取了以下技術手段。

3.2.1 壩區滲流狀態反演分析

利用整編分析后的滲流監測成果，對壩區滲流狀態進行反演分析，量化壩基、壩體、左右岸山體的滲漏量，著重分析大壩在正常高水位穩定滲流狀態下的壩體、覆蓋層、防滲體滲透穩定性，評價正常高水位條件下大壩及岸坡滲流安全狀況[9]。此階段初步分析出河床趾板存在局部滲漏通道，該滲漏通道基礎部位墊層料(厚度1 m)滲透坡降較大，但范圍小，未超過破壞滲透坡降。在高水頭滲流量相對偏大的狀態下，壩體內浸潤面仍然較低，大壩內部分區及防滲結構的滲透穩定安全。正常高水位穩定滲流條件下，兩岸及壩基滲流約710 L/s，約為總滲流量的77%，河床趾板局部滲流量約220 L/s，約為總滲流量的23%。

3.2.2 同位素、天然示蹤等檢測

同位素示蹤技術在水庫大壩滲漏檢測工作中使用較多，經驗也相對豐富[10]，通過環境同位素(溫度電導等)綜合示蹤探測分析，初步推斷滲流通道主要位于兩岸壩肩(壩基)，次要通道位于壩體原河道附近，且大部分滲流通過河床水平縱向排水帶匯集至壩腳量水堰。經模型和滲流分析，樞紐區總的滲流量約 943 L/s，兩岸繞滲量約 631 L/s，約占總滲流量的 68%，原河道壩體滲漏量約 312 L/s，約占總滲流量的 32%。其中壩體和兩岸壩基滲流通道主要在高程 1 544.00～1 588.00 m 間，不存在繞防滲墻及其防滲帷幕底部的深層滲漏。

3.2.3 聲納滲流檢測

聲納滲流檢測能夠對地下水的任一空間點的水平流速和垂向流速及其矢量進行準確測量，提供各種水文地質參數[11]。通過“三維流速矢量聲納測量儀”對水下帶土體層鋪蓋和無土體鋪蓋的混凝土面板以及左右壩繞滲孔進行滲流檢測，得到以下主要結論：大壩面板無明顯滲漏區域，僅存在幾處滲漏流速較小的滲漏點；大壩下游滲漏水主要來自右壩肩繞壩滲漏，右壩繞壩是左壩繞壩滲漏流速的20倍；繞壩滲漏約占總滲漏水量的65.5%～67%，大壩連接板下混凝土防滲墻存在滲量較小繞滲的可能性。

4 分析結果

通過歷史資料和技術檢測手段分析，可以判斷察汗烏蘇水電站大壩滲漏的主要方式是繞壩滲漏，占總滲漏量的65%以上，其中，來自右岸壩肩的繞壩滲漏量最大，大壩連接板下混凝土防滲墻也可能存在少量滲漏。

近8 a的監測結果反映出量水堰滲流量呈明顯減小趨勢，滲流量與庫水位相關程度密切，滲漏延遲時間逐漸加長；根據巡檢成果，正常運行期大壩高水位運行時，未發現下游坡面滲水，量水堰也未發現滲水渾濁現象；長期安全監測結果也表明大壩處于穩定狀態[12]。綜合判斷，可以確定察汗烏蘇大壩目前處于滲透穩定安全狀態[13]。

察汗烏蘇大壩作為深覆蓋層上建設的面板堆石壩，滲漏量在同類工程中相對較大，其對滲漏問題的調查方法和成果對于其他工程可作借鑒。

5 結 語

察汗烏蘇大壩雖然處于滲透穩定安全狀態，但鑒于其滲流量仍然較大，為工程運行安全計，需持續關注其發展情況，并適時采取處理措施。具體建議如下：

(1) 右岸引泄水工程集中，且滲透水流速快、滲漏量大，風險相對高，目前應對滲漏最好的辦法仍然是“堵”?？衫糜野秹渭绻酀{平硐對該部位進行灌漿處理，封堵滲漏通道，減少滲漏水量[14]。

(2) 防滲墻部位滲漏量雖小，但由于壩基坐落在深覆蓋層上，一旦滲漏情況發展，影響較大，目前可僅對該部位進行針對性監測，趨重時再進行處理。

(3) 大壩安全工作應防患于未然，應防止面板出現滲漏。察汗烏蘇大壩在冬季常會出現冰蓋砸、拉壞面板橡膠止水的情況，此類情況在寒冷地區較多發生，目前無很好的處理辦法，應加強春冬季節對面板的巡視檢查，及時采取修復措施[15]。

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Analysis on Seepage of Concrete Faced Dam, Chahanwusu Hydropower Station

MA Long1, BAI Yanhu2

(1. Guodian Xinjiang Kaidu River Catchment Hydropower Development Co., Ltd., Korle, Xinjiang 841000,China;2. Water Administration of Tarim Reclamation Area, 2nd Division, Xinjiang Corps, Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture, Xinjian 841500,China)

Since the construction completion of Chahanwusu Hydropower Station, the dam seepage is quite high compared with the similar scale stations. Through inversion analysis on data and seepage status in dam area as well as application of isotopic tracer technique and sonar seepage detection, the seepage analyzing means are mutually complemented, and the seepage analyzing results are mutually verified. It concludes that the dam seepage is stable. This provides basis for further treatment.Key words: concrete faced gravel dam; deep overburden; seepage; general analysis

1006—2610(2016)06—0040—04

2016-11-03

馬龍(1989- )，男，甘肅省平涼市人，助理工程師，主要從事水利水電工程工作.

TV641.43;TV698.12

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.010