混凝土砌石重力壩滲漏原因分析及滲流安全復核

馬琳+趙英+杜萬軍

摘 要：某中水頭混凝土砌石重力壩，其最大壩高40.8m。水庫大壩建成投運8年時間內，分別出現基礎滲漏、壩體漏水等問題，嚴重影響到水庫大壩的安全穩定運行。為此，結合《水庫大壩安全鑒定辦法》、《水庫大壩安全評價導則》等相關規范和評價指標，對水庫大壩蓄水滲漏原因進行了詳細論證分析。經現場踏勘和溢流壩結構應力復核，結果表明：帷幕灌漿質量差、施工質量監控不到位等是引起大壩壩基和壩體滲漏的主要原因，且左岸非溢流壩壩基整體抗滑穩定安全系數低于規范要求，需采取全面除險加固工程措施，以提高壩體整體安全穩定性。

關鍵詞：混凝土砌石重力壩；大壩滲漏；非溢流壩；抗滑穩定性

1 工程概況

某中型水庫，其正常蓄水位812.00m，死水位804.00m，總庫容2130萬m3，興利庫容1580萬m3。工程主要任務是農業灌溉、引水發電和城市供水。根據《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》（DL5180-2003）劃分指標，該水庫屬于中型水庫。大壩首部樞紐主要由擋水大壩、引水隧洞、放空底孔等水工建筑物組成。

工程于1999年01月開工，2006年10月全部竣工，2007年04月并網發電。水庫大壩整體為C15混凝土砌石重力壩，壩高40.8m。壩基采用單排、孔距3.2m、平均灌漿深度9.8m的鉆孔進行帷幕灌漿，左、右岸壩肩分別向山體延伸9m和22m，經監測大壩整體防滲性能滿足q≤5lu為控制標準[1]。水庫投運前期大壩監測各方面技術指標均滿足規范要求，運行穩定性較好。2009年02月，一次例行檢查過程中，發現大壩壩基和左岸非溢流壩壩肩存在滲漏問題，但由于滲漏量不大，繼續監視運行。2013年開始，大壩滲漏量不斷加大，其滲流量平均在4×10-6m3/s左右，2014年7月高位蓄水時段，其滲流量最高達到20.5×10-6m3/s。巨大滲流量嚴重威脅到大壩的穩定運行，急需找出壩體滲漏原因并結合病險水庫除險加固技術指導方針，采取合理除險加固措施，確保壩體整體安全穩定。

2 水庫大壩壩體滲漏原因分析

從現場勘察可知，大壩壩體滲漏主要發生在右岸壩體中部和左岸非溢流壩段壩基和壩肩處。壩體中部滲漏主要是由于該水庫大壩在建設過程中存在中斷問題，也即在2001年時大壩修建方存在資金周轉問題，暫停大壩修建長達2.5年，于2004年1月才續建，長期施工間歇加上施工質量監控不到位，導致Ⅰ期工程和Ⅱ工程間銜接部位施工質量較差，內部砌石密實性能不好，在高水位蓄水運行水壓作用下，壩體內部出現滲漏通道，引起壩體中部發生滲漏。另外，由于該水庫大壩在設計上沒有設置專門的防滲層，主要依靠壩體表面的C20混凝土面板進行防滲，經多年運行面板存在裂縫、裂隙等問題，給壩體埋下滲漏通道的安全隱患。根據設計資料及現場鉆芯取樣分析結果可知，大壩左岸非溢流壩段在壩基和壩肩793.5m高程及以上部位存在大量強風化板巖巖層，且巖石破碎度較大，經綜合分析認為左岸非溢流壩段壩基和上半部存在壩肩滲漏主要是由于該部位帷幕灌漿質量較差引起。

綜合現場踏勘、鉆芯取樣分析成果及設計資料，最終認為大壩壩體及左岸非溢流壩滲漏主要是由于壩體整體防滲層較單薄、Ⅱ期工程銜接質量監控不到位、施工質量差導致砌石密實度偏低等引起。為了采取與工程特性相匹配的除險加固方案，必須對大壩壩基和左岸非溢流壩壩體整體穩定性進行全面安全復核，確保除險加固方案具有較高可行性、可實施性和經濟性。

3 大壩滲流安全復核

3.1 壩體滲流安全復核

為了分析壩體滲漏，在大壩右岸壩體中部795.00m高程設置探芯鉆孔，孔深達32.5m，巖心采取率平均為92.6%；在左非溢流壩段壩肩810m高程設置探芯鉆孔，孔深38.6m，巖心采取率平均為93.1%。經壩體鉆孔巖芯取樣分析，結果表明：大壩中部789m～794m高程范圍內，壩體砌石不均勻，密實度不高，存在裂隙發育、透水率較大等問題，急需采取全面的防滲加固措施。

3.2 左岸非溢流壩滲流安全復核

根據左岸壩肩地質勘查分析結果，確定左岸壩肩巖體等級為Ⅳ類圍巖，相關特性參數指標為：壩肩帷幕灌漿砼與壩基、壩肩接觸面間的抗剪斷參數為f′=0.73，C′=0.41～0.49Mpa。根據《砌石壩設計規范》（SL25-2006）[2]相關計算要求，左岸非溢流壩其整體平均容重應大于22KN/m3，而鉆孔取芯分析結果表明，左岸壩體由于填筑過程中施工質量存在較大問題，其整體容重僅有19.6～21.2KN/m3，遠低于規范要求的22KN/m3指標。在左岸非溢流壩壩肩滲流安全復核過程中采用規范要求的22KN/m3進行分析。

計算荷載組合為：（1）基本組合（正常蓄水位工況）：自重+靜水壓力+揚壓力+於沙壓力+浪壓力；（2）特殊組合（校核洪水位工況）：自重+靜水壓力+揚壓力+於沙壓力+浪壓力+動水壓力+地震。經計算左岸非溢流壩壩基垂直應力和壩基、壩肩抗滑穩定計算成果如表1所示。

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005）相關規定：混凝土砌石重力壩壩基面，其在任何工況下壩踵垂直應力均不應出現拉應力[3]。但從表1計算結果可知，在特殊組合情況下，左岸非溢流壩壩基面壩踵出現-0.13Mpa的垂直拉應力，不滿足規范要求。同時，左岸非溢流壩壩基抗滑穩定，在特殊組合工況條件下，其安全系數為2.36，低于規范要求的[2.5]指標值。

安全復核成果表明：大壩在目前地質水文條件、現有結構體型條件下，其整體存在砌石密實度較低、施工質量較差等安全質量問題，壩體整體安全穩定性不滿足現行規范要求的技術指標值，繼續采取相應的工程措施進行整體除險加固處理。

4 結束語

由于水庫大壩在修建過程中存在Ⅰ期工程和Ⅱ工程間銜接部位施工質量監控不到位等問題，導致壩體內部砌體密實度較差、左岸非溢流壩壩基和壩肩帷幕灌漿質量達不到要求等，導致大壩中部和左岸非溢流壩肩出現漏水問題，嚴重影響大壩運行的整體安全可靠性。經安全復核，大壩存在安全穩定問題，急需采取鉆孔帷幕灌漿、涂刷防滲層等相應工程措施進行全面處理，提高大壩整體安全穩定性，確保其高效穩定的運營。

參考文獻

[1]謝榮昌，王衛華，張懷文.混凝土防滲心墻漿砌石重力壩施工技術[J]，黑龍江水利科技，2015（01）：135-136.

[2]陸政.水利混凝土防滲心墻漿砌石重力壩的施工技術[J].中國水運（下半月），2015，15（06）：183-184.

[3]馮建江.三塊田水庫混凝土砌石重力壩設計計算[J].吉林水利，2015（03）：10-13.