文祖口水庫降水過程的壩基滲漏分析

祁 軍, 樊冬梅, 楊振華

(青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810000)

文祖口水庫降水過程的壩基滲漏分析

祁 軍, 樊冬梅, 楊振華

(青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810000)

水庫滲漏的處理中查明庫水滲漏位置與滲漏性質對后續處理至關重要,通過水庫降水過程中滲漏量的觀測數據,對可能的滲漏位置與性質進行分析,得出滲漏位置與形成的初步結論,為下步檢測與防滲處理工作的布置提供建議。

壩基滲漏;繞壩滲漏;紊流;水庫

文祖口水庫為一在建小型(Ⅰ)水庫,目前大壩主體已填筑完成。2015年,施工方將基坑排水設施拆除后,造成事實蓄水,在水位達到2 750 m左右時,于壩后多處出現滲水情況,滲流量較大,達46.7 L/s,約占水庫來水量的50%,且隨著庫水位升高有滲漏量變大的趨勢。因此查明滲漏通道與性質,采取有效的防滲處理措施非常重要。

由于工程目前處于建設期間,不具備蓄水條件,因此對壩前庫水進行了排水措施。排水自2016年12月開始,壩前庫水位由原2 750 m降至2 738 m。在排水前,對所有滲水點進行分區集流,并在排水期間進行了庫水位與滲流量的同步觀測。本文就滲漏水量與庫水位相關性,并結合壩軸線地質條件,判斷滲漏通道,為采取正確有效的檢查及防滲處理措施提供依據。

1 工程地質概況

壩址處河谷呈“U”型,河床高程2 730 m,河流比降為5.5‰,兩岸地形坡度30°～45°。壩址左岸坡腳處,坡洪積臺地上部巖性為碎石土層,厚8～10 m,下部為厚4 m的沖洪積卵石層,結構中密—密實。河床及一級階地表層為0.3～1.2 m粉土層,下部為全新統沖積卵石層,厚度8 m左右,結構稍密—中密。壩址基巖為古近系砂礫巖與砂巖,其中左岸巖性為砂巖夾砂礫巖,右岸及河床巖性為砂礫巖,基巖中強風化層厚1.4～5 m,弱風化層14～21 m。壩基巖層走向北東70°,傾向南東,傾角10°～26°,發育有4條斷層,斷層寬度0.5～4 m不等,充填物以青灰色糜棱巖及壓碎巖為主。壩線處巖體內除強風化層中節理裂隙較為發育、巖體破碎外,弱風化層、微—新鮮巖體內節理不發育,巖體較完整,總體屬層狀結構。

微風化—新鮮砂礫巖及砂巖飽和抗壓強度為25～58 MPa,中等堅硬巖石為主。根據鉆孔壓水試驗,壩基巖體內透水率<5 Lu的界線在左岸位于基巖面以下11～22 m,右岸在17～20 m,河床段在12～17 m[1]。

壩體為粘土心墻砂殼壩,心墻齒槽置于基巖弱風化層中。根據施工地質編錄,左岸在壩軸線樁號0-25.39～0+050 m段巖體受重力卸荷影響較大。卸荷影響下未產生新生卸荷裂隙,主要表現為構造節理在卸荷影響下張開度較大,屬正常卸荷松弛類強卸荷帶。部分節理相互交錯,連通較好。

2 出水點位置與集水觀測點的布置

在庫水位達到2 750 m時,壩后出水點主要有以下幾處:為導流洞出口左側、溢洪道左右側與下游左岸山體。各出水點多以線狀流水為主,其中導流洞出口處呈帶狀分布于洞臉邊坡下部;溢洪道出口處相對集中,在消力池段砂礫石層處呈帶狀流出;左岸山體處在高程2 733 m左右呈帶狀分布,呈線狀與散浸狀出現。

為觀測壩基各部位的滲流量,在已出現的滲水位置與壩后排水盲溝相交處,布置滲流量觀測點并收集壩后滲漏水。壩后左右兩岸布置了兩條集水溝,起點與壩后排水盲溝連接,順河向布置,在末端設堰進行量測。其中左側集水溝中主要收集了導流洞出口處的滲流，右側排水暗渠收集了壩基及右岸繞壩滲流。另外在溢洪道出口處布置一個觀測點;在左岸山體處同樣布置了一個進行地表匯集測流。以上共布置流量觀測點四個。

受滲水點分布與場地條件限制,各滲水處集流觀測點所測的各壩段的滲流來源是不同的,根據實地布置。集水溝開挖中出水點等初步判斷如下:導流洞出口左側所集滲水量來源主要包括右岸繞壩滲流與右側壩基的部分滲流;溢洪道與下游左岸山體觀測點滲水來源為左岸繞壩滲漏;排水暗渠觀測點滲水來源為壩基滲漏與右側山體內的繞壩滲漏。

此外,根據壩后各集水點高程分布,采用前期勘探成果,在集水量測時,下部砂礫石層中的潛流按徑流斷面法估算如下:地下水位以下砂礫石層斷面面積達417.2 m2,水力坡降0.55%,砂礫石層滲透系數為0.139 cm/s,估算壩后集水量測點以下地下水徑流量為3.18 L/s。

3 初步分析

3.1 導流洞左側觀測點分析

導流洞左側觀測點自庫水位2 742.9 m 以下,流量為0.039 L/s,而該流量為導流洞樁號0+570 m處底板山體基巖裂隙水的流量,說明此處觀測點的滲流量由兩部分組成,即山體基巖裂隙水與右岸繞壩滲漏水。

圖1 導流洞出口左側水位與滲漏量關系圖Fig.1 Relationship of left water seepage and reservoir water level of the diversion tunnel exit

從圖1滲出點與庫水位的關系曲線上可以看出:導流洞左側滲出點滲漏量與庫水位呈較為明顯的二次曲線類型,而其它各滲出點與庫水的關系曲線基本為近線性曲線。說明導流洞左側滲出點為紊流型滲漏,即導流洞左側分布集中滲漏通道的可能性較大。初步推斷:

(1) 假設此段灌漿帷幕有缺陷,從而引起集中滲漏,結合施工地質編錄與前期勘探地質資料,則右岸繞壩滲漏可能地段有兩處:一為樁號0+306.2～0+311.7 m段,在截水槽靠上游處發育有三條卸荷裂隙,有貫穿截水槽后形成集中滲漏通道的可能;二為依據滲出水量與庫水位關系分析的滲漏通道底板下限,其高程為2 742.9 m,相應隔水底板位于樁號0+349.5 m,故推斷在樁號0+349.5 m段左側有分布滲漏通道的可能。

(2) 假設右岸帷幕灌漿效果較好,滲漏通道位于帷幕以下,則根據右岸斷流時的相應高程2 742.9 m,在樁號0+350 m的右段可能存在滲漏通道,但從庫水與滲漏量的曲線來看,隨庫水位增高,右岸滲漏量增大較明顯,庫水位與滲漏水量關系曲線趨勢為偏向滲水量軸,說明集中滲漏通道在水位上升時未受約束,因此可進一步推斷集中滲漏通道位于高程2 750 m相對應的帷幕下限的右段,即樁號0+365 m段右側。

綜上所述,觀測點滲漏量由山體基巖裂隙水與右岸繞壩滲漏水兩部分組成,右岸繞壩滲漏為集中滲漏,其滲漏通道底板限制高程下限為2 742.9 m,不存在深層滲漏通道。右岸繞壩滲漏通道可能分布地段有:一為樁號0+306.2～0+311.7 m段;二為樁號0+349.5 m段之左;三為樁號0+365 m段之右。同理分析其它滲漏觀測點。

3.2 溢洪道觀測點分析

溢洪道從滲漏量與庫水位關系曲線上(圖2)可以看出,二者呈近似線性關系,說明左壩肩滲漏的通道較多,且相互連通性較好。目前的觀測資料未發現有明顯的變化判定點,僅根據2016年4月的部分觀測資料,溢洪道開挖時在壩前水位2 730 m時開始有出水現象,據此初步判斷左岸繞壩滲漏下限在2 730 m附近,結合勘探資料對應樁號在0+010 m附近。另外參照左岸山體滲漏觀測點分析,其滲漏可能范圍在樁號0+010～0-014 m段內。

圖2 溢洪道處庫水位與滲漏量關系圖Fig.2 Relationship of seepage and reservoir water level of spillway

3.3 左岸山體觀測點分析

左岸山體觀測滲漏量與庫水位關系曲線相對雜亂(圖3),介于線性與二次曲線之間,且總體偏于線性曲線。結合地質條件,說明左岸山體繞壩滲漏通道多為裂隙性滲漏,裂隙連通率相對較好。此處滲漏量在庫水位高程2 746.8 m以下無滲水,說明滲漏通道下限高程為2 746.8 m,推斷相應的滲漏通道位置在樁號0-014 m左側部位。

圖3 左岸山體庫水位與滲漏量關系圖Fig.3 Relationship of water seepage and reservoir water of the left mountain

3.4 排水暗渠觀測點分析

排水暗渠滲漏量與庫水位關系總體近似呈線性(圖4),但由于暗渠處于左岸,觀測的滲漏量包含左岸繞壩滲漏與壩基滲漏兩部分。另外,由于此處滲水點位于砂礫石層中,下部潛流量的值未能進行觀測,也未取得砂礫石層中水位變化與庫水位的關系數據,因此對壩基滲漏還不能有較為明確的判斷。但壩下游盲溝從庫水位2 746 m斷流,且總體滲漏量較小等現象,可以初步判斷,壩基滲漏量相對較小。

圖4 排水暗渠庫水位與滲漏量關系圖Fig.4 Relationship of water seepage and reservoir water of drainage culvert

3.5 深層滲漏通道分析

右岸從繞壩滲漏量觀測值變為0.039 L/s時,其庫水位高程為2 742.9 m,說明右岸繞壩滲漏通道下限位于2 742 m左右,不存在有深層滲漏通道的可能。

左岸庫水位與繞壩滲漏量的關系曲線近似線性,而深層滲漏一般為束流受限滲漏,即滲漏通道在深埋藏的受限條件下,隨著水位的增大,滲漏量的增大相對較少,其庫水位與滲漏量的關系曲線為偏向水位軸的一條曲線。從目前的庫水位—滲漏量觀測曲線來看,均近似線性,未發現偏向水位軸的曲線,因此,左岸存在深層滲漏通道的可能性也不大。

4 結論

(1) 導流洞左側觀測點滲漏量由山體基巖裂隙水與右岸繞壩滲漏水兩部分組成,右岸繞壩滲漏為集中滲漏,其滲漏通道底板限制高程下限為2 742.9 m,不存在深層滲漏通道。

(2) 初步判斷,壩基段滲漏量相對較小。溢洪道兩側觀測點表征的左壩肩繞壩滲漏與庫水位關系曲線呈近似線性關系,說明左壩肩滲漏的通道較多,且相互連通性較好。此處產生滲漏的通道分布范圍在0+010～0-014 m段。

(3) 根據降水過程中滲漏量與庫水位的相關性,結合地質條件進行初步分析,對滲漏通道的分布及滲漏可能產生的原因得出初步結論,對進一步查明滲漏通道,布置檢查工作有一定的指導意義。當然最終滲漏通道的確定還需要采取其它手段進行進一步的勘測,為最終采取有效的防滲處理措施提供依據。

[1] 青海省水利水電勘測設計研究院.文祖口水庫初設階段工程地質勘察報告[R].西寧:青海省水利水電勘測設計研究院,2011:15-20.

(責任編輯：費雯麗)

Analysis of the Dam Foundation Seepage in Wenzukou ReservoirPrecipitation Process

QI Jun, FAN Dongmei, YANG Zhenhua

(QinghaiProvincialWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Qinghai,Xining810000)

In reservoir seepage treatment,it is of great importance to find out the location and seepage property of reservoir water seepage. Based on rainfall observation data in the process of reservoir leakage,the suspected position and properties of leakage are analyzed,and a preliminary conclusion is given for further testing and offering advice to the layout of the seepage prevention work.

deam foundation seepage; seepage around the dam; turbulent flow; reservoir

2017-06-15;改回日期:2017-06-22

祁軍(1975-),男,高級工程師,水文地質與工程地質專業,從事工程地質勘察工作。E-mail:371718617@qq.com

TV697.3+2

A

1671-1211(2017)04-0407-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.012

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170620.1330.016.html 數字出版日期:2017-06-20 13:30