尼山水庫壩前塌陷漏洞分析及處理措施

汪新健，孟凡會，謝 營

（1.中國海洋大學，山東 青島266100；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南250014）

尼山水庫于1958年11月興建，1960年9月竣工，總庫容1.128億m3，大壩為壤土均質壩，壩長1 805 m，最大壩高22.2 m，是一座以防洪為主，結合城區供水、灌溉、養殖、補充地下水等綜合利用的大（2）型水庫。水庫所在區域屬于魯中南構造侵蝕為主中低山丘陵區，東界為沂沭斷裂帶，南、西、北側為斷陷環繞，區域整體呈“盾”形山地。山地內部被斷陷盆地、河谷平原分割成彼此不相連接的斷塊山，在全省堪稱地勢最高、切割最強烈、地貌地質體最復雜的地區。庫區山體主要由寒武系灰巖組成，巖溶發育，多條斷裂穿過壩址，向庫內延伸，地質條件復雜，建庫后產生多次坍塌、漏洞的險情。

1 建庫運行至今塌陷情況

1.1 右岸塌陷及處理情況

1961—1965年，在大壩樁號0+100～0+135，壩前壩腳50 m以內出現漏水裂縫8處；1976年在壩前150 m內右岸階地附近出現大塌坑，形成漏水漏斗，1982年以來相繼出現漏水洞9處，塌坑位置逼近大壩上游坡腳。對此均做了處理，處理后未再發生。

1986年6月18日，尼山水庫大壩0+008，距壩內肩132 m溢洪道進口處，發現漏洞。處理方案：先清除漏洞上石渣及風化層找出漏洞部位，清到新鮮巖石，澆筑素混凝土覆蓋，然后用黏土回填夯實。1992年8月5日，溢洪道進口左側，大壩樁號0+068上游，距壩肩125 m發現一漏水洞。處理方案：先填粗砂，后填碎石至庫水面；南部石渣凹處筑壩擋水。1996年3月27日，溢洪道進口左側，大壩樁號0+068，距壩軸線120 m發現漏洞。處理方法：開挖表層棄渣范圍400 m2，深度2 m，堆填砂礫石，厚度2.0 m，其上壓碎石1.0 m，最大粒徑不超過5 cm。

2013年12月15日，右岸溢洪道進水段內壩前200 m發現漏洞。處理方案為：首先，在漏洞范圍用砂袋筑一道圍堰，然后分別在漏水點處集中開挖，依次采用拋填塊石、澆灌混凝土進行封堵，待混凝土凝固后，再向四周進行開挖，開挖后，依次進行回填碎石、砂、鋪設土工膜，最后回填黏土，層層壓實，至高出自然地面1.0 m。

1.2 左岸塌陷及處理情況

壩前左岸階地（樁號1+600），自1977年開始在壩前400 m內出現大漏水洞，1981年汛前又在該位置發現多處塌坑，共計11處，最大直徑6 m，深4 m，形成一條垂直壩軸向的直線，并逐漸靠近上游壩腳，經開挖后發現有近似平行F12斷層帶的大溶蝕型裂縫。洞縫均做了開挖封填處理，處理后未再發生。

1990年11月23日和1996年3月25日，在大壩樁號1+602，壩前541 m處和547 m處發現漏洞。處理方法：前者開挖后對漏水洞縫用塊石、石子填實，灌注水泥砂漿。后者對洞縫灌黏土漿封填處理。

1998年6月15日和1999年5月上旬，大壩樁號1+400處，發現漏水坍坑。處理方法：開挖清除淤泥，巖石鑿毛處理，洞內拋填塊石，以混凝土封堵，回填黏土，鋪土工布，之上回填黏土至地面。2013年12月15日，左岸大壩樁號1+600、壩前約500 m處發現漏水，處理方案同前。

2 塌陷漏洞成因分析

2.1 塌陷漏洞分布特點

水庫建成至今50多年間，發現的塌陷主要分布在壩前：右岸塌陷分布范圍在樁號0+055壩前120～160 m范圍內，左岸塌陷分布在樁號1+600壩前80～560 m范圍內，呈北西向條帶狀分布。塌陷處的地層特點是：黏性土直接覆蓋于灰巖形成的溶洞之上，黏性土一般有豎向的大孔隙，并且厚度相對較薄，一般4.3～7.5 m，厚度大于10 m的土層地區未發現地面變形；右岸壩前天然鋪蓋多次產生的塌陷基本沿F1斷層上盤影響帶呈條帶狀分布。

2.2 成因分析

1）兩岸巖溶裂隙的貫通發育為塌陷物質提供了必要的運移通道和儲存空間，是塌陷產生的基礎。2）塌陷都分布在黏性土直接覆蓋在透水灰巖上的單一結構地層中，黏性土一般有豎向的大孔隙，并且比較薄，一般4.3～7.5 m，厚度大于10 m的土層地區未發現地面變形，孔隙發育的覆蓋層是塌陷產生的內因。3）隨著庫水周期性大幅度升降，上覆黏性土體在水的浮托力、動水壓力交替作用下逐漸產生破壞，是塌陷產生的最主要作用力。

3 塌陷漏洞處理措施及建議

1992年3月～2002年11月保安全工程對整個大壩進行了基巖帷幕灌漿及大壩混凝土防滲墻工程處理，基巖帷幕灌漿采用級配灌漿，灌漿底高程最低控制在54.61 m的高程。根據水庫運行管理報告，截滲后壩下游10 km內砂礫石層中的機井全部干涸；水庫經歷了2003—2005年3年的高水位運行，壩后減壓溝內無滲水出現。

2002年尼山水庫保安全工程完成一直到2012年，未發現有漏洞產生，直到2013年12月因庫區降雨偏少，庫水位下降后，在庫內大壩樁號1+600、壩前約500 m處的左岸灘地發現漏洞4處，于2014年6月已進行處理。

根據上述資料分析，壩體段混凝土防滲墻截滲工程有效的阻滯了壩基上部巖溶發育地段的滲漏通道，極大的降低了塌落洞發生的機率。除了壩體基巖滲漏通道易產生塌陷，壩肩的滲漏也會引起塌陷，為了更全面的查清是否存在壩肩繞壩滲漏通道，山東省水利勘測設計院于2016年對尼山水庫兩岸壩肩進行了勘察工作，結果表明：大壩左岸壩肩至趙家村，主要分布了震旦系灰巖，趙家村西機井抽水時曾抽出小魚，說明其與庫水連通較好，巖溶裂隙發育，在左岸壩肩進行鉆探，在深度22.3～22.7 m、34.4～34.8 m、48.2～48.6 m、54.8～55.0 m出現掉鉆現象，鉆機鉆進不返水，佐證了左岸壩肩灰巖巖溶發育，透水性大，左岸存在繞壩滲漏問題；大壩右岸非常溢洪道北邊墻至F17斷層長約250 m范圍內分布了張夏組厚層灰巖，通過鉆探及壓水試驗，巖溶發育，透水率可達到200 Lu，右岸存在繞壩滲漏問題。建議對兩岸壩肩進行灌漿處理，阻滯滲漏通道，減少滲漏量，降低塌陷產生的概率。

4 塌陷漏洞預測

實踐證明，壩體基巖帷幕灌漿阻滯了主要的滲漏通道，極大降低了漏洞出現的概率，僅是基巖下部滲漏及繞壩滲漏造成了庫區內出現少量的塌落洞。將來水庫長期高水位運行時，水動力可能會破壞隱伏溶洞的相對穩定狀態，逐漸破壞溶洞的上覆土體，形成新的塌陷。由于巖溶發育的偶然性、獨立性、不均勻性，且下部巖溶發育少，滲徑長，不會形成集中的滲漏通道，預測將來出現的塌陷也只是獨立的個體，不會形成大的滲漏通道，不會出現由點擴散到面的大面積塌方或塌岸現象，不會產生危害附近村莊和大壩安全的次生災害。