高摩贊工程滲漏分析及處理措施簡介

李傳夫，蘇 通，果有雙

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222；2.天津普澤工程咨詢有限責任公司，天津 300202）

1 項目概況

高摩贊大壩樞紐工程項目所在地屬大陸性季風氣候，具有降雨少，年內、日內溫差較大等顯著特征。根據Tank 水文站資料統計分析，多年平均降雨量252.00 mm，其中雨季 111.20 mm，占 44%；春季48.50 mm，占19%。旱季從9 月到翌年1 月，降雨量只有49.80 mm。多年平均蒸發量1 785.40 mm。多年平均氣溫25.5℃，多年平均風速1.50 m/s，實測最大風速28.60 m/s。Gomal Zam 河多年平均徑流量525 Mm3，多年平均流量16.65 m3/s，最大年平均流量72.39 m3/s，最小年平均流量3.77 m3/s。多年平均入庫懸移質輸沙量230×105t，懸移質和推移質年平均入庫輸沙總量為240×105t。

高摩贊大壩樞紐工程位于巴基斯坦西北邊境省境內的印度河支流Gomal Zam 河上，以灌溉為主，兼顧防洪和發電，壩址以上流域面積29 000 km2。工程主要由大壩、電站廠房、分水堰及6.6 萬hm2的灌區組成。工程分為兩期：一期（大約為15 a）水庫正常蓄水位為743.20 m，相應庫容為11 億m3，最低運行水位711 m；二期正常蓄水位提高至750.40 m，相應的原始庫容為14.2 億m3。水庫最高洪水位為761.6 m，相應的最大原始庫容為20億m3。

壩型為曲線型碾壓混凝土重力壩，壩高133 m，平均建基面高程630 m，壩頂高程763 m。壩頂長231 m，壩底壩軸線方向長44 m，順水流方向長78 m。中部設有1 個底孔，頂部設4 孔開敞式溢洪道，設中孔泄水孔2個。壩體內部設有3層灌漿和交通廊道，其底高程分別為634、675和720 m，各層廊道間由樓梯豎井連接。

2 滲漏情況

工程于 2010 年 8 月8 日曾遭遇 50 a 一遇洪水，在導流洞泄流的情況下，壩前水位漲至684.9 m，水位超過680.0 m 的時間持續3 d，洪水過程持續6 d，其間地下水位最高上漲至621.5 m，且基本為一直線，隨后消退。

工程于2011年3月29日下閘開始蓄水，至4月9日壩前水位由下閘時的643.20 m 上漲至661.697 m。4月10日遭遇降雨，至4月12日水位上漲至682.337 m，4 月20 日底孔弧門開啟泄水，當時壩前水位已漲至689.70 m。壩前水位與時間關系，如圖1所示。

圖1 2011年壩前水位與時間關系曲線

水庫水位上漲至688.694 m 時，開始出現較大滲漏：①底層634 m 廊道系統排水孔全部出水，淹沒廊道；②距壩址直線距離約2 km 處橋的上、下游山體臨河邊約150 m 范圍有滲水出現，出水高程為609～615.4 m，滲漏量0.35 m3/s；③大壩下游消力塘襯砌排水孔相繼出水，左岸錨索梁底部滲水，壩區地下水位監測孔監測的地下水位陡升。

2.1 底層廊道滲漏情況

2011年4月19日，巡視底層634 m 廊道時，發現右岸帷幕灌漿廊道排水孔共9 孔出水，從右至左遞降，量水堰測得流量5.8 L/s，其他部位排水孔未出水；其后幾天，其他排水孔相繼出水，至4月22日，底層廊道基本處于淹沒狀態。

2.2 壩址下游2 km處滲漏情況

發現廊道滲水后，立即對周邊巖體進行檢查，發現距壩址直線距離約2 km 處貝雷橋上游山體臨河邊約150 m 范圍均有滲水出現，出水高程為609～615.4 m。貝雷橋下游有2 處大的滲流匯集點：一處為以前泉水出漏處，水量增大且滲水點增多，空氣中有臭雞蛋氣味；另一處為泉水下游約100 m 處，滲水沿山坡坡腳滲出，范圍較大，出水高程為605.4～608 m，滲水匯入坡腳沖溝。原有泉水下游和原泉水處滲漏量與時間關系，如圖2所示。

圖2 2011年原有泉水下游和原泉水處滲漏流量與時間關系曲線

2.3 廊道排水情況

自4 月22 日大壩底層634 m 廊道被淹后，項目部馬上組織相關人員研究廊道排水措施并及時報告滲水情況。經研究，決定在壩體內僅有的交通通道——樓梯井和通風洞架設水泵抽水。因兩處均比較狹小，無法布置太多設備，在樓梯井處布置5～6臺排水能力100 m3/h 的4 寸潛水泵，在通風洞布置2臺350S-26A 離心泵（揚程為21.6 m 時排水能力為1 116 m3/h）接力作為主抽水設備。

2.4 滲漏對大壩安全的影響

壩體內埋設的監測儀器數據反映，測壓管最大讀數為0.045 MPa（廊道淹沒前），高程720～675 m 正垂線讀數為-1.45 mm（偏向上游）。根據設計報告，上游偏移最大允許值為26 mm，主要為夏季溫度應力引起的。其他監測儀器讀數沒有明顯變化。在底高程675 m 廊道排水孔內測得地下水位最高為645.7m，表明揚壓力最高為0.157 MPa，壩基揚壓力遠小于允許揚壓力0.39 MPa，變位也小于允許值，說明大壩是安全的。

3 滲漏分析

工程區域巖體質量非常差，物理力學指標低，受構造、卸荷及風化作用的影響，巖體中微裂隙較發育，造成巖體破碎、完整性差、變形模量低和變形量大。壩區地質條件較差，裂隙發育，透水率大，本身存在高滲透性。

3.1 近壩區滲漏分析

大壩坐落的地段及其附近山體均為灰巖，雖然壩址范圍內未見溶洞和大的溶蝕通道發育，但取芯結果表明灰巖溶蝕仍比較發育，巖體卸荷風化強烈，節理、裂隙發育，經多次造山運動后巖體非常破碎，透水性較強，滲透性大，易于造成裂隙型滲漏。斷裂構造和擠壓破碎帶較發育，較大的斷層有17 條，有集中滲漏出現的可能。

3.2 庫區滲漏分析

發現大壩下游的2 km 處沿河道的滲流出口處位于左岸灰巖與頁巖的交接處，滲流入口位于左岸庫區灰巖出露處、壩前左岸F13斷層處，庫區水流沿左岸灰巖斷層空隙滲流。壩區地質條件復雜，灰巖體破碎，存在多種不連續結構面。壩前透水灰巖迎水面面積大，巖層走向對入滲有利。帷幕為懸掛式帷幕。

大壩初期蓄水，滲漏較大。隨著水位繼續上升，若不采用處理措施，滲透現象將更加嚴重，大壩將存在壩肩穩定破壞和滲透破壞兩種可能。在地質條件這樣差的條件下，對巖體進行固結灌漿和帷幕灌漿后能不能建設混凝土高拱壩，在我國沒有可供參考的經驗。

4 處理措施

本著在保證大壩安全及能夠正常運行的前提下盡可能地節約費用原則，整個處理方案分3 個階段實施：第一階段為抽排底層634 m 廊道內滲水，進行原排水孔的封堵灌漿并重新鉆設排水孔，然后進行導流洞內排水孔施工、護坦新增排水孔和右岸675～634 m 間的排水孔施工，該階段要求在2011 年汛前完成，保證大壩安全度汛；第二階段進行基礎帷幕的左右岸延伸及右岸排水幕的完善，解決右岸的繞滲問題，保證右岸邊坡的穩定；第三階段視汛期高水位下左岸下游滲漏水情況決定是否實施左岸上游防滲帷幕、噴混凝土，以解決左岸下游滲漏問題。滲漏處理的思路和具體內容如下。

4.1 處理目標

（1）減少滲入底層634 m 廊道群的流量，保證廊道系統的正常工作條件。

（2）加強帷幕和排水，保證大壩和下游邊坡的穩定。

（3）擴大帷幕范圍，將水庫滲漏量控制在可接受范圍。

4.2 處理原則

（1）以堵為主，堵排結合。

（2）以保證工程安全為主，以減少滲漏量為輔。

（3）由下到上、由近及遠分步實施。

（4）加強觀測，以觀測結果指導后續方案的制訂和實施。

4.3 處理步驟

為有效合理控制滲漏、減少工程投資，分步驟分階段進行滲漏處理，每階段都嚴密監測滲漏變化，為處理措施的實施提供實時的參考數據。各階段的處理措施簡圖，如圖3所示。

圖3 3個階段的處理措施簡圖

（1）第一階段為保證汛期大壩安全及底層634 m廊道的正常使用。進行原排水孔封堵，然后重新鉆淺于灌漿深度的排水孔；導流洞內布置深孔排水孔；右岸山體內高程675 m 排水廊道增設直接排水至導流洞排水孔；消力塘護坦加深排水孔。

（2）第二階段為保證大壩下游岸坡安全。延長右岸山體內高程675、720 m灌漿平洞的灌漿帷幕至高程560 m；延長左岸山體內高程675 m帷幕至560 m；右岸山體內高程720 m排水洞內布置排水孔穿入675 m排水洞；右岸后邊坡布置排水洞（待觀察前期措施反饋）。

（3）第三階段為減少庫水的過大滲漏。延長右岸壩頂山體內高程763 m 帷幕灌漿至高程630 m；左岸山體自大壩端頭沿上壩公路增設總長度130 m 的帷幕灌漿至高程660 m，與原始地下水位相接。

5 滲漏處理效果

經過復核，在滲漏處理前，工程的大壩安全滿足規范要求，不存在發生壩肩穩定破壞和滲透破壞的可能。滲漏處理后，滲漏量大幅下降，各層廊道、灌漿平洞和通風洞內的滲水量大幅減少，滿足各部位的正常工作條件，大壩的安全性更高。巴基斯坦高摩贊樞紐工程是中國水利水電技術走出國門的標志性工程之一，本工程滲漏的成功處理為中國水利水電技術走出國門積累了寶貴的經驗。