晉中市松塔水庫左岸滲漏勘察及防滲措施分析

白 波

（晉中市松塔水利水電有限公司,山西 晉中 030600）

松塔水庫樞紐工程大壩壩型為碾壓式均質土壩,壩高62.6 m,壩頂高程1029.6 m,壩頂長539 m,正常蓄水位1027.0 m,2017年12 月通過竣工驗收。近期水庫人員發現左岸下游的坡腳處有庫水滲出,該處位于供水發電洞與導流泄洪洞之間,馬道臨山側為漿砌石擋墻,設有排水孔,孔內無滲水現象,順坡腳方向逸出長度約20 m,滲漏量約2.1 L/min,當時的庫水位為1023.90 m。針對水庫左岸滲漏問題進行地質勘察,查明左岸滲漏通道及空間分布范圍,為左岸滲漏工程處理設計提供地質依據。

1 地質勘察

首先收集分析已有地質勘察、施工編錄、運行期滲流觀測的滲流量、兩岸地下水位、壩體浸潤線、幕后排水、庫水位及前期防滲加固處理等資料[1]；其次,查明左岸地層巖性特征、隔水層、透（含）水層的空間分布、滲透性及與庫水位的關系,查明左岸滲漏出逸帶（點）與水庫之間的滲漏通道、空間分布、滲透性及與庫水位的關系；再次,觀測鉆孔水位、出逸處滲漏量,鉆孔結束后,下觀測管作為長觀孔保留；最后,對覆蓋層采用干鉆（嚴禁給水鉆探）,觀測初見水位并及時記錄,鉆進至985 m 高程時應停鉆,進行地下水位觀測,鉆孔終孔高程970 m,并觀測終孔地下水位,對基巖段進行壓水試驗。

2 左岸水文地質

松塔水庫左岸主要建筑物有供水發電洞、導流泄洪洞、溢洪道等（見圖1）,左岸山包現狀基本呈臺階狀,出溢點處馬道地面高程985.0 m~985.5 m,馬道臨山側為漿砌石擋墻,高4 m~5 m,其上為土質自然邊坡；再往上平臺較寬闊,現多為植樹,其后側邊坡為土質邊坡,高20 m~30 m,邊坡坡度30°~60°；其上為上壩公路,上壩公路環繞左岸山包；臨水庫側山坡近壩部上部為土質邊坡,下部及溢洪道方向為巖質邊坡,自然坡度30°~50°,左岸溢洪道處為沖溝。

圖1 松塔水庫左岸影象圖

左岸地下水類型分為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種[2]。①松散巖類孔隙水：分布于左岸階地上,左岸松散巖類孔隙水分布特征受松散巖類分布影響,松散巖類孔隙水主要接受水庫入滲及基巖側向補給,向下游方向排泄,受下部相對完整基巖阻隔,多沿土巖界線或強風化基巖底部流出。據勘察鉆孔水位觀測,在庫水位1022.52 m~1023.90 m 之間時,左岸松散巖類孔隙水位985.0 m~1003.0 m；②碎屑巖類裂隙水：左岸含水層為三疊系下統劉家溝組中的長石砂巖,水庫蓄水以后,左岸地下水位受庫水升降而變化,主要由庫水經左岸向下游方向排泄。結合本次左岸鉆孔壓水試驗成果,壩址左岸中等透水帶基巖滲透系數為0.21 m/d~0.69 m/d,碎屑巖類裂隙水水位受庫水位影響而變化。

3 明確左岸滲漏關鍵點及分析評價

3.1 滲漏現狀

庫水滲漏處位于供水發電洞與導流泄洪洞之間,馬道臨山側及下游側均為漿砌石擋墻,設有排水孔,孔內無滲水現象,順坡腳方向出逸長度約20 m,主要出逸點有三處（見表1）,從發現滲水以來,對左岸滲漏出逸帶的滲水進行收集后,在出水口設置量筒進行水量觀測,記錄量筒流滿后的時間,左岸庫水滲漏出逸帶滲漏量實測結果（見表2）,滲漏量變化小,滲漏量約2.1 L/min。

表1 左岸滲漏出逸帶（點）水位統計結果表

表2 左岸滲漏出逸帶流量觀測統計表

3.2 左岸滲漏通道進口及防滲效果分析

左岸滲漏通道進口分析主要考慮水庫運行以來不同庫水位時地下水及滲漏情況與地層分布及滲透性特征。通過反復核對當時竣工資料,利用勘察鉆孔,結合松塔水庫左岸防滲地質剖面圖,重點關注多個代表性勘探點的實際數據,最后總結得出以下結論：

①局部分析：從鉆孔ZK13 b-1、ZK18-9 地下水水位情況分析,防滲剖面樁號TF00+163.1~0+237.4 段覆蓋土層底部局部存在卵石混合土、級配不良礫（砂）層,從而形成局部滲漏通道,滲漏層位主要為卵石混合土、級配不良礫（砂）層。此外,室內試驗,Q2Pl低液限粘土層滲透性雖然為微弱透水,但據野外觀察,Q2Pl低液限粘土層中局部分布有高傾角裂隙,也存在形成滲漏通道的可能。

②總體分析：左岸滲漏通道大體在ZK18-3、ZK18-6、ZK18-9 號鉆孔一線,滲漏通道內土層之下、基巖面之上存在一層厚0.90 m~2.70 m 的卵石混合土、碎石混合土、級配不良砂（礫）層[3]。

經分析評價,左岸滲漏與庫水位上升、迎水坡基巖面高程、覆蓋層巖性及滲透性、下游坡腳處基巖具隔水或阻水作用等因素有關。當庫水位高于1020.0 m 時,庫水首先通過迎水坡覆蓋層及單薄基巖山梁向下游運移,滲漏層位主要為卵石混合土、級配不良礫（砂）層及強風化基巖段,大體以ZK18-9 與ZK18-6 號鉆孔中間為界,上游地下水位處于覆蓋層中,下游地下水位處于強風化基巖中,最終庫水從電站廠房背后開挖平臺（高程約985 mm）護坡坡腳處基巖中出逸,在現狀庫水位下（1022.5 m~1024.0 m）,滲漏出逸量約2.1 L/min,在正常庫水位1027 m 時,滲漏出逸量將增大,且地下水水位可能位于覆蓋層內,左岸下游滲漏出逸點范圍將增大,可能對左岸山體穩定形成威脅。

4 左岸滲漏處理措施

4.1 排水措施

4.1.1 利用排水井下滲降低地下水位

在滲漏出逸點上游方向設置排水井,打穿相對隔水層,將上部淺層水注入下部基巖中,增加上部水向下部基巖的入滲量,減少向下游的逐流量,以消除出逸點滲漏現象,確保左岸土體穩定安全。注水井按2 m 間距布置,導流泄洪洞及一倍洞徑范圍內不布置,深度以井底高程970 m 控制,共計排水井28 個,進尺約1400 m,井內置護壁管,強風化基巖底部以上5 m 設濾料及花管。

4.1.2 采用導流洞內排水孔降低水位

疏通導流泄洪洞洞頂原設計排水孔,并對洞頂排水孔作加深處理,確保淺層地下水排至洞內,以降低導流泄洪洞沿線地下水位,確保左岸土體穩定安全。采取排水井及導流泄洪洞排水孔疏通或加深排水措施,必要時采取集水廊道與排水井結合的措施。

4.2 防滲措施

根據左岸滲漏特征,采取帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿及防滲墻防滲措施。

4.2.1 帷幕灌漿防滲

（1）灌漿材料要求：灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽大壩水泥,水泥標號≥42.5,自下而上的分段灌漿,設計灌漿壓力初定為2.5 MPa,可根據現場試驗調整。先導孔,采用五點法進行壓水試驗,帷幕灌漿后的巖體的透水率≤5 Lu。如圖2 帷幕灌漿標注圖、圖3 斷面圖 G1-G1'剖面所示。

圖2 帷幕灌漿標注圖

圖3 斷面圖 G1-G1'剖面

（2）灌漿方法：①按施工圖紙確定灌漿壓力,且應盡快達到設計值（接觸段和注入率大的孔段分段升壓）。②灌漿遵循分序加密的原則進行。由兩排孔組成的帷幕,先下游、后上游排孔的灌漿,每排分序、分段施工。③灌漿孔的基巖段長≤6 m 時,用全孔一次灌漿法；大于6 m 時,應自下而上分段灌漿。④帷幕灌漿段長度采用5 m~6 m,特殊情況下可適當縮減或加長,長度合理控制在≤10 m。⑤進行帷幕灌漿時,壩體和基巖的接觸段先單獨灌漿并待凝,接觸段在巖石中的長度≤2 m。⑥采用自下而上分段灌漿法時,灌漿段的長度因故超過10 m,對該段宜采取補救措施。

（3）灌漿效果：采取帷幕灌漿措施后,有效減小了巖體透水率,降低了幕后水頭,水庫滲漏量也隨之減少。幕后水頭折減系數取0.3,由于水庫滲流量的減少與水頭差的降低基本一致,據此粗略估算防滲工程實施后滲漏量可減少50%~60%以上,滲漏量由原來的庫水位1014.00 m 時的0.49 m3/s~0.6 m3/s減小到0.25 m3/s~0.3 m3/s 以下,隨著庫水位的升高,滲漏流量會加大,防滲效果也會比較明顯[4]。

4.2.2 高壓旋噴灌漿防滲

在左岸原防滲線樁號FS00+144.0~0+237.4 段對覆蓋層進行高壓旋噴灌漿處理,高壓旋噴灌漿頂線高程為1029.60 m,高壓旋噴灌漿底線以基巖面為界（基巖面高程995 m~1008.14 m）,深度約21.46 m~33.78 m。旋噴灌漿采用雙管法,漿壓30 MPa,氣壓0.7 MPa,提升速度6.0 cm/min,旋轉速度20 r/min,噴嘴直徑3 mm,設計參數應根據現場試驗結果作具體調整。如圖4高壓旋噴標注平面圖、圖5 異常體G2-G2'剖面所示。

圖5 異常體G2-G2'剖面

4.2.3 防滲墻

在左壩肩迎水坡下游1030 m 平臺上布置塑性混凝土防滲墻,見松塔水庫左岸綜合水文地質圖,防滲墻長約97 m,覆蓋層厚5.0 m~35.0 m,基巖面高程994 m~1025 m,防滲墻深入基巖強風化層1 m~2 m[5]。

4.3 有待加強的防滲措施

①依據已有觀測孔進行示蹤擴散試驗,確定左岸庫水滲漏途徑；②在滲漏出逸點上游方向設置排水井,打穿相對隔水層,將上部淺層水導入下部,并疏通加深導流泄洪洞洞頂原設計排水孔,以降低導流泄洪洞沿線地下水位,確保左岸土體穩定安全（注意：在采取措施之前,水庫不應高水位運行）；③建議采取堵排結合、分期實施的方案進行處理,先采取排水措施,并對長觀孔進行水位及出溢點水量監測,然后對樁號FS00+144.0~0+237.4 段覆蓋層做高壓旋噴灌漿處理；④在左岸下游坡腳處庫水滲漏出逸帶（點）以上的土質邊坡設置變形監測點,長期監測左岸下游土質邊坡,特別是在水庫高水位運行期間；⑤巡視大壩壩體左右岸接坡處、大壩坡腳處、左右壩肩,在汛期或水庫高水位運行期間應加密巡視頻次。

5 結語

水庫工程滲漏病害中,滲漏原因復雜、勘察難度大、滲漏修復專業化技術高、維護成本高,都是客觀存在的原因,本次松塔水庫左岸滲漏與庫水位上升、迎水坡基巖面高程、覆蓋層巖性及滲透性、下游坡腳處基巖具隔水或阻水作用等因素有關。結合松塔水庫左岸水文地質,通過分析左岸地下水類型,從中找出“水”的誘因,再采用多種檢測方式,驗證了滲漏病害檢測結果。針對性地制定滲漏處理措施,并提出合理化建議,有效提升松塔水庫結構安全性及運行穩定性,保障松塔水庫的經濟、社會效益。