復雜地質條件下某水庫滲漏原因及工程措施研究

0 引言

水庫滲漏是危害其安全穩定的原因之一[]，為提高水庫滲漏分析工作的質量和水平，必須采用更先進的方法和手段，及時確認水庫滲漏的可能性[2-4]。

通常，土壤結構不均勻、地下水位變化頻繁及地震等自然因素，容易引發水庫滲漏問題。在高架地形上建造上層水庫，往往會造成水庫水位之間脫節，在水壓差影響下可能導致水庫滲漏[5]。滲漏問題不僅影響水壩的工程安全，還影響其水庫的水資源利用效率。科學分析水壩滲漏原因并采取有效防滲措施，是目前水利工程領域亟待解決的問題。

鑒于此，本文基于某水庫的滲漏現象，系統的分析復雜地質條件下水庫滲漏的主要原因，并采取有效的防滲措施和管理策略，以期為水庫的安全運行提供理論依據和實踐指導，進而促進水資源的可持續利用與管理。

1工程概況

本文以某水庫為工程背景，該項目主要有兩大部分組成，包括樞紐工程和輸水工程。其中樞紐工程由水壩、右岸排洪水道、右岸導流輸水泄洪隧洞組成。大壩壩型為黏土心墻風化料壩，最大水壩高為 87.3m ，水壩頂部高程為 2104.2m 。輸水工程由三條管道組成，總長度為52.2km 。

該水庫處于正常蓄水位時高程為2096.6m，總體容水量為2022.6萬 m³ 。該水庫主要用途為工業生產用水、居民生活用水以及農田灌溉。經查當地水庫資料發現，該水庫灌溉面積達4.92萬畝，年供水量達2132.7萬m。根據水庫等級劃分，其屬于IⅢ等級中型水庫。水庫沿壩軸線剖面如圖1所示。

2地質條件

2.1 地形地貌

該水庫所在地區地貌屬于構造侵蝕河谷堆積地貌。壩址位于向陽河與自立溝河匯口上游370m處。河谷呈“V”形，寬度在25＼～65m之間，河床面高程為 2026～2033m 兩側山頂高程為 2169～2185m ，落差為 136～159m。

向陽河壩址區域的流向經歷了從 S4^°E 至 E24^°S ，然后轉向 S3^°E ，最后變為 E25^°S ，河流在平面上呈現“W”形，河道曲折，受到河流沖刷的影響，兩岸坡地形起伏明顯。壩址左岸為凸岸地形，右岸則為凹岸地形，岸坡的坡度一般在 35～50^° 之間，局部地段較為平緩。

2.2地層巖性

上部儲集層的基巖主要由砂巖組成。上部儲層巖石高度風化，表現出強烈的風化和較差的完整性。地表裸露的巖石主要是強烈的風化，局部裸露的粉砂質泥巖表現出完全的風化。強風化帶的深度為 20～40m ，而弱風化帶相對較厚，較低的埋深通常超過 150m 。鉆孔水力試驗結果表明，強風化巖體為高滲透層，弱風化巖體以弱滲透層為主。水庫周圍流域的相對不透水層埋在深度60～150m ，屋頂高程為 161～275m ，位于正常水庫水位以下 20～135m 。

該水庫的地下水主要由基巖裂縫水組成，水位于60＼～150m的深度。河岸斜坡和兩條溝壑之間的地下水位在 15～60m 之間。水庫周圍的一些地下水位比正常儲存水位低 33～150m 。地下水補給源于降水，并以泉水的形式排入溝壑。山內的地下水力梯度相對平緩，從 5%～10% 不等。

除了水流外，水庫區還沿著裂縫帶呈現局部承壓水，通常為 0.05～5.00m 寬。這些斷層按走向分為四組：北-東北－東（NNE）、北-西北（NNW）、東北－東（NEE）和西北（NW）。斷層F1、F2、F5和F8穿過流域，可能作為蓄水后水庫水的集中泄漏通道。

3水庫滲透分析

3.1滲透量分析

本次檢測出該水庫的滲透類型包括水庫岸邊滲透和水庫底部滲透，水庫岸邊有少量泥沙沉淀于地板上，3個庫岸觀測流量為 5.1L/s 。水庫底部剛開始出現滲漏，后逐漸增加出水點，面積也逐漸擴大直至穩定。經測共有集中出水點4個，面積約 69m² ，滲漏量2.2L/s。滲漏監測點如圖2所示。

初期經對水庫滲漏處進行補強灌漿后，初期滲漏量由灌前的 5L/s 減小至 3.8L/s 左右，減小 1.2L/s 左右。而當庫水位增加至 1686m 時，壩腳總滲漏量又增加至5.238L/s，滲水呈股狀流出。滲漏量為多年平均來水量的 10% ，滲漏量偏大。

3.2滲透原因分析

3.2.1水庫滲漏常見原因

滲漏的主要原因包括以下幾方面：一是壩體材料滲透性高。如果壩體填筑材料選擇不當，或者材料本身滲透性較高（如砂土、礫石等），均容易導致滲漏。二是壩基條件不良。壩基土層或巖層的滲透性較高，或者存在裂隙、斷層等，則會使得水體容易通過壩基滲漏。三是施工質量問題。施工過程中如果填筑不密實、接縫處理不當，或混凝土澆筑質量差，都會導致滲漏。四是壩體材料老化和損壞。壩體材料老化，及地震、沉降等外力作用，均會造成壩體出現裂縫，從而導致滲漏。五是水位變化。水庫水位的急劇變化可能會引發滲流路徑的改變，增加滲漏風險。六是排水系統不完善。如果壩體的排水系統設計不合理或者維護不當，無法有效排出滲流水，也會導致滲漏問題。

3.2.2現場滲漏勘察狀況

基于該水壩的復雜地質條件以及前期勘察資料分析，認為引起水庫滲透的原因主要是壩基條件不良。滲漏類型主要包括常規滲漏型和侵蝕基準面滲漏型，其中常規型位于水壩旁岸邊的洼地處和河谷谷肩，侵蝕基準面型位于靠近河谷區域的基準面以及水壩旁山區邊緣處。組成壩基的土壤成分為含碎石的黏土，其滲透性較高，容易引發管涌等現象。水庫管涌示意如圖3所示。

4防滲措施及效果

4.1常見防滲方案

針對水壩滲漏問題，常采取以下防滲措施：一是使用低滲透性的材料填筑壩體，如黏土、壤土等，并確保材料的壓實度達到設計要求，以減少滲漏。二是在壩基施工前，進行詳細的地質勘察，采用帷幕灌漿、混凝土防滲墻、振沖法等地基處理方法，封閉裂隙和斷層，降低壩基的滲透性。三是嚴格控制施工質量，確保填筑材料的均勻性和密實度，并加強接縫和混凝土澆筑的處理，避免施工缺陷導致的滲漏。四是定期對壩體進行檢查和監測，及時發現和修復裂縫和損壞部位，防止滲漏問題進一步惡化。五是設置有效的排水系統，包括排水溝、排水孔等，確保滲流水能夠及時排出，減少滲漏壓力。六是在壩體上游面鋪設防滲面板，如混凝土面板、土工膜等，形成不透水層，阻止水體滲入壩體。七是合理調度水庫水位，避免水位急劇變化，減少對壩體的滲流壓力。八是對于已經出現滲漏問題的水壩采取加固措施，如增加防滲層、灌漿加固等，修復滲漏部位。

4.2現場防滲設計

上游水庫的流域相對較薄，結合密集的斷層發展，如果不進行防滲處理，裝滿水的水庫將經歷流域漏水。如果不采取防滲措施，上部水庫的總泄漏量可能超過25000m³/d ，約占總存儲容量的 1.8‰ ，遠超標準要求的0.5‰ 。

鑒于該項目為日調純抽水蓄能電站，且沒有水庫上游的自然徑流，需使用電站單元泵將水從下水庫抽至上水庫。為了最大限度地減少水損失并防止對地下發電廠的水文地質條件產生不利影響，對上部水庫盆地采用了全面的防滲方法。

4.3水庫周邊防滲

水庫周邊的總防滲面積跨度約為18萬 m² 。水庫周邊的防滲使用0.4m厚的鋼筋混凝土板。主項通過上游堆石區的連接板連接到水庫底部的防滲系統，而兩個輔助壩則通過鋼筋混凝土排水走廊連接到防滲系統。在周圍水庫道路下方的擋土堤斜坡上，防止滲漏，并按照1.0：1.4的開挖比例應用鋼筋混凝土板。在面板下方，使用無砂混凝土輔助排水，并在面板底部設置鋼筋混凝土排水廊道，以防止水庫底部滲漏。

4.4水庫底部防滲

修補漏洞方面，對于水庫盆地底部，采用厚度為1.5mm、不透水寬度為 8m. 、水力傳導率為 10^-12～10^-11cm/s 的HDPE土工膜。水庫底部的總防滲面積約為25萬 m² ，進水口和出水口防滲體的頂部高程為 240m ，南水庫底部高程為 248m 。

4.5 防滲效果

水庫修復前、后滲漏量對比折線如圖4所示。從圖4可以看出，對水庫周邊滲漏進行修復后，滲流量曲線呈現出明顯的變化趨勢。初期顯著下降，隨后緩慢上升，最終趨于穩定，保持在約0.2L/s。這一現象表明，所采用的工程技術措施在初期有效降低了水庫的滲漏率。后續滲流量的回升可能與水庫的地質特點及施工材料的滲透性相關。

此外，使用土工膜技術構建的水庫底部，其滲流量同樣下降后最終穩定在約0.6L/s。這一結果表明，土工膜在防滲方面也具有一定效果，但其滲漏率仍顯得較高。

5結論

本文以某水庫項目的滲漏現象為研究背景，采用的不同防滲技術措施，并通過監測得出防滲施工后的滲漏量。得到以下結論：

該地區的土壤成分為含碎石的黏土的地質特點，是造成水庫滲漏的主要原因。水庫岸邊采用鋼筋混凝土板修復后，滲漏量由 5.1L/s 下降至 0.2L/s 左右。水庫底部采用土工膜技術修復后，滲漏量由2.2L/s下降至0.6L/s 左右。防滲效果表明，滲漏量可能與水壓力和材料的滲透力有關。采用混凝土和土工膜技術可以對水庫滲漏進行修補。

土工膜防滲結構層由 8.5kg 壓力保護預制塊、 500g/m² 的長絲土工布、1.5mm厚的HDPE土工膜、 1300g/m² 的三維復合排水網、10cm厚的砂墊層、 40cm 厚的礫石墊層以及1.3m厚的過渡層組成。土工膜采用雙規格焊縫連接，并在每個接頭位置增設直徑為 25cm 的圓形補丁，以增強其穩固性。

參考文獻

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