某水電站上游圍堰漏水原因分析

馬行東,彭仕雄,肖 強(qiáng),單 志

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

某電站上游圍堰堰頂高程為1 250.0m，頂寬10.0m，長271.7m，最大底寬247.8m，最大堰高55.0m，采用復(fù)合土工膜斜墻與塑性混凝土防滲墻防滲。迎水面坡度為1∶2.25，背水面布置有8m寬下基坑道路，坡度不陡于1∶1.80。堰體采用350g/0.8mm HDPE/350g的復(fù)合土工膜斜墻防滲，最大防滲高度36.0m，表面噴15cm厚混凝土保護(hù)。堰基采用塑性混凝土防滲墻防滲，堰肩采用墻下帷幕灌漿(預(yù)埋灌漿管)和岸坡帷幕灌漿(并利用灌漿平洞)防滲。防滲墻施工平臺(tái)高程為1 214.0m，混凝土防滲墻厚度0.8m，最大深度45.26m，成墻面積5 010m2。右岸利用過壩交通洞作為灌漿平洞，長度為26.00m，帷幕灌漿最大造孔深度33.1m。左岸灌漿平洞長度為48m，帷幕灌漿最大造孔深度30.61m。墻下帷幕最大造孔深度21.2m。堰體堆筑總量為100.3萬m3。

2 圍堰工程地質(zhì)條件

2.1 圍堰地基

根據(jù)實(shí)際沖擊進(jìn)尺情況以及兩岸靠近河床的明挖揭露情況表明，實(shí)際圍堰覆蓋層地質(zhì)情況與前期地質(zhì)情況基本一致。第Ⅰ層厚度小，局部分布；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層厚度相對較大，分布連續(xù)，總體以大粒徑組成格架，結(jié)構(gòu)較松散，局部架空。上游圍堰防滲墻軸線剖面見圖1。

Ⅳ層(分布于河床最上部)：人工棄渣，孤塊石，直徑較大，結(jié)構(gòu)松散。

Ⅲ層(分布于河床上部)：含漂卵礫石層，漂塊石較多，結(jié)構(gòu)松散，漂石成分為玄武巖，卵礫石主要為玄武巖等。

Ⅱ?qū)?分布于河床中部)：孤塊碎石夾砂礫石層(局部為含泥塊碎石)，結(jié)構(gòu)較松散，局部架空。孤塊石較多，孤塊石及碎石成分主要為斑狀玄武巖，新鮮堅(jiān)硬。

Ⅰ層(分布于河床底部)：卵礫石夾砂層，含漂卵石，局部為粉細(xì)砂層。

2.2 堰肩接頭

2.2.1 左堰肩

開挖后揭露的地質(zhì)情況與前期的基本一致，邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，上部為薄層覆蓋層及少許開挖棄渣，巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類及全風(fēng)化，強(qiáng)～弱上風(fēng)化，強(qiáng)卸荷，巖體破碎，結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理發(fā)育，銹染嚴(yán)重。

2.2.2 右堰肩

開挖揭露后的地質(zhì)情況與前期的基本一致，開挖揭露邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，上部為薄層覆蓋層及少許開挖棄渣，巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類，強(qiáng)～弱上風(fēng)化，強(qiáng)卸荷，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，銹染嚴(yán)重。

3 圍堰施工期工程檢測成果分析

3.1 物探檢測分析

對上游圍堰防滲墻QX-W-J-5鉆孔進(jìn)行聲

圖1 上游圍堰防滲墻軸線剖面

波測試和全景圖像檢測，成果分析如下：(1)聲波測試成果分析：QX-W-J-5孔測試段為0.60～18.4m，該孔波速穩(wěn)定，聲波測試曲線起伏變化不大。相對而言，孔底18.4～15.0m段波速稍高，平均為2 813m/s左右；16m以上局部見2 500m/s的低波速異常，累計(jì)約12m，占全孔的70%左右。全孔平均波速2 323m/s，混凝土波速總體較低。(2)全景圖像檢測成果分析：從QX-W-J-5孔鉆孔電視可以看出，混凝土防滲墻存在密實(shí)度差、夾泥等不良現(xiàn)象，鑒于檢測點(diǎn)數(shù)的不足，尚不能根據(jù)個(gè)別情況完全反映防滲墻的整體情況，需今后根據(jù)大壩開挖出現(xiàn)的實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步的佐證。

3.2 防滲墻注水試驗(yàn)成果分析

上游圍堰進(jìn)行了一個(gè)鉆孔注水試驗(yàn)。根據(jù)對施工單位提供防滲墻的注水試驗(yàn)成果分析，最大滲透系數(shù)為5.78×10-8m/s，最小透水率為3.89×10-8m/s，平均透水率為4.6×10-8m/s。檢查孔透水性滿足設(shè)計(jì)要求小于10-7的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 固結(jié)灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)

根據(jù)對施工單位提供固結(jié)灌漿后的壓水試驗(yàn)成果分析，上游圍堰固結(jié)灌漿共布置11個(gè)檢查孔，壓水19段，最大透水率為8.37Lu,最小透水率為1.99Lu,平均透水率為4.95Lu。11個(gè)檢查孔各孔段壓水透水率均小于10Lu的設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，檢查孔透水性達(dá)到或接近相對弱透水狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)要求小于10Lu的標(biāo)準(zhǔn)。圍堰巖體基本處于弱透水狀態(tài)。

4 上游圍堰漏水情況及出水點(diǎn)地質(zhì)情況

從大壩基坑開始開挖以來，上游圍堰下游坡滲水點(diǎn)少，滲流量基本恒定，且為清水。2009年7月1日14時(shí)出現(xiàn)滲漏水量突然增大的現(xiàn)象，其中點(diǎn)6漏水量最大，點(diǎn)7漏水點(diǎn)高程最高，其它各點(diǎn)(點(diǎn)1～點(diǎn)5，點(diǎn)8～點(diǎn)10)均有明顯漏水。開始水較渾濁，很快水變清，目前一直都是清水。根據(jù)現(xiàn)場滲水出水部位情況以及剖面分布來看，出水點(diǎn)大多位于河床沖積層Ⅲ層頂部(見圖2)。

5 漏水檢測成果分析

為了查明圍堰漏水情況，開展了出水點(diǎn)流量觀測、水質(zhì)簡易分析、滲壓測量等工作。

5.1 水質(zhì)簡易分析

對上游圍堰滲水點(diǎn)、上游圍堰迎水面的江水、黑水溝泄水槽、竹子壩分別進(jìn)行了水質(zhì)取樣。根據(jù)水質(zhì)分析資料可以看出：竹子壩不溶物最大，原因受施工及砂石系統(tǒng)影響，溝水處理后流向圍堰上游；各取樣部位的pH值除竹子壩拌和樓較大外，其余基本一致，范圍在7.7～8.2之間；氯化物含量在上游圍堰背水面右岸側(cè)滲水點(diǎn)最大，上游圍堰背水面中部滲水點(diǎn)、上游圍堰背水面左岸側(cè)滲水點(diǎn)略低于上游圍堰迎水面左岸側(cè)；可溶物各漏水點(diǎn)都是基本一致的；硫酸鹽含量各出水點(diǎn)都偏高，其中上游圍堰背水面右岸側(cè)滲水點(diǎn)、上游圍堰背水面左岸側(cè)滲水點(diǎn)基本一致，上游圍堰背水面中部滲水點(diǎn)略高；硫化物含量上游圍堰背水面中部滲水點(diǎn)、上游圍堰背水面右岸側(cè)滲水點(diǎn)、上游圍堰迎水面左岸側(cè)一致，而竹子壩拌和樓與上游圍堰背水面左岸側(cè)滲水點(diǎn)一致。從3處出水點(diǎn)的水質(zhì)分析與另外3處可能的水源來看：(1)出水點(diǎn)各檢測成果與黑水溝泄水槽出入太大，排除滲水點(diǎn)的來源為黑水溝泄水槽；(2)出水點(diǎn)檢測成果表明，出水點(diǎn)的pH值、硫化物與江水基本一致，滲水點(diǎn)的來源最大可能是上游庫水。

圖2 上游圍堰出水點(diǎn)實(shí)測圖

圖3 上游圍堰水位與點(diǎn)6滲水量對照圖

5.2 出水點(diǎn)流量觀測

承包商從7月5日起已開始對點(diǎn)6的滲漏量進(jìn)行了系統(tǒng)觀測，其中7月5日18時(shí)所測的最大滲漏量為2 317m3/h，對應(yīng)圍堰堰前最高水位1 223.9m。上游圍堰水位與圍堰堰后點(diǎn)的滲水量關(guān)系見圖3。

根據(jù)對所提供的上游圍堰不同時(shí)間段測量的上游水位、堰后滲水量資料分析(圖3)可以看出：(1)上游圍堰滲水點(diǎn)及測試點(diǎn)的滲流量總體隨著上游庫水位的變化而變化，隨水位升高流量變大，隨水位降低流量減少。但7月12日之前滲流量的變化較庫水位變化有滯后現(xiàn)象，經(jīng)分析可能受滲流孔隙通道及流過通道時(shí)間等影響；7月12日以后出水點(diǎn)的峰值與庫水位峰值基本對應(yīng)。(2)庫水位低于1 214m高程時(shí)，上游圍堰也有漏水，但滲水量?。簧嫌螏焖怀^1 220m高程后，滲水量明顯增加；當(dāng)庫水位低于1 220m和1 218m時(shí)滲水量及滲壓計(jì)都明顯降低，說明在1 218～1 220m高程左右可能出現(xiàn)滲流通道。

5.3 滲壓計(jì)分析

P6測點(diǎn)高程1 198.5m，位于防滲墻部位；P5測點(diǎn)高程1 214.5m，位于防滲墻與土工膜接觸部位；P5、P6測點(diǎn)基本位于圍堰中間部位；P2測點(diǎn)位于左堰肩部位，P8測點(diǎn)位于右堰肩部位，高程均為1 214m。上游圍堰滲壓計(jì)觀測成果見圖4。

圖4 上游圍堰滲壓計(jì)觀測成果

根據(jù)上游圍堰滲壓計(jì)與水位高程數(shù)據(jù)及圖4可以看出：

(1)測點(diǎn)P6監(jiān)測成果與堰前水位變化的關(guān)系：從6月19日后，P6測點(diǎn)與堰前水位的變化有較好對應(yīng)關(guān)系，變化趨勢一致，在時(shí)間上P6測點(diǎn)要滯后1～2天；枯水期時(shí)(2008年11月～2009年3月)，P6測點(diǎn)位置水頭高程在1 200m左右，2009年首次洪峰時(shí)的高程為1 205.58m(7月12日),從枯水期到首次洪峰，圍堰后水位升幅約5.6m。堰前水位從枯水期到首次洪峰水位升幅約13.6m。從P6測點(diǎn)監(jiān)測成果和堰前水位的變化關(guān)系上可以看出，防滲墻工程存在一定的滲流現(xiàn)象。P6測點(diǎn)最高水位為1 205.58m，距1 214.5m高程的滲壓計(jì)(P5、P2、P8)仍差近9m，所以P5、P2、P8三個(gè)測點(diǎn)出現(xiàn)的滲壓水頭與防滲墻繞滲沒有關(guān)系。

(2)P2測點(diǎn)監(jiān)測成果分析：堰前水位在1 220m以上時(shí)，P2測點(diǎn)立即出現(xiàn)水頭壓力；當(dāng)堰前水位在1 220m以下時(shí)，P2測點(diǎn)位置顯示無水，即7月4日出現(xiàn)水頭壓力，7月18日消失。堰前水位在1 200m以上時(shí)，滲壓計(jì)水頭變化與堰前水位變化在時(shí)間上高度相關(guān)。2009年首次洪峰時(shí)P2測點(diǎn)最大水頭壓力約1.72m，測點(diǎn)位置水位高程1 216.22m，對應(yīng)當(dāng)天堰前水位1 224.85m。

(3)P5測點(diǎn)監(jiān)測成果分析：堰體內(nèi)水頭壓力變化與堰前水位有良好的對應(yīng)關(guān)系。P5測點(diǎn)位置在2009年首次洪峰時(shí)水位高程1218.47m時(shí)，最大水頭壓力約4m。2009年第一次洪峰結(jié)束后，當(dāng)堰前水位降至1 217.62m以下，P5測點(diǎn)水頭壓力消失。

(4)P2、P5、P8測點(diǎn)均在防滲墻附近，且滲壓計(jì)水位較高，從一定程度上說明上游圍堰復(fù)合土工膜滲漏的可能性較大。中部以右堰體擋水面上可能存在多處滲漏點(diǎn)，主要滲漏位置更靠近P5，P5滲漏點(diǎn)高程在1 217m左右；右岸(P8)滲漏點(diǎn)高程低于1 217m，2008年監(jiān)測成果反映滲漏點(diǎn)高程在1 215m左右；從P2測點(diǎn)水頭壓力變化與堰前水位變化的敏感度上看，此處滲漏點(diǎn)離P2測點(diǎn)不遠(yuǎn)。

6 圍堰漏水原因分析

由于最大出水點(diǎn)靠右側(cè)，因此初步判定漏水的來源可能有上游河水、鄰近出水點(diǎn)上游側(cè)的竹子壩溝的地表水或承壓水?，F(xiàn)分析如下：

6.1 竹子壩溝水處理水或承壓水漏水的可能性

根據(jù)上游圍堰出水點(diǎn)部位及竹子壩溝水示意圖可以看出，出水比較集中的部位大多位于竹子壩溝口的下游側(cè)。對竹子壩溝地表水和施工用水情況的調(diào)查表明，地表水和施工用水總體較少，與主要出水點(diǎn)流量相差較多，且大部分已隨埋設(shè)的涵管流入了庫內(nèi)，因此可以排除地表水和施工用水流入的可能性。另外，竹子壩溝內(nèi)的鉆孔提示存在覆蓋層承壓水。若出水點(diǎn)為承壓水把土體擊穿而形成股狀流水的話，考慮到竹子壩溝規(guī)模較小，地表水入滲少，且因土體的過濾阻擋作用，出水點(diǎn)的水量應(yīng)該逐漸減少，而實(shí)際是出水點(diǎn)水量沒有逐漸減少，出水點(diǎn)不具上升泉的特性，而是隨著上游庫水位的變化而變化，因此承壓水的可能性基本排除。水質(zhì)分析也基本排除了竹子壩溝水處理水或承壓水漏水的可能性。

6.2 上游河水漏水的可能性分析

6.2.1 巖體滲漏的可能性

6.2.2 堰體與堰肩連接部位

若是堰體與堰肩連接部位發(fā)生滲漏，由于防滲墻與左、右堰肩部位是采取的明挖方式，可以比較容易判定，因此應(yīng)排除。

6.2.3 上游圍堰防滲墻右側(cè)底部突變部位

在上游防滲墻施工過程中，未鉆前期先導(dǎo)孔，對于出現(xiàn)在右側(cè)16～20號槽段的平臺(tái)由于與前期推測出入較大，因此在該部位布置了相應(yīng)的鉆孔進(jìn)行鑒定及驗(yàn)證。但受各種原因的影響，鉆孔取芯率很低，巖芯破碎～較破碎，根據(jù)沖擊巖芯及鉆孔取芯可以判定該部位為陡崖、倒傾鷹嘴或者為大孤石。由于出入大，上游圍堰水頭壓力高，巖芯差等不確定因素，因此對上游整體考慮了灌漿處理，灌漿處理的深度滿足設(shè)計(jì)要求小于10Lu的深度。施工期檢測結(jié)果表明：物探檢測、注水試驗(yàn)、固結(jié)灌漿試驗(yàn)均滿足設(shè)計(jì)要求，圍堰巖體基本處于弱透水狀態(tài)。因此該部位存在滲漏的可能性不大。

6.3 上游圍堰防滲墻頂面以上復(fù)合土工膜滲漏的可能性

上游圍堰6月25日～7月20日時(shí)間段的水情與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系以及與出水時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系見圖5。

圖5 上游圍堰水情與時(shí)間對應(yīng)以及與出水時(shí)間對應(yīng)關(guān)系

從圖5可以看出，6月30日后受降雨影響，上游圍堰水位突升至1 220m高程左右，超過1 214m高程；而6月30日前上游圍堰水位基本低于1 215m高程，上游圍堰防滲墻的頂部高程為1 214m。另外，從出水時(shí)間對應(yīng)關(guān)系來看，2009年7月1日14時(shí)出現(xiàn)滲漏水量突然增大的現(xiàn)象，出水時(shí)間點(diǎn)僅晚于水位變化1天。對應(yīng)于出水點(diǎn)6高程1 193m算出的水頭損失，5月29日前為21 m左右，6月30日～7月3日水頭損失為27m左右，7月5日～7月13日水頭損失為29～33m。5月29日前與后的水頭損失高程差不是很大，水頭壓力約3m。上游圍堰滲水點(diǎn)及測試點(diǎn)的滲流量總體隨著上游水位的變化而變化，隨水位升高流量變大，隨水位降低流量減少；但滲流量的變化較水位變化較慢，有明顯的時(shí)間差。從16～20日上游水位與滲流量隨時(shí)間變化曲線可以看出，隨上游水位的回落，滲水量降低。

根據(jù)對出水點(diǎn)的觀測，上游圍堰滲水點(diǎn)及測試點(diǎn)的滲流量總體隨著上游水位的變化而變化，水位超過1 220m后，滲水量明顯增加，在堰后出水點(diǎn)流量與庫水位關(guān)系曲線上可以看出，流量有2個(gè)明顯的突變點(diǎn)，一個(gè)是庫水位1 220m，另一個(gè)是1 218m，滲水量及滲壓計(jì)都明顯降低，因此可以判定1 218～1 220m高程附近是出現(xiàn)滲流的主要通道高程。據(jù)對滲壓計(jì)分析，P2、P5、P8測點(diǎn)均在防滲墻附近，且滲壓計(jì)水位較高，從一定程度上說明上游圍堰復(fù)合土工膜滲漏的可能性較大。中部以右堰體擋水面上可能存在多處滲漏點(diǎn)，主要滲漏位置更靠近P5，P5滲壓計(jì)水位高程在1 217m左右；右岸(P8)滲壓計(jì)水位高程低于1 217m，2008年監(jiān)測成果反映滲漏點(diǎn)高程在1 215m左右；從P2點(diǎn)水頭壓力變化與堰前水位變化的敏感度上看，此處滲漏點(diǎn)離P2點(diǎn)不遠(yuǎn)。

7 圍堰滲透穩(wěn)定性分析

出水點(diǎn)除突然涌水短時(shí)間為渾水外，其余時(shí)間均為清水。至目前為止(7月23號)上游河水非常渾濁，而出水點(diǎn)的水確異常清澈，說明涌水是通過一定的孔隙(過慮)滲流。從出水點(diǎn)觀測，滲透途徑主要是Ⅲ層中的卵礫層。從圖3可以看出，2009年7月11日16時(shí)和7月12日14時(shí)上游圍堰水位相對高位時(shí)，堰體滲水量未達(dá)到最大，略滯后2小時(shí)，7月13日以后堰前水位峰值與堰后滲水量峰值時(shí)間對應(yīng)很好，說明堰體已形成了很好的滲透通道，而Ⅲ層中的卵礫石具有很好骨架作用，滲透穩(wěn)定性較好，上游圍堰堰體滲透失穩(wěn)的可能性較小。上游水位超過1 224m，下游滲流量增大趨勢明顯，尤其是超過1 225m高程后，2號滲流量明顯增大，超過1 000m3/h。因此，對于常年洪水位1 228.92m以及20年一遇的設(shè)計(jì)洪水位1 247.93m，滲流量存在爆增的可能，應(yīng)加密觀測頻次，實(shí)時(shí)掌握圍堰的運(yùn)行狀態(tài)，并做好應(yīng)急預(yù)案及搶險(xiǎn)措施。

8 結(jié) 論

(1)水質(zhì)分析表明，滲水量來源于上游庫水，圍堰漏水部位主要集中在圍堰右側(cè)；

(2)滲流量隨上游水位的變化而變化；

(3)圍堰滲水的可能來源通道，初步判定為圍堰右側(cè)，上游圍堰防滲墻頂面以上復(fù)合土工膜滲漏，尤其是1 218～1 220m高程的復(fù)合土工膜發(fā)生破壞導(dǎo)致滲漏。

(4)在目前水位情況下，圍堰尚不致發(fā)生滲透失穩(wěn)的可能，但離20年一遇的設(shè)計(jì)洪水位1 247.93m差距很大，江水隨時(shí)有來大洪水的可能，初步估算出上游堰前20年一遇洪水的設(shè)計(jì)水位1 247.93m時(shí)堰體滲流量在2 600～5 100m3/h。因此圍堰在汛期仍面臨較大的風(fēng)險(xiǎn)，在整個(gè)施工期間需要采取應(yīng)急處理措施。