某水電站壩下游河道滲漏問題地質(zhì)分析

彭 仕 良，　王 雪 梅

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都　610072)

某水電站壩下游河道滲漏問題地質(zhì)分析

彭 仕 良，王 雪 梅

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：某水電站在距壩下游坡腳約200 m的河道中出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。通過對壩下游觀測孔水位數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析以及庫水、溝水、滲漏水的水質(zhì)分析，結(jié)合壩基覆蓋層結(jié)構(gòu)特征，初步判定了下游涌水的主要來源及滲漏途徑。

關(guān)鍵詞：滲漏；觀測孔水位；滲漏途徑地質(zhì)分析

1概述

該水電站位于某干流上，工程任務(wù)主要為發(fā)電。水庫正常蓄水位高程為1 378 m，裝機容量920 MW。大壩為粘土心墻堆石壩 、最 大 壩 高79.5 m，首臺機組已于2011年10月投產(chǎn)發(fā)電。2013年3月底，運行人員現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)右岸河道岸邊滲水，其位置位于壩軸線下游448 m(對應(yīng)壩樁號0+236)，距大壩坡腳約200 m。滲水初期流量約為5 L/s，至2013年4月15日流量增至約200 L/s，且有較多的灰黑色細顆粒涌出。在對涌水出口實施壓重、反濾、設(shè)置排水管等排堵結(jié)合的處理措施后，流量為188～212 L/ s，滲水為清水，管涌得到初步抑制。但查明滲漏途徑則是進行堵漏的關(guān)鍵問題之一。

2壩址區(qū)基本地質(zhì)條件

壩址區(qū)出露基巖為前震旦系康定雜巖，主要為閃長巖、花崗巖。巖體裂隙較發(fā)育，岸坡強風(fēng)化水平深度為6.5～22 m，弱風(fēng)化上段水平深度一般為60～70 m，弱風(fēng)化下段水平深度一般大于100 m，巖體強卸荷水平深度為15～20 m、弱卸荷水平深度為50～70 m。

圖1　壩軸線地層結(jié)構(gòu)示意圖

壩址區(qū)河床覆蓋層深厚，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜(圖1)。河床覆蓋層一般厚度為120～130 m，自下而上(由老至新，圖1)分述如下：第①層：漂(塊)卵(碎)礫石層(fglQ3)。分布于壩址區(qū)河床底部，厚25.52～75.31 m，頂板埋深52.12～81.8 m。鉆孔標(biāo)準(zhǔn)注水試驗滲透系數(shù)多介于2×10-2～8.96×10-4cm/s之間，具強～中等透水性。室內(nèi)擾動樣試驗滲透系數(shù)k為1.29×10-2cm/s，臨界坡降ik為0.15，破壞坡降if為0.57，破壞類型為管涌破壞。

第②-1亞層：漂(塊)卵(碎)礫石層(prgl+alQ3)。主要分布于壩軸線靠右岸底部，局部夾砂層透鏡體，厚19.75～29.95 m，頂板埋深29.7～65.15 m。該層力學(xué)性能較好，局部具架空現(xiàn)象，屬強～中等透水。

②-2亞層：碎(卵)礫石土層(prgl+alQ3)。該層分布于河床中部及右岸，厚度8.2 ～79.45 m，頂板埋深1.85～68.2 m(河床埋深較大、右岸埋深相對較淺)。鉆孔標(biāo)準(zhǔn)注水試驗得到的滲透系數(shù)多介于2.86×10-2～4.67×10-4cm/s之間；現(xiàn)場滲透試驗得到的滲透系數(shù)k=6.35×10-4cm/s，臨 界 坡 降ik=1.06，破 壞 坡 降if=

5.64，屬流土破壞；室內(nèi)擾動樣試驗得到的滲透系數(shù)k為1.49×10-1～8.17×10-6cm/s，臨界坡降ik為0.19～1.78，破壞坡降if為0.38～3.73，破壞類型為管涌～流土破壞。該層結(jié)構(gòu)緊密，力學(xué)性能較高，具中等透水性。

②-3亞層：粉細砂及粉土層(prgl+alQ3)。該層主要分布于壩軸線上游。

③-1亞層：含漂(塊)卵(碎)礫石土層(al+plQ4)。該層分布于河床中上部及右岸臺地上部，厚度5～39.36 m，頂板埋深0～25.5 m。試坑簡易注水、鉆孔抽水及標(biāo)準(zhǔn)注水試驗得到的滲透系數(shù)介于9.07×10-2～1.72×10-4cm/s之間；現(xiàn)場滲透變形試驗得到的滲透系數(shù)k=5.5×10-2cm/s，臨界坡降ik=0.55，破壞坡降if=2.23，屬管涌破壞；室內(nèi)滲透變形試驗得到的滲透系數(shù)k一般為3.31×10-1～6.92×10-5cm/s，臨界坡降ik為0.11～0.87，破壞坡降if為0.25～2.58，破壞類型為管涌～流土破壞。該層粗顆?；拘纬晒羌?，力學(xué)性能較好，具中等～強透水性。

③-2亞層：礫石砂(土)層(alQ4)。該層以砂為主，在右岸臺地壩軸線上下游局部分布，壩基開挖時已經(jīng)大部分清除。

第④層：漂卵礫石層(alQ4)。該層在河床表部及河漫灘均有分布，厚1.5～25.5 m。鉆孔抽水試驗得到的滲透系數(shù)介于4.9×10-1～5.34×10-2cm/s之間；現(xiàn)場滲透變形試驗得到的滲透系數(shù)k=2.91×10-1cm/s，臨界坡降ik=0.23，破壞坡降if=0.91，屬管涌破壞；室內(nèi)擾動滲透變形試驗得到的滲透系數(shù)k為1.65×10-1～2.21×10-1cm/s，臨界坡降ik為0.14～0.15，破壞坡降if為0.28～0.32，破壞類型為管涌，屬強透水性。

3滲漏途徑地質(zhì)分析

3.1滲漏水源分析

壩下游滲漏水可能的來源有三種：庫水通過壩基、繞壩滲漏及兩岸山體地下水和渾水溝溝水滲入。

3.1.1滲漏水質(zhì)分析

從庫水、量水堰以及涌水點、渾水溝的水質(zhì)分析成果對比(表1)中可以看出，量水堰和涌水點水樣的pH值、Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、Na++K+等離子含量、總礦化度及水質(zhì)類型與庫水基本相同，而與渾水溝的水質(zhì)相差較大，水質(zhì)分析成果表明滲漏水主要來源于庫水。

3.1.2觀測孔水位與庫水位關(guān)系分析

表1　庫水、量水堰流水、涌水及渾水溝水質(zhì)分析對比表

為查明涌水點附近地層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件，在壩下游及右岸岸邊涌水部位附近補充鉆孔并進行水位監(jiān)測。各觀測孔基本情況見表2。

LJZK01、LJZK02、LJZK03、LJZK06、LJZK08及LJZK09觀測孔在鉆進過程中的地下水情況為：在涌水點附近區(qū)域中上部(未揭穿 ②-2層前)地下水為潛水，孔內(nèi)地下水位基本與河水位相當(dāng)，孔口無地下水涌出；當(dāng)孔深70 m左右揭穿②-2層后，地下水涌出鉆孔口，顯示①層地下水為承壓水，其承壓水位在高程1 335～1 345 m(庫水位高程1 375 m左右)，只有觀測孔LJZK05在相對較淺的孔深28.5 m時出現(xiàn)承壓水。

上述資料顯示，在涌水點附近～下游壩坡腳原河床部位及附近地層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要分三層結(jié)構(gòu)，即：上部的強透水層④層、中部的中等透水層③-1層和②-2層以及下部的強透水層①層；

表2　壩下游觀測孔基本情況統(tǒng)計表

圖2　3#觀測孔水位過程線示意圖

圖3　4#觀測孔水位過程線示意圖

位于壩下游右岸的LJZK04及LJZK07觀測孔在鉆進過程中無地下水涌出孔口現(xiàn)象，地下水為潛水，水位在高程1 320 m左右，受庫水位升降影響其水位波動較小(圖3)，與庫水位變化相關(guān)性相對較弱。

3.1.3渾水溝流量分析

在壩下游、滲水點上游右岸有一支溝——渾水溝，該溝流量較小。2013年5月1日測得渾水溝流量約為2.4 L/s，溝水在排水涵道進口前約20 m全部滲入地下。

盡管渾水溝水在改道排水涵道進口前全部滲入地下，但其流量小，相對于涌水點滲漏流量(約200 L/s)和量水堰(約400 L/s)流量所占比例很小，因此可以確定，滲漏水主要來源于庫水滲漏。

綜合以上分析得知，滲(涌)水與庫水相關(guān)性好，且滲漏來源中的兩岸地下水及渾水溝水滲入量占總滲漏量的比例小，可以確定滲漏水的主要來源為庫水滲漏。

3.2滲漏途徑分析

庫水向壩下游滲漏的可能途徑為右岸繞壩滲漏、左岸繞壩滲漏、沿河床覆蓋層及其下部基巖滲漏。

從觀測孔LJZK01、 LJZK02、LJZK03、LJZK05 、LJZK06、LJZK08及LJZK09等孔承壓水位可知①層下部形成較大范圍水位偏高的承壓水區(qū)域。

LJZK4及LJZK7觀測孔位于近壩下游右岸，兩孔的深度較大，已經(jīng)揭穿②-2層，其水位在高程1 320 m左右，低于涌水點附近的LJZK3和LJZK9觀測孔水位。 水位監(jiān)測資料表明：LJZK4、LJZK7觀測孔水位與庫水位相關(guān)性相對較弱，隨庫水位變幅波動較小，右岸繞滲不明顯。

LJZK2、LJZK3、LJZK6和LJZK9觀測孔水位在高程1 345～1 348 m，為壩下游監(jiān)測孔水位最高部分，基本沿涌水點成一高承壓水位帶且水位變幅與庫水位顯著相關(guān)，表明對應(yīng)大壩防滲體系部位存在通過①層連通涌水點的滲漏途徑的可能性較大。

圖4　8#觀測孔水位過程線示意圖

左側(cè)的LJZK1和LJZK8觀測孔在②-2層及以上地層鉆進中孔內(nèi)水位與河水位基本一致，揭穿②-2層后出現(xiàn)承壓水，承壓水位在高程1 332～1 335 m左右，較高水位帶低10 m左右，與庫水位相關(guān)性較為顯著(圖4)，表明壩下游①層存在較高的承壓水頭，存在沿①層滲漏的可能性。 大壩下游圍堰防滲墻底高程為1 273 m，已經(jīng)進入②-2層中。大壩擋水后下游圍堰防滲墻僅上部局部拆除，據(jù)監(jiān)測資料，位于壩基防滲墻下游側(cè)淺部滲壓計的各測點水位：高程1 313.28～1 317.09 m范圍，地下水類型為潛水；而LJZK01、 LJZK02、LJZK03、LJZK05、LJZK06 、LJZK08及 LJZK09觀測孔的水位大致為高程1 335～1 345 m，為①層承壓水，其水位高程及地下水埋藏類型與壩軸線～下圍堰的淺部地下水明顯不同。據(jù)此，分析壩下游河岸涌水主要來源于壩軸線下較深的部位。

壩軸線的地層結(jié)構(gòu)(圖1)為：覆蓋層下部第①層為強透水，中部的②-2層及③-1層為中等透水，上部第④層為強透水；①層附近基巖為強～中等透水、向右(或左、向下)的基巖透水性為弱透水。壩軸線下游的地層結(jié)構(gòu)與壩軸線相似。由于下游圍堰軸線以下的觀測孔反映出的較高承壓水多分布在較深部位的①層中，而該層的透水性強、埋深較大，其上部的②-2層透水性相對較弱。觀測孔LJZK02 、LJZK03 、LJZK06及LJZK09一線承壓水位最高，涌水點也分布在此線附近，按最短滲流路徑推測，滲漏途徑位于以上觀測孔和涌水點對應(yīng)的壩樁號(0+236)附近壩基較深部位。

4結(jié)語

壩軸線及壩下游地層結(jié)構(gòu)：①層為強透水，中部的②-2層及③-1層為中等透水，上部第④層為強透水；壩軸線下游①層中普遍存在較高水位的承壓水。鑒于下游觀測孔LJZK02 、LJZK03 、

LJZK06及LJZK09的水位與庫水位相關(guān)性較強，因此可以確定：壩下游涌(滲)水主要來源于庫水，壩樁號(0+236)附近壩基較深部位為主要滲漏通道之一。

參考文獻：

[1]彭土標(biāo)，袁建新，王惠明.水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

彭仕良(1965-)，男，四川眉山人，高級工程師，學(xué)士，從事水電工程地質(zhì)勘察技術(shù)工作；

王雪梅(1964-)，女，重慶江津人，工程師，從事水電工程地質(zhì)勘察技術(shù)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-03-08

文章編號:1001-2184(2015)04-0089-04

文獻標(biāo)識碼:B

中圖分類號:F642;TV7;TV221;F641

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