紅崖山水庫(kù)滲漏問(wèn)題分析研究

任倉(cāng)鈺

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

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紅崖山水庫(kù)滲漏問(wèn)題分析研究

任倉(cāng)鈺

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

紅崖山水庫(kù)從1960年1月開(kāi)始蓄水至今已經(jīng)55 a了，雖經(jīng)天然落淤、多次防滲處理，但目前水庫(kù)滲漏問(wèn)題依然存在，在一定程度上影響了水庫(kù)效益的正常發(fā)揮。根據(jù)勘察、物探測(cè)試、滲漏量觀測(cè)資料分析水庫(kù)產(chǎn)生滲漏的原因，壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件決定了滲漏不可避免，對(duì)滲漏量較大的重點(diǎn)壩段(東壩3+600～3+900)進(jìn)行垂直防滲處理，為加高擴(kuò)建工程滲控設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，也為今后同類(lèi)工程防滲漏處理積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

壩基；滲漏；滲漏量；滲漏密集點(diǎn)；垂直防滲

民勤紅崖山水庫(kù)為平原型、亞洲最大的沙漠水庫(kù)，庫(kù)區(qū)約25 km2，建筑物包括大壩、輸水洞、泄洪閘、溢洪道等。始建于1958年，1960年1月開(kāi)始蓄水，經(jīng)初建、續(xù)建、擴(kuò)建和除險(xiǎn)加固工程，東壩現(xiàn)狀壩長(zhǎng)6 600 m，西壩現(xiàn)狀壩長(zhǎng)為1 306 m，現(xiàn)狀庫(kù)容萬(wàn)0.993億 m3，計(jì)劃加高擴(kuò)建后庫(kù)容1.48億 m3，水位抬高1.23 m。

紅崖山水庫(kù)的庫(kù)盆為巨厚的第四系松散層。水庫(kù)西岸不存在永久滲漏問(wèn)題；黑山頭是連接紅崖山水庫(kù)東、西壩一基巖殘丘，相對(duì)高差60～70 m，為相對(duì)不透水的花崗巖，也不存在滲漏問(wèn)題；水庫(kù)南面是石羊河匯入口，地面高程大于正常蓄水位，不存在滲漏問(wèn)題；水庫(kù)東岸則為人工在巨厚的第四系地層上所圍填的人工庫(kù)岸(東壩)，存在壩基滲漏問(wèn)題；西壩位于黑山頭～紅崖山之間，為人工填筑壩體，存在壩基滲漏問(wèn)題。根據(jù)實(shí)測(cè)從1959年至2011年水庫(kù)淤積物厚度2.45～4.0 m，庫(kù)內(nèi)天然落淤形成的鋪蓋，對(duì)水庫(kù)的防滲堵漏發(fā)揮了極其重要的作用。

因此，紅崖山水庫(kù)的滲漏主要是東壩、西壩的壩基滲漏。

1 壩址區(qū)地質(zhì)條件

紅崖山水庫(kù)的大壩分西壩、東壩。

1.1 西壩壩基工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

西壩位于紅崖山與黑山頭之間，現(xiàn)狀壩長(zhǎng)1 306 m，最大壩高16.5 m，壩頂高程1 484.80 m，為粘土心墻加斜墻壩型。壩址區(qū)原河床覆蓋層厚度1～8 m，為第四系沖洪積的細(xì)砂、中砂和含礫砂組成，其下為新近系(N2)棕紅色砂巖、泥巖、加里東期粗?；◢弾r；左壩肩為第四系下更新統(tǒng)(Q1pl)洪積層，巖性為青灰色泥質(zhì)砂巖和泥鈣質(zhì)膠結(jié)的砂礫巖；右壩肩為黑山頭粗粒花崗巖。在西壩修筑過(guò)程中，對(duì)壩基進(jìn)行了開(kāi)挖清基，但清基不徹底，根據(jù)鉆孔揭示：壩體下部遺留有厚度0.43～2.9 m的(Q4alp)含礫砂層(見(jiàn)表1)。下伏新近系紅色砂巖、泥巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，其透水率1.51 Lu，為相對(duì)不透水壩基巖體。

表1 西壩壩基覆蓋層未清基遺留層厚度統(tǒng)計(jì)表

西壩壩體下部遺留的(Q4alp)沖洪積含礫砂層，成為西壩壩基產(chǎn)生滲漏的主要通道。

1.2 東壩壩基工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

東壩現(xiàn)狀壩長(zhǎng)6.6 km，壩頂高程1 485.10～1 484.50 m，最大壩高16.5 m，東壩主要布置于石羊河?xùn)|岸的荒漠、沙地上，壩基主要為第四系沖洪積細(xì)砂、中砂層，據(jù)東壩軸線南端鉆孔孔深50m未見(jiàn)基巖，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析第四系覆蓋層厚度在150～200 m。在壩基的表層普遍分布一層黑灰色淤泥質(zhì)細(xì)砂層，壩基細(xì)砂、中砂厚度較大，結(jié)構(gòu)松散～中密，透水性強(qiáng)，在填筑壩體時(shí)，對(duì)壩基未做防滲處理，壩基存在滲漏問(wèn)題。

2 水庫(kù)滲漏分析

紅崖山水庫(kù)滲漏問(wèn)題一直存在，雖經(jīng)天然落淤、多次防滲處理，但目前水庫(kù)滲漏依然嚴(yán)重，在一定程度上影響了水庫(kù)效益的正常發(fā)揮。

2.1 西壩滲漏量觀測(cè)

西壩壩體有防滲心墻加斜墻，壩基由于清基不徹底，遺留厚0.43～2.9 m第四系(Q4alp)沖洪積含礫砂層，該層位于不透水的新近系(N2)基巖面以上，厚度不均一，為強(qiáng)透水層，該層構(gòu)成西壩壩基主要滲漏通道。

西壩布置了1個(gè)量水堰(4號(hào)量水堰)，據(jù)4號(hào)量水堰2009～2014年觀測(cè)的滲漏量為61.87～114.45萬(wàn) m3/a，6 a平均滲漏量75.63萬(wàn) m3/a(見(jiàn)表2)，占年觀測(cè)滲漏總量的8.55%，均攤到1.306 km長(zhǎng)壩段上，單寬滲漏量579.1 m3/a·m。

分析4號(hào)量水堰(西壩)2009～2014年庫(kù)水位與月溢出滲漏量關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)后4年連續(xù)觀測(cè)資料規(guī)律性比較強(qiáng)，當(dāng)庫(kù)水位升降時(shí)，滲漏量較穩(wěn)定，有隨庫(kù)水位升降而增減的現(xiàn)象，但變化不大。說(shuō)明西壩滲漏量較穩(wěn)定，粘土心墻防滲體系的防滲效果較好。

2.2 東壩滲漏量觀測(cè)資料分析

紅崖山水庫(kù)東壩較長(zhǎng)，壩基為深厚覆蓋層(大于50.0 m)，壩基滲漏問(wèn)題突出。

東壩壩后目前設(shè)有1、2、3號(hào)量水堰，各量水堰的位置、測(cè)控的壩段見(jiàn)表2。根據(jù)3個(gè)量水堰2009～2014年的連續(xù)觀測(cè)資料，滲漏量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。東壩2009～2014年觀測(cè)滲漏量624.71～981.07萬(wàn) m3/a，平均滲漏量808.64萬(wàn) m3/a。

表2 東壩量水堰位置及各堰測(cè)控壩段的樁號(hào)

表3 紅崖山水庫(kù)壩后滲漏量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)表

1號(hào)量水堰測(cè)控東壩0+000～0+810段的壩后滲漏量。2009～2014年觀測(cè)的滲漏量為15.48～29.63萬(wàn) m3/a，平均23.78萬(wàn) m3/a，占東壩6年總平均滲漏量(808.64萬(wàn)m3/a)的2.94%，平均單寬滲漏量293.6 m3/a·m。該段為粘土斜墻壩型，滲漏量相對(duì)較小，分析其原因，一是該壩段為粘土斜墻壩型，壩體防滲效果好；二是該段壩前庫(kù)內(nèi)原始地形較低，落淤層厚度相對(duì)較厚，落淤鋪蓋層的防滲效果顯著；三是該壩段壩基地層中有厚度較大的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，起到隔水的作用，因此該段壩基的滲漏量小。

2號(hào)量水堰測(cè)控東壩0+081～2+920段的滲漏量，壩高由16.5 m逐漸降低到11.6 m。2009～2014年觀測(cè)的滲漏量為380.14～652.01萬(wàn) m3/a，平均滲漏量520.96萬(wàn) m3/a(見(jiàn)表3)，占東壩6年總平均滲漏量(808.64萬(wàn) m3/a)的64.42%，均攤到2.11 km長(zhǎng)壩段上，單寬滲漏量2 469.0 m3/a·m，是東壩平均單寬滲漏量(1 418.7 m3/a·m)的1.74倍，該段滲漏問(wèn)題突出。

分析該段滲漏量大的原因：一是因?yàn)?+081～2+920段，壩高相對(duì)較大(16.5～11.6 m)、庫(kù)水位與壩后第1條排水渠的水位差較大(6.31～9.37 m)；二是庫(kù)內(nèi)原始地形相對(duì)較高，落淤厚度相對(duì)較??；三是壩基以細(xì)砂、中砂為主，壩基未做防滲處理，因此東壩0+081～2+920段滲漏量大。

圖1 東壩2號(hào)量水堰2013年庫(kù)水位與滲漏量關(guān)系圖

3號(hào)量水堰測(cè)控東壩2+920～6+600段的滲漏量，壩高由11.6 m逐漸降低到4.0 m。實(shí)際排水渠控制及有滲流溢出的壩段在樁號(hào)2+920～5+700段，實(shí)際滲流溢出段長(zhǎng)2.78 km。2009～2014年觀測(cè)的滲漏量為214.94～300.03萬(wàn) m3/a，平均滲漏量266.70萬(wàn) m3/年，占東壩6年總平均滲漏量(808.64萬(wàn)m3/a)的32.98%，均攤到2.78 km長(zhǎng)壩段上，單寬滲漏量959.4 m3/a·m，占東壩平均單寬滲漏量(1 418.7 m3/a·m)的67.63%，東壩2+920～6+600段滲漏量較大。

東壩3號(hào)量水堰測(cè)控的3.68 km壩段，壩后滲漏出水不均勻，其中東壩3+600～3+900段滲漏量大，尤其在3+728.2～3+890.2段壩后第1條排水渠有10個(gè)滲漏點(diǎn)集中分布，占排查到的滲漏點(diǎn)總數(shù)的91%。經(jīng)過(guò)地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法等物探手段綜合探測(cè)，結(jié)合鉆孔勘探驗(yàn)證，在壩體與壩基接觸面有一層含礫砂厚度約0.7 m，壩基透水性相對(duì)較大。

分析該段滲漏量大的原因：一是庫(kù)內(nèi)原始地形高、落淤層厚度最薄處只有0.1 m，最厚處也只有0.6 m，尤其是靠近壩腳處厚度普遍都在0.2～0.3 m之間；二是壩基以細(xì)砂、中砂為主，局部見(jiàn)有含礫砂層集中滲漏帶。

2.3 東壩滲漏密集點(diǎn)分布及出水特征

2013年10月19日紅崖山水庫(kù)管理處在東壩壩后第1條排水渠共發(fā)現(xiàn)4處疑似泉眼冒水點(diǎn)，冒水點(diǎn)位于東壩樁號(hào)1+124附近以及3+717～3+867之間，排水渠距離大壩84～150 m。為了徹底查清滲漏點(diǎn)數(shù)量、分布位置、逸出特征、滲漏量大小等問(wèn)題，對(duì)東壩后2縱、21橫排水渠進(jìn)行了拉網(wǎng)式排查，其結(jié)果：滲漏點(diǎn)主要分布在東壩壩后第1條排水渠樁號(hào)3+728.17～3+890.17段，段長(zhǎng)162 m。共發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)、疑似滲漏點(diǎn)10個(gè)。

根據(jù)探坑揭露，東壩壩后巖土呈雙層結(jié)構(gòu)：上部1.2 m粉質(zhì)粘土，粘粒含量較高，透水性弱，構(gòu)成微承壓頂板蓋層，下部為繡黃色細(xì)砂層，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)。排水渠挖除了粉質(zhì)粘土蓋板，滲水從砂層逸出，大部分地段排水渠兩側(cè)砂層渠坡上形成面狀滲水，在局部形成集中出水點(diǎn)，共排查出集中滲水點(diǎn)10個(gè)。集中滲水點(diǎn)呈洞穴狀，洞口隨溢出水流有沙沸現(xiàn)象，洞口有少量積沙，水流清澈，也沒(méi)有細(xì)砂沿水流方向呈帶狀堆積的現(xiàn)象。分析認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因?yàn)閴魏笠莩錾仙嗡Ρ冉荡蟆⒍囱谐鏊c(diǎn)的孔口流速相對(duì)較大，帶動(dòng)了細(xì)砂顆粒翻滾所致。

由于東壩2+920～6+600段壩后2011年以來(lái)堆填了1～6 m不等的清淤料，壓覆了排水棱體及原壩后縱、橫排水渠，使壩后排水不暢，迫使?jié)B漏逸出點(diǎn)全部后移到第1條排水渠，使得第1條排水渠近年來(lái)出現(xiàn)了多處集中滲漏密集點(diǎn)。

2.4 物探測(cè)試成果分析

為了查明東壩3+617～3+967段相對(duì)集中滲漏段是否存在滲漏通道或集中滲漏帶，勘察中采用地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法兩種物探測(cè)試方法，在壩頂、壩后綠化帶、壩后公路邊進(jìn)行測(cè)試，物探測(cè)試結(jié)論如下：

布置于東壩軸線(樁號(hào)3+618.2～3+718.2段和樁號(hào)3+718.2～3+818.2段)的高密度電法測(cè)線顯示在樁號(hào)3+668.2附近及3+753.2附近壩基與壩體接觸面附近存在2處疑似滲漏異常。

布置于對(duì)應(yīng)東壩軸線樁號(hào)3+568.2～3+968.2段壩后民武公路邊地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法測(cè)線顯示有8處疑似滲漏異常點(diǎn)集中分布在樁號(hào)3+658.2～3+893.2段，與壩后排水渠底流土集中分布段(樁號(hào)3+728.2～3+890.2)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

物探解釋的壩體與壩基接觸面滲漏異常與鉆孔揭示的含礫砂層、粉質(zhì)粘土透鏡體相吻合。物探解譯的壩后公路邊8處疑似滲漏異常點(diǎn)與排水渠相對(duì)密集的滲漏點(diǎn)分布基本吻合。

3 紅崖山水庫(kù)滲漏問(wèn)題分析評(píng)價(jià)

通過(guò)前面的分析研究：紅崖山水庫(kù)西壩滲漏量小，且滲漏量較穩(wěn)定。這與西壩特有的工程地質(zhì)、水位地質(zhì)條件息息相關(guān)：壩基為新近系(N2)棕紅色砂巖、泥巖及加里東期粗?；◢弾r為相對(duì)不透水巖體；左壩肩為第四系下更新統(tǒng)(Q1pl)洪積層，青灰色泥質(zhì)砂巖和泥鈣質(zhì)膠結(jié)的砂礫巖為相對(duì)不滲透層；右壩肩黑山頭粗?；◢弾r也為相對(duì)不透水巖體。但壩基由于清基不徹底，遺留厚0.43～2.9 m第四系(Q4alp)沖洪積含礫砂層，厚度不均一，為強(qiáng)透水層，該層構(gòu)成西壩壩基主要滲漏通道。

紅崖山水庫(kù)東壩壩基覆蓋層深厚(大于50.0 m)，透水性強(qiáng)，在填筑壩體時(shí)，對(duì)壩基未做防滲處理，因此東壩壩基滲漏量較大。

其中：東壩0+000～0+810段滲漏量較??；東壩0+810～2+920段單寬滲漏量最大，主要原因是壩體高度大、水頭差大，但壩后滲漏點(diǎn)少；2+920～6+600段單寬滲漏量較大，且不均勻，在3+658.2～3+893.2段壩體與壩基接觸面存在滲漏帶，相應(yīng)在壩后第1條排水渠出現(xiàn)滲漏點(diǎn)密集分布，滲漏問(wèn)題的危害性相對(duì)突出。分析認(rèn)為3+600～3+900段是東壩滲漏相對(duì)嚴(yán)重的壩段。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)勘察、滲漏量觀測(cè)資料、物探測(cè)試成果綜合分析，紅崖山水庫(kù)滲漏主要是壩基的滲漏。

西壩滲漏量小，且滲漏量較穩(wěn)定。

但東壩壩線較長(zhǎng)，壩基為深厚覆蓋層(大于50.0 m)，透水性較強(qiáng)，滲漏量大，只有少量粘土斜墻壩型(樁號(hào)0+070～1+120)、其余均為分區(qū)混合壩型(樁號(hào)1+120～6+660)，對(duì)分區(qū)混合壩段進(jìn)行垂直防滲投資特大，也不能徹底封閉壩基、技術(shù)上有一定的難度，對(duì)重點(diǎn)滲漏量較大的壩段(東壩3+600～3+900)進(jìn)行垂直防滲處理，但懸掛式混凝土防滲墻的防滲效果有限，但至少可以延長(zhǎng)滲徑、減少滲漏量、對(duì)滲透穩(wěn)定是非常有利的。

分析紅崖山水庫(kù)滲漏特點(diǎn)，具有針對(duì)性的對(duì)深厚覆蓋層滲控設(shè)計(jì)，為今后同類(lèi)工程的防滲處理積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]水文地質(zhì)手冊(cè)(第二版).地質(zhì)出版社.2012.9.

[2]工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2007.2.

[3]工程地質(zhì)學(xué)(第十章滲漏、滲透變形觀測(cè)地質(zhì)研究).

[4]中小型水利水電工程地質(zhì)(第二版).水利水電出版社.1995.6.

[5]甘肅省民勤縣紅崖山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告.甘肅省武威市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.2002.4.

[6]民勤縣紅崖山水庫(kù)東壩址總干渠至馮家灘段(0+000～3+000)工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告.甘肅地震工程研究院.2012.9.

[7]甘肅省民勤縣紅崖山水庫(kù)加高擴(kuò)建工程可研設(shè)計(jì)報(bào)告.甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.2015.3.

[8]甘肅省民勤縣紅崖山水庫(kù)加高擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告.甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.2016.1.

[9]民勤縣紅崖山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程前期資料文件匯編.民勤縣紅崖山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程管理處.2003.

[10]甘肅省民勤縣紅崖山水庫(kù)2009～2014年滲漏量觀測(cè)資料.民勤縣紅崖山水庫(kù)管理處.2015.3.

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A

1004-1184(2016)06-0132-03

2016-10-17

任倉(cāng)鈺(1964-)，男，陜西山陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)工作。