混凝土砌石重力壩滲漏原因分析及滲流安全復(fù)核

馬琳+趙英+杜萬(wàn)軍

摘 要：某中水頭混凝土砌石重力壩，其最大壩高40.8m。水庫(kù)大壩建成投運(yùn)8年時(shí)間內(nèi)，分別出現(xiàn)基礎(chǔ)滲漏、壩體漏水等問(wèn)題，嚴(yán)重影響到水庫(kù)大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，結(jié)合《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》、《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》等相關(guān)規(guī)范和評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)水庫(kù)大壩蓄水滲漏原因進(jìn)行了詳細(xì)論證分析。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和溢流壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力復(fù)核，結(jié)果表明：帷幕灌漿質(zhì)量差、施工質(zhì)量監(jiān)控不到位等是引起大壩壩基和壩體滲漏的主要原因，且左岸非溢流壩壩基整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)低于規(guī)范要求，需采取全面除險(xiǎn)加固工程措施，以提高壩體整體安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：混凝土砌石重力壩；大壩滲漏；非溢流壩；抗滑穩(wěn)定性

1 工程概況

某中型水庫(kù)，其正常蓄水位812.00m，死水位804.00m，總庫(kù)容2130萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1580萬(wàn)m3。工程主要任務(wù)是農(nóng)業(yè)灌溉、引水發(fā)電和城市供水。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DL5180-2003）劃分指標(biāo)，該水庫(kù)屬于中型水庫(kù)。大壩首部樞紐主要由擋水大壩、引水隧洞、放空底孔等水工建筑物組成。

工程于1999年01月開(kāi)工，2006年10月全部竣工，2007年04月并網(wǎng)發(fā)電。水庫(kù)大壩整體為C15混凝土砌石重力壩，壩高40.8m。壩基采用單排、孔距3.2m、平均灌漿深度9.8m的鉆孔進(jìn)行帷幕灌漿，左、右岸壩肩分別向山體延伸9m和22m，經(jīng)監(jiān)測(cè)大壩整體防滲性能滿(mǎn)足q≤5lu為控制標(biāo)準(zhǔn)[1]。水庫(kù)投運(yùn)前期大壩監(jiān)測(cè)各方面技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，運(yùn)行穩(wěn)定性較好。2009年02月，一次例行檢查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大壩壩基和左岸非溢流壩壩肩存在滲漏問(wèn)題，但由于滲漏量不大，繼續(xù)監(jiān)視運(yùn)行。2013年開(kāi)始，大壩滲漏量不斷加大，其滲流量平均在4×10-6m3/s左右，2014年7月高位蓄水時(shí)段，其滲流量最高達(dá)到20.5×10-6m3/s。巨大滲流量嚴(yán)重威脅到大壩的穩(wěn)定運(yùn)行，急需找出壩體滲漏原因并結(jié)合病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)指導(dǎo)方針，采取合理除險(xiǎn)加固措施，確保壩體整體安全穩(wěn)定。

2 水庫(kù)大壩壩體滲漏原因分析

從現(xiàn)場(chǎng)勘察可知，大壩壩體滲漏主要發(fā)生在右岸壩體中部和左岸非溢流壩段壩基和壩肩處。壩體中部滲漏主要是由于該水庫(kù)大壩在建設(shè)過(guò)程中存在中斷問(wèn)題，也即在2001年時(shí)大壩修建方存在資金周轉(zhuǎn)問(wèn)題，暫停大壩修建長(zhǎng)達(dá)2.5年，于2004年1月才續(xù)建，長(zhǎng)期施工間歇加上施工質(zhì)量監(jiān)控不到位，導(dǎo)致Ⅰ期工程和Ⅱ工程間銜接部位施工質(zhì)量較差，內(nèi)部砌石密實(shí)性能不好，在高水位蓄水運(yùn)行水壓作用下，壩體內(nèi)部出現(xiàn)滲漏通道，引起壩體中部發(fā)生滲漏。另外，由于該水庫(kù)大壩在設(shè)計(jì)上沒(méi)有設(shè)置專(zhuān)門(mén)的防滲層，主要依靠壩體表面的C20混凝土面板進(jìn)行防滲，經(jīng)多年運(yùn)行面板存在裂縫、裂隙等問(wèn)題，給壩體埋下滲漏通道的安全隱患。根據(jù)設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣分析結(jié)果可知，大壩左岸非溢流壩段在壩基和壩肩793.5m高程及以上部位存在大量強(qiáng)風(fēng)化板巖巖層，且?guī)r石破碎度較大，經(jīng)綜合分析認(rèn)為左岸非溢流壩段壩基和上半部存在壩肩滲漏主要是由于該部位帷幕灌漿質(zhì)量較差引起。

綜合現(xiàn)場(chǎng)踏勘、鉆芯取樣分析成果及設(shè)計(jì)資料，最終認(rèn)為大壩壩體及左岸非溢流壩滲漏主要是由于壩體整體防滲層較單薄、Ⅱ期工程銜接質(zhì)量監(jiān)控不到位、施工質(zhì)量差導(dǎo)致砌石密實(shí)度偏低等引起。為了采取與工程特性相匹配的除險(xiǎn)加固方案，必須對(duì)大壩壩基和左岸非溢流壩壩體整體穩(wěn)定性進(jìn)行全面安全復(fù)核，確保除險(xiǎn)加固方案具有較高可行性、可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性。

3 大壩滲流安全復(fù)核

3.1 壩體滲流安全復(fù)核

為了分析壩體滲漏，在大壩右岸壩體中部795.00m高程設(shè)置探芯鉆孔，孔深達(dá)32.5m，巖心采取率平均為92.6%；在左非溢流壩段壩肩810m高程設(shè)置探芯鉆孔，孔深38.6m，巖心采取率平均為93.1%。經(jīng)壩體鉆孔巖芯取樣分析，結(jié)果表明：大壩中部789m～794m高程范圍內(nèi)，壩體砌石不均勻，密實(shí)度不高，存在裂隙發(fā)育、透水率較大等問(wèn)題，急需采取全面的防滲加固措施。

3.2 左岸非溢流壩滲流安全復(fù)核

根據(jù)左岸壩肩地質(zhì)勘查分析結(jié)果，確定左岸壩肩巖體等級(jí)為Ⅳ類(lèi)圍巖，相關(guān)特性參數(shù)指標(biāo)為：壩肩帷幕灌漿砼與壩基、壩肩接觸面間的抗剪斷參數(shù)為f′=0.73，C′=0.41～0.49Mpa。根據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL25-2006）[2]相關(guān)計(jì)算要求，左岸非溢流壩其整體平均容重應(yīng)大于22KN/m3，而鉆孔取芯分析結(jié)果表明，左岸壩體由于填筑過(guò)程中施工質(zhì)量存在較大問(wèn)題，其整體容重僅有19.6～21.2KN/m3，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求的22KN/m3指標(biāo)。在左岸非溢流壩壩肩滲流安全復(fù)核過(guò)程中采用規(guī)范要求的22KN/m3進(jìn)行分析。

計(jì)算荷載組合為：（1）基本組合（正常蓄水位工況）：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+於沙壓力+浪壓力；（2）特殊組合（校核洪水位工況）：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+於沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力+地震。經(jīng)計(jì)算左岸非溢流壩壩基垂直應(yīng)力和壩基、壩肩抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果如表1所示。

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）相關(guān)規(guī)定：混凝土砌石重力壩壩基面，其在任何工況下壩踵垂直應(yīng)力均不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力[3]。但從表1計(jì)算結(jié)果可知，在特殊組合情況下，左岸非溢流壩壩基面壩踵出現(xiàn)-0.13Mpa的垂直拉應(yīng)力，不滿(mǎn)足規(guī)范要求。同時(shí)，左岸非溢流壩壩基抗滑穩(wěn)定，在特殊組合工況條件下，其安全系數(shù)為2.36，低于規(guī)范要求的[2.5]指標(biāo)值。

安全復(fù)核成果表明：大壩在目前地質(zhì)水文條件、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體型條件下，其整體存在砌石密實(shí)度較低、施工質(zhì)量較差等安全質(zhì)量問(wèn)題，壩體整體安全穩(wěn)定性不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求的技術(shù)指標(biāo)值，繼續(xù)采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行整體除險(xiǎn)加固處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于水庫(kù)大壩在修建過(guò)程中存在Ⅰ期工程和Ⅱ工程間銜接部位施工質(zhì)量監(jiān)控不到位等問(wèn)題，導(dǎo)致壩體內(nèi)部砌體密實(shí)度較差、左岸非溢流壩壩基和壩肩帷幕灌漿質(zhì)量達(dá)不到要求等，導(dǎo)致大壩中部和左岸非溢流壩肩出現(xiàn)漏水問(wèn)題，嚴(yán)重影響大壩運(yùn)行的整體安全可靠性。經(jīng)安全復(fù)核，大壩存在安全穩(wěn)定問(wèn)題，急需采取鉆孔帷幕灌漿、涂刷防滲層等相應(yīng)工程措施進(jìn)行全面處理，提高大壩整體安全穩(wěn)定性，確保其高效穩(wěn)定的運(yùn)營(yíng)。

參考文獻(xiàn)

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