富水水庫大壩防滲安全后評價思考

闞曉東

(湖北省富水水庫管理局，435206，陽新)

一、基本情況

1.工程概況

富水系長江中下游南岸一級支流，發(fā)源于湖北省的通山、崇陽和江西省修水三縣交界處的幕阜山北麓，向東流經(jīng)通山、陽新兩縣，于富池口注入長江。富水水庫位于湖北省陽新縣境內(nèi)干支富水河上，地處鄂東南暴雨中心，流域面積5 130 km2，水庫控制流域面積2 450 km2,多年平均年降雨量1 594 mm，正常蓄水位57.00 m，死水位49.00 m,設(shè)計洪水位(P=0.1%)62.10 m，下泄流量 6 170 m3/s,校核洪水位（P=0.01%）64.28 m，下泄流量7 950 m3/s,總庫容 16.21億 m3,是一座以防洪、發(fā)電為主，兼有灌溉、航運(yùn)、圍墾、滅螺等綜合利用的大（1）型水庫。樞紐工程由大壩、溢洪道、發(fā)電引水管、電站廠房及灌溉渠等建筑物組成。大壩為1級建筑物，高程28 m以下河床段為均質(zhì)壩，其上為黏土心墻代料壩，壩頂高程65.5 m，最大壩高46.8 m，壩頂長941.0 m，寬6.5 m。大壩1958年8月動工興建，1966年基本建成。

2.工程地質(zhì)概況

壩址河谷寬565 m，壩頂軸線長936m，河床寬137m，河底高程18.7m。據(jù)1958年、1962年和2002年(整險加固補(bǔ)勘)三次地質(zhì)勘察資料，壩址分布地層為下、中志留紀(jì)頁巖，其中下志留紀(jì)頁巖水云母含量高達(dá)70%，弱風(fēng)化深度一般為10～15 m；河床沖積層分布廣泛，總厚8～13 m，具二元結(jié)構(gòu)，上部為4～5 m厚黏土、砂質(zhì)黏土，下部為4～8 m厚的砂、砂礫石強(qiáng)透水層，局部夾雜淤泥質(zhì)透鏡體。

0-080～0+100段位于左壩肩，表層為殘坡積層。

0+100～0+500段為左岸階地，0+500～0+670為河床段。左岸階地上部為厚1～4 m的壤土，弱～微透水性，為相對隔水層；下部為1～6 m厚砂層、4～5 m厚砂礫石層，最厚達(dá)12.4 m。河床砂礫石厚 2～4 m，連續(xù)分布，中等～強(qiáng)透水性。

0+670～0+941段為右岸階地，局部分布砂層厚0.7 m及頁巖強(qiáng)風(fēng)化帶厚 0.1～4.0 m。

3.大壩安全評價

富水水庫大壩2001年被鑒定為三類壩，主要存在問題包括：壩基清基不徹底，上游坡蓋未按設(shè)計完成；減壓井淤堵嚴(yán)重，對大壩滲流穩(wěn)定不利；高尾水位時，左岸臺地壩基滲透壓力增大，減壓井附近滲透坡降變大，而減壓井反濾效果差，局部已發(fā)生滲透破壞；在設(shè)計洪水位和校核洪水位情況下，壩基滲透破壞范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，大壩下游將出現(xiàn)大面積散浸，下游坡腳覆蓋層頂托坡降較大，局部薄弱部位將產(chǎn)生滲透破壞問題。2006年12月完成了壩基防滲混凝土墻及左右岸防滲帷幕灌漿等工程，2007年9月完成大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)并投入運(yùn)行，對大壩進(jìn)行了整險加固，完善了運(yùn)行管理監(jiān)測設(shè)施。根據(jù)大壩監(jiān)測系統(tǒng)近幾年的數(shù)據(jù)資料，完成了大壩防滲安全評價工作。

二、大壩安全處置

1.大壩防滲工程

大壩建設(shè)及運(yùn)行過程中經(jīng)過多次除險加固,滲流控制措施由壤土鋪蓋、上游砂質(zhì)黏土和壤土均質(zhì)壩體、上部黏土心墻、壩基混凝土防滲墻和壩肩灌漿防滲帷幕組成，其下游分設(shè)排水暗管、排水陵體、壓滲體及減壓井等排水設(shè)施。

大壩按均質(zhì)土壩設(shè)計，主河床部分抽槽，岸坡臺地清基，高程28 m以下采用壤土填筑，形成鋪蓋，至28 m高程時改為黏土心墻代料壩，上游壩體壤土填筑，下游壩坡頁巖代料填筑。

河床段迎水坡壩腳上游壤土鋪蓋140 m（設(shè)計200 m），左岸臺地迎水坡壩腳上游200 m內(nèi)在砂卵石層上實際保留2～3 m的砂質(zhì)黏土天然鋪蓋。

沿壩軸線對左壩肩基巖上覆的殘坡積物亞黏土夾巖塊碎屑透水層灌漿處理。

2005年，采用混凝土防滲墻對壩基強(qiáng)透水層進(jìn)行防滲處理，對兩岸壩肩采用帷幕灌漿處理。防滲墻軸線位于壩上游坡55 m高程處，平行于壩軸線，軸坐標(biāo)-29.00 m,起始樁號0+086～0+884 m,墻厚 60 cm，墻體下部伸入底部頁巖0.5～1.0 m，上部嵌入均質(zhì)壤土壩體內(nèi)4 m，墻體上部槽孔采用與壩體同性土壤回填。左岸0+086～0-50至山體、右岸0+884至溢洪道邊墻采用帷幕灌漿處理。左壩肩樁號0+55.5～0+74.25帷幕三排布置，排距0.5 m，孔距 1.5 m，其他部位帷幕二排布置，孔距1.0 m，排距1.0 m；右壩肩樁號0+914～0+932.75帷幕三排布置，排距0.5 m，孔距1.5 m，其他部位中間排僅對強(qiáng)風(fēng)化巖層及其上地層灌漿。

大壩左岸臺地樁號 0+100～0+560、右岸臺地樁號0+796～0+840緊貼心墻反濾層下游設(shè)置一條縱向排水暗管，在此暗管上垂直壩軸線設(shè)置12條橫管引出壩腳，導(dǎo)滲排水；河床段下游壩腳處設(shè)反濾壩，其上鋪蓋壓滲石渣，長100 m，反濾壩下游接5條堆石排水暗管至壓滲體外，樁號0+445.5 m、0+482 m、0+517.2 m、0+543.3 m、0+630.0 m，高程 21.4 m。大壩左岸臺地下游壩腳樁號0+154.1 m～0+399.1設(shè)置49口減壓井，孔距5 m,孔口高程26.0 m。

2.大壩滲流監(jiān)測

大壩滲流監(jiān)測設(shè)計布置0+099 m、0+210 m、0+340 m、0+500 m、0+602 m和0+700 m 6個斷面，共計鉆孔36個，埋設(shè)孔隙水壓力計54支；壩肩繞壩滲流共鉆孔9個，埋設(shè)孔隙水壓力計9支；發(fā)電管周圍左右側(cè)各鉆孔3個，共埋設(shè)孔隙水壓力計6支；減壓井水位監(jiān)測共安裝了5支滲壓計，分別位于 G01、G11、G31、G34 和 G48 五孔減壓井內(nèi)。自2007年9月28日建成開始觀測，資料連續(xù)。

三、滲流分析評價結(jié)果

評價條件及方法：正常水位以下，采用計算坡降進(jìn)行滲流分析。

1.壩基滲流

（1）混凝土截滲墻

壩基滲流布設(shè)6個監(jiān)控斷面,每斷面設(shè)4個測點(diǎn)，軸坐標(biāo)-31m(墻前)、-27m(墻后)、31m（黏土心墻后）、85m，自建成起，與上游鋪蓋、均質(zhì)壩和心墻、下游排水設(shè)施共同控滲。庫水位48.83～57.78m時，因混凝土墻截斷壩基強(qiáng)透水層，壩基防滲體系作用特點(diǎn)發(fā)生變化。

①除 0+210、0+700斷面外，其他4個斷面混凝土墻前后滲壓發(fā)生較大變化，軸坐標(biāo)-31～-27 m兩點(diǎn)，滲壓差較大，混凝土墻上部與均質(zhì)壩接觸面平均滲透坡降最大值達(dá)1.62，均超過其泥漿下導(dǎo)管填筑壤土地層允許坡降[J]=0.5,可能發(fā)生接觸沖刷；②混凝土墻前軸坐標(biāo)-31 m致上游壩踵段，考慮天然鋪蓋作用 （增加200 m長），以0+210斷面壩基滲透坡降為最大（其值0.093），在允許范圍，但天然鋪蓋作用存疑實際上可能超過允許值[J]設(shè)計=0.1；③混凝土墻后軸坐標(biāo)-27～31 m段，0+099、0+700兩斷面滲透坡降超允許值，以0+700斷面為最大，實測計算值為 0.39＞[J]設(shè)計=0.1；④壩基混凝土墻前后軸坐標(biāo)-31 m、-27 m縱斷面縱向滲流復(fù)雜，縱向滲透坡降增大，大多超過允許坡降，最大為0.28。

（2）減壓井

實際觀測數(shù)據(jù)表明，庫水位55.00 m以下時，減壓井不出水（高尾水位除外）；庫水位超過55.00 m溢洪道泄洪尾水位較高時，減壓井出水，但流量很小，減壓井附近滲透坡降明顯減小，運(yùn)行正常。

（3）排水棱體及壓滲措施

未出現(xiàn)異常情況，運(yùn)行正常。

2.壩體滲流

正常水位條件下，壩體各地層監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明，心墻出逸高程0+210斷面D10A和0+500斷面D22A均在31.00 m左右，比加固初設(shè)計算值略高；背水坡代料水平滲透坡降0.15＜ [J]=0.2，在正常范圍內(nèi)，反濾、排水暗管等設(shè)施運(yùn)行正常。與加固前比較，心墻后壩體浸潤線降低明顯，壩體滲流更趨穩(wěn)定安全。

0+099斷面心墻底D03B測壓計（安裝高程30.00 m）監(jiān)測數(shù)據(jù)異常。

四、結(jié) 論

①心墻、反濾、排水暗管等設(shè)施運(yùn)行正常，壩體黏土心墻后浸潤線降低明顯，壩體滲流更趨穩(wěn)定安全。

②混凝土防滲墻后軸坐標(biāo)31m至下游減壓井段壩基滲流狀態(tài)穩(wěn)定安全，滲透坡降降低明顯。

③混凝土防滲墻前壩基滲流狀態(tài)改善不明顯。

④防滲墻前后軸坐標(biāo)-31～31m段存在發(fā)生橫向、縱向滲透破壞（接觸沖刷和內(nèi)部管涌）的可能性。

⑤斷面0+210和0+700壩基混凝土墻前后壓差小，截滲效果不明顯。

五、思考與建議

①壩基防滲事關(guān)大壩安全，針對觀測數(shù)據(jù)反映出來的問題，應(yīng)予高度重視，建議增設(shè)人工測壓管和完善自動監(jiān)測設(shè)施，實現(xiàn)人工測壓管與監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，全面掌握壩基滲流的真實可靠數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上切實解決存在的問題。

②建議加強(qiáng)對減壓井、排水棱體等設(shè)施工程的日常巡查管理，加強(qiáng)監(jiān)測資料數(shù)據(jù)采集整理分析工作，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，及時處理。

③個別斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，應(yīng)采取措施及時查清原因。

④觀測數(shù)據(jù)表明，壩基防滲加固處理中截滲墻位置、與上部和兩岸防滲設(shè)施的連結(jié)方式，關(guān)系整體防滲效果和大壩安全。

[1]湖北省水利廳.湖北省富水水庫大壩安全鑒定報告書[R].2001.

[2]湖北省水利水電勘測設(shè)計院.湖北省富水水庫除險加固工程初步設(shè)計報告[R].2002.