尼山水庫壩前塌陷漏洞分析及處理措施

汪新健，孟凡會，謝 營

（1.中國海洋大學(xué)，山東 青島266100；2.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南250014）

尼山水庫于1958年11月興建，1960年9月竣工，總庫容1.128億m3，大壩為壤土均質(zhì)壩，壩長1 805 m，最大壩高22.2 m，是一座以防洪為主，結(jié)合城區(qū)供水、灌溉、養(yǎng)殖、補(bǔ)充地下水等綜合利用的大（2）型水庫。水庫所在區(qū)域?qū)儆隰斨心蠘?gòu)造侵蝕為主中低山丘陵區(qū)，東界為沂沭斷裂帶，南、西、北側(cè)為斷陷環(huán)繞，區(qū)域整體呈“盾”形山地。山地內(nèi)部被斷陷盆地、河谷平原分割成彼此不相連接的斷塊山，在全省堪稱地勢最高、切割最強(qiáng)烈、地貌地質(zhì)體最復(fù)雜的地區(qū)。庫區(qū)山體主要由寒武系灰?guī)r組成，巖溶發(fā)育，多條斷裂穿過壩址，向庫內(nèi)延伸，地質(zhì)條件復(fù)雜，建庫后產(chǎn)生多次坍塌、漏洞的險情。

1 建庫運(yùn)行至今塌陷情況

1.1 右岸塌陷及處理情況

1961—1965年，在大壩樁號0+100～0+135，壩前壩腳50 m以內(nèi)出現(xiàn)漏水裂縫8處；1976年在壩前150 m內(nèi)右岸階地附近出現(xiàn)大塌坑，形成漏水漏斗，1982年以來相繼出現(xiàn)漏水洞9處，塌坑位置逼近大壩上游坡腳。對此均做了處理，處理后未再發(fā)生。

1986年6月18日，尼山水庫大壩0+008，距壩內(nèi)肩132 m溢洪道進(jìn)口處，發(fā)現(xiàn)漏洞。處理方案：先清除漏洞上石渣及風(fēng)化層找出漏洞部位，清到新鮮巖石，澆筑素混凝土覆蓋，然后用黏土回填夯實。1992年8月5日，溢洪道進(jìn)口左側(cè)，大壩樁號0+068上游，距壩肩125 m發(fā)現(xiàn)一漏水洞。處理方案：先填粗砂，后填碎石至庫水面；南部石渣凹處筑壩擋水。1996年3月27日，溢洪道進(jìn)口左側(cè)，大壩樁號0+068，距壩軸線120 m發(fā)現(xiàn)漏洞。處理方法：開挖表層棄渣范圍400 m2，深度2 m，堆填砂礫石，厚度2.0 m，其上壓碎石1.0 m，最大粒徑不超過5 cm。

2013年12月15日，右岸溢洪道進(jìn)水段內(nèi)壩前200 m發(fā)現(xiàn)漏洞。處理方案為：首先，在漏洞范圍用砂袋筑一道圍堰，然后分別在漏水點處集中開挖，依次采用拋填塊石、澆灌混凝土進(jìn)行封堵，待混凝土凝固后，再向四周進(jìn)行開挖，開挖后，依次進(jìn)行回填碎石、砂、鋪設(shè)土工膜，最后回填黏土，層層壓實，至高出自然地面1.0 m。

1.2 左岸塌陷及處理情況

壩前左岸階地（樁號1+600），自1977年開始在壩前400 m內(nèi)出現(xiàn)大漏水洞，1981年汛前又在該位置發(fā)現(xiàn)多處塌坑，共計11處，最大直徑6 m，深4 m，形成一條垂直壩軸向的直線，并逐漸靠近上游壩腳，經(jīng)開挖后發(fā)現(xiàn)有近似平行F12斷層帶的大溶蝕型裂縫。洞縫均做了開挖封填處理，處理后未再發(fā)生。

1990年11月23日和1996年3月25日，在大壩樁號1+602，壩前541 m處和547 m處發(fā)現(xiàn)漏洞。處理方法：前者開挖后對漏水洞縫用塊石、石子填實，灌注水泥砂漿。后者對洞縫灌黏土漿封填處理。

1998年6月15日和1999年5月上旬，大壩樁號1+400處，發(fā)現(xiàn)漏水坍坑。處理方法：開挖清除淤泥，巖石鑿毛處理，洞內(nèi)拋填塊石，以混凝土封堵，回填黏土，鋪土工布，之上回填黏土至地面。2013年12月15日，左岸大壩樁號1+600、壩前約500 m處發(fā)現(xiàn)漏水，處理方案同前。

2 塌陷漏洞成因分析

2.1 塌陷漏洞分布特點

水庫建成至今50多年間，發(fā)現(xiàn)的塌陷主要分布在壩前：右岸塌陷分布范圍在樁號0+055壩前120～160 m范圍內(nèi)，左岸塌陷分布在樁號1+600壩前80～560 m范圍內(nèi)，呈北西向條帶狀分布。塌陷處的地層特點是：黏性土直接覆蓋于灰?guī)r形成的溶洞之上，黏性土一般有豎向的大孔隙，并且厚度相對較薄，一般4.3～7.5 m，厚度大于10 m的土層地區(qū)未發(fā)現(xiàn)地面變形；右岸壩前天然鋪蓋多次產(chǎn)生的塌陷基本沿F1斷層上盤影響帶呈條帶狀分布。

2.2 成因分析

1）兩岸巖溶裂隙的貫通發(fā)育為塌陷物質(zhì)提供了必要的運(yùn)移通道和儲存空間，是塌陷產(chǎn)生的基礎(chǔ)。2）塌陷都分布在黏性土直接覆蓋在透水灰?guī)r上的單一結(jié)構(gòu)地層中，黏性土一般有豎向的大孔隙，并且比較薄，一般4.3～7.5 m，厚度大于10 m的土層地區(qū)未發(fā)現(xiàn)地面變形，孔隙發(fā)育的覆蓋層是塌陷產(chǎn)生的內(nèi)因。3）隨著庫水周期性大幅度升降，上覆黏性土體在水的浮托力、動水壓力交替作用下逐漸產(chǎn)生破壞，是塌陷產(chǎn)生的最主要作用力。

3 塌陷漏洞處理措施及建議

1992年3月～2002年11月保安全工程對整個大壩進(jìn)行了基巖帷幕灌漿及大壩混凝土防滲墻工程處理，基巖帷幕灌漿采用級配灌漿，灌漿底高程最低控制在54.61 m的高程。根據(jù)水庫運(yùn)行管理報告，截滲后壩下游10 km內(nèi)砂礫石層中的機(jī)井全部干涸；水庫經(jīng)歷了2003—2005年3年的高水位運(yùn)行，壩后減壓溝內(nèi)無滲水出現(xiàn)。

2002年尼山水庫保安全工程完成一直到2012年，未發(fā)現(xiàn)有漏洞產(chǎn)生，直到2013年12月因庫區(qū)降雨偏少，庫水位下降后，在庫內(nèi)大壩樁號1+600、壩前約500 m處的左岸灘地發(fā)現(xiàn)漏洞4處，于2014年6月已進(jìn)行處理。

根據(jù)上述資料分析，壩體段混凝土防滲墻截滲工程有效的阻滯了壩基上部巖溶發(fā)育地段的滲漏通道，極大的降低了塌落洞發(fā)生的機(jī)率。除了壩體基巖滲漏通道易產(chǎn)生塌陷，壩肩的滲漏也會引起塌陷，為了更全面的查清是否存在壩肩繞壩滲漏通道，山東省水利勘測設(shè)計院于2016年對尼山水庫兩岸壩肩進(jìn)行了勘察工作，結(jié)果表明：大壩左岸壩肩至趙家村，主要分布了震旦系灰?guī)r，趙家村西機(jī)井抽水時曾抽出小魚，說明其與庫水連通較好，巖溶裂隙發(fā)育，在左岸壩肩進(jìn)行鉆探，在深度22.3～22.7 m、34.4～34.8 m、48.2～48.6 m、54.8～55.0 m出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，鉆機(jī)鉆進(jìn)不返水，佐證了左岸壩肩灰?guī)r巖溶發(fā)育，透水性大，左岸存在繞壩滲漏問題；大壩右岸非常溢洪道北邊墻至F17斷層長約250 m范圍內(nèi)分布了張夏組厚層灰?guī)r，通過鉆探及壓水試驗，巖溶發(fā)育，透水率可達(dá)到200 Lu，右岸存在繞壩滲漏問題。建議對兩岸壩肩進(jìn)行灌漿處理，阻滯滲漏通道，減少滲漏量，降低塌陷產(chǎn)生的概率。

4 塌陷漏洞預(yù)測

實踐證明，壩體基巖帷幕灌漿阻滯了主要的滲漏通道，極大降低了漏洞出現(xiàn)的概率，僅是基巖下部滲漏及繞壩滲漏造成了庫區(qū)內(nèi)出現(xiàn)少量的塌落洞。將來水庫長期高水位運(yùn)行時，水動力可能會破壞隱伏溶洞的相對穩(wěn)定狀態(tài)，逐漸破壞溶洞的上覆土體，形成新的塌陷。由于巖溶發(fā)育的偶然性、獨立性、不均勻性，且下部巖溶發(fā)育少，滲徑長，不會形成集中的滲漏通道，預(yù)測將來出現(xiàn)的塌陷也只是獨立的個體，不會形成大的滲漏通道，不會出現(xiàn)由點擴(kuò)散到面的大面積塌方或塌岸現(xiàn)象，不會產(chǎn)生危害附近村莊和大壩安全的次生災(zāi)害。