高摩贊工程滲漏分析及處理措施簡介

李傳夫，蘇 通，果有雙

（1.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222；2.天津普澤工程咨詢有限責(zé)任公司，天津 300202）

1 項目概況

高摩贊大壩樞紐工程項目所在地屬大陸性季風(fēng)氣候，具有降雨少，年內(nèi)、日內(nèi)溫差較大等顯著特征。根據(jù)Tank 水文站資料統(tǒng)計分析，多年平均降雨量252.00 mm，其中雨季 111.20 mm，占 44%；春季48.50 mm，占19%。旱季從9 月到翌年1 月，降雨量只有49.80 mm。多年平均蒸發(fā)量1 785.40 mm。多年平均氣溫25.5℃，多年平均風(fēng)速1.50 m/s，實測最大風(fēng)速28.60 m/s。Gomal Zam 河多年平均徑流量525 Mm3，多年平均流量16.65 m3/s，最大年平均流量72.39 m3/s，最小年平均流量3.77 m3/s。多年平均入庫懸移質(zhì)輸沙量230×105t，懸移質(zhì)和推移質(zhì)年平均入庫輸沙總量為240×105t。

高摩贊大壩樞紐工程位于巴基斯坦西北邊境省境內(nèi)的印度河支流Gomal Zam 河上，以灌溉為主，兼顧防洪和發(fā)電，壩址以上流域面積29 000 km2。工程主要由大壩、電站廠房、分水堰及6.6 萬hm2的灌區(qū)組成。工程分為兩期：一期（大約為15 a）水庫正常蓄水位為743.20 m，相應(yīng)庫容為11 億m3，最低運(yùn)行水位711 m；二期正常蓄水位提高至750.40 m，相應(yīng)的原始庫容為14.2 億m3。水庫最高洪水位為761.6 m，相應(yīng)的最大原始庫容為20億m3。

壩型為曲線型碾壓混凝土重力壩，壩高133 m，平均建基面高程630 m，壩頂高程763 m。壩頂長231 m，壩底壩軸線方向長44 m，順?biāo)鞣较蜷L78 m。中部設(shè)有1 個底孔，頂部設(shè)4 孔開敞式溢洪道，設(shè)中孔泄水孔2個。壩體內(nèi)部設(shè)有3層灌漿和交通廊道，其底高程分別為634、675和720 m，各層廊道間由樓梯豎井連接。

2 滲漏情況

工程于 2010 年 8 月8 日曾遭遇 50 a 一遇洪水，在導(dǎo)流洞泄流的情況下，壩前水位漲至684.9 m，水位超過680.0 m 的時間持續(xù)3 d，洪水過程持續(xù)6 d，其間地下水位最高上漲至621.5 m，且基本為一直線，隨后消退。

工程于2011年3月29日下閘開始蓄水，至4月9日壩前水位由下閘時的643.20 m 上漲至661.697 m。4月10日遭遇降雨，至4月12日水位上漲至682.337 m，4 月20 日底孔弧門開啟泄水，當(dāng)時壩前水位已漲至689.70 m。壩前水位與時間關(guān)系，如圖1所示。

圖1 2011年壩前水位與時間關(guān)系曲線

水庫水位上漲至688.694 m 時，開始出現(xiàn)較大滲漏：①底層634 m 廊道系統(tǒng)排水孔全部出水，淹沒廊道；②距壩址直線距離約2 km 處橋的上、下游山體臨河邊約150 m 范圍有滲水出現(xiàn)，出水高程為609～615.4 m，滲漏量0.35 m3/s；③大壩下游消力塘襯砌排水孔相繼出水，左岸錨索梁底部滲水，壩區(qū)地下水位監(jiān)測孔監(jiān)測的地下水位陡升。

2.1 底層廊道滲漏情況

2011年4月19日，巡視底層634 m 廊道時，發(fā)現(xiàn)右岸帷幕灌漿廊道排水孔共9 孔出水，從右至左遞降，量水堰測得流量5.8 L/s，其他部位排水孔未出水；其后幾天，其他排水孔相繼出水，至4月22日，底層廊道基本處于淹沒狀態(tài)。

2.2 壩址下游2 km處滲漏情況

發(fā)現(xiàn)廊道滲水后，立即對周邊巖體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)距壩址直線距離約2 km 處貝雷橋上游山體臨河邊約150 m 范圍均有滲水出現(xiàn)，出水高程為609～615.4 m。貝雷橋下游有2 處大的滲流匯集點：一處為以前泉水出漏處，水量增大且滲水點增多，空氣中有臭雞蛋氣味；另一處為泉水下游約100 m 處，滲水沿山坡坡腳滲出，范圍較大，出水高程為605.4～608 m，滲水匯入坡腳沖溝。原有泉水下游和原泉水處滲漏量與時間關(guān)系，如圖2所示。

圖2 2011年原有泉水下游和原泉水處滲漏流量與時間關(guān)系曲線

2.3 廊道排水情況

自4 月22 日大壩底層634 m 廊道被淹后，項目部馬上組織相關(guān)人員研究廊道排水措施并及時報告滲水情況。經(jīng)研究，決定在壩體內(nèi)僅有的交通通道——樓梯井和通風(fēng)洞架設(shè)水泵抽水。因兩處均比較狹小，無法布置太多設(shè)備，在樓梯井處布置5～6臺排水能力100 m3/h 的4 寸潛水泵，在通風(fēng)洞布置2臺350S-26A 離心泵（揚(yáng)程為21.6 m 時排水能力為1 116 m3/h）接力作為主抽水設(shè)備。

2.4 滲漏對大壩安全的影響

壩體內(nèi)埋設(shè)的監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)反映，測壓管最大讀數(shù)為0.045 MPa（廊道淹沒前），高程720～675 m 正垂線讀數(shù)為-1.45 mm（偏向上游）。根據(jù)設(shè)計報告，上游偏移最大允許值為26 mm，主要為夏季溫度應(yīng)力引起的。其他監(jiān)測儀器讀數(shù)沒有明顯變化。在底高程675 m 廊道排水孔內(nèi)測得地下水位最高為645.7m，表明揚(yáng)壓力最高為0.157 MPa，壩基揚(yáng)壓力遠(yuǎn)小于允許揚(yáng)壓力0.39 MPa，變位也小于允許值，說明大壩是安全的。

3 滲漏分析

工程區(qū)域巖體質(zhì)量非常差，物理力學(xué)指標(biāo)低，受構(gòu)造、卸荷及風(fēng)化作用的影響，巖體中微裂隙較發(fā)育，造成巖體破碎、完整性差、變形模量低和變形量大。壩區(qū)地質(zhì)條件較差，裂隙發(fā)育，透水率大，本身存在高滲透性。

3.1 近壩區(qū)滲漏分析

大壩坐落的地段及其附近山體均為灰?guī)r，雖然壩址范圍內(nèi)未見溶洞和大的溶蝕通道發(fā)育，但取芯結(jié)果表明灰?guī)r溶蝕仍比較發(fā)育，巖體卸荷風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理、裂隙發(fā)育，經(jīng)多次造山運(yùn)動后巖體非常破碎，透水性較強(qiáng)，滲透性大，易于造成裂隙型滲漏。斷裂構(gòu)造和擠壓破碎帶較發(fā)育，較大的斷層有17 條，有集中滲漏出現(xiàn)的可能。

3.2 庫區(qū)滲漏分析

發(fā)現(xiàn)大壩下游的2 km 處沿河道的滲流出口處位于左岸灰?guī)r與頁巖的交接處，滲流入口位于左岸庫區(qū)灰?guī)r出露處、壩前左岸F13斷層處，庫區(qū)水流沿左岸灰?guī)r斷層空隙滲流。壩區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，灰?guī)r體破碎，存在多種不連續(xù)結(jié)構(gòu)面。壩前透水灰?guī)r迎水面面積大，巖層走向?qū)θ霛B有利。帷幕為懸掛式帷幕。

大壩初期蓄水，滲漏較大。隨著水位繼續(xù)上升，若不采用處理措施，滲透現(xiàn)象將更加嚴(yán)重，大壩將存在壩肩穩(wěn)定破壞和滲透破壞兩種可能。在地質(zhì)條件這樣差的條件下，對巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿后能不能建設(shè)混凝土高拱壩，在我國沒有可供參考的經(jīng)驗。

4 處理措施

本著在保證大壩安全及能夠正常運(yùn)行的前提下盡可能地節(jié)約費(fèi)用原則，整個處理方案分3 個階段實施：第一階段為抽排底層634 m 廊道內(nèi)滲水，進(jìn)行原排水孔的封堵灌漿并重新鉆設(shè)排水孔，然后進(jìn)行導(dǎo)流洞內(nèi)排水孔施工、護(hù)坦新增排水孔和右岸675～634 m 間的排水孔施工，該階段要求在2011 年汛前完成，保證大壩安全度汛；第二階段進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕的左右岸延伸及右岸排水幕的完善，解決右岸的繞滲問題，保證右岸邊坡的穩(wěn)定；第三階段視汛期高水位下左岸下游滲漏水情況決定是否實施左岸上游防滲帷幕、噴混凝土，以解決左岸下游滲漏問題。滲漏處理的思路和具體內(nèi)容如下。

4.1 處理目標(biāo)

（1）減少滲入底層634 m 廊道群的流量，保證廊道系統(tǒng)的正常工作條件。

（2）加強(qiáng)帷幕和排水，保證大壩和下游邊坡的穩(wěn)定。

（3）擴(kuò)大帷幕范圍，將水庫滲漏量控制在可接受范圍。

4.2 處理原則

（1）以堵為主，堵排結(jié)合。

（2）以保證工程安全為主，以減少滲漏量為輔。

（3）由下到上、由近及遠(yuǎn)分步實施。

（4）加強(qiáng)觀測，以觀測結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)方案的制訂和實施。

4.3 處理步驟

為有效合理控制滲漏、減少工程投資，分步驟分階段進(jìn)行滲漏處理，每階段都嚴(yán)密監(jiān)測滲漏變化，為處理措施的實施提供實時的參考數(shù)據(jù)。各階段的處理措施簡圖，如圖3所示。

圖3 3個階段的處理措施簡圖

（1）第一階段為保證汛期大壩安全及底層634 m廊道的正常使用。進(jìn)行原排水孔封堵，然后重新鉆淺于灌漿深度的排水孔；導(dǎo)流洞內(nèi)布置深孔排水孔；右岸山體內(nèi)高程675 m 排水廊道增設(shè)直接排水至導(dǎo)流洞排水孔；消力塘護(hù)坦加深排水孔。

（2）第二階段為保證大壩下游岸坡安全。延長右岸山體內(nèi)高程675、720 m灌漿平洞的灌漿帷幕至高程560 m；延長左岸山體內(nèi)高程675 m帷幕至560 m；右岸山體內(nèi)高程720 m排水洞內(nèi)布置排水孔穿入675 m排水洞；右岸后邊坡布置排水洞（待觀察前期措施反饋）。

（3）第三階段為減少庫水的過大滲漏。延長右岸壩頂山體內(nèi)高程763 m 帷幕灌漿至高程630 m；左岸山體自大壩端頭沿上壩公路增設(shè)總長度130 m 的帷幕灌漿至高程660 m，與原始地下水位相接。

5 滲漏處理效果

經(jīng)過復(fù)核，在滲漏處理前，工程的大壩安全滿足規(guī)范要求，不存在發(fā)生壩肩穩(wěn)定破壞和滲透破壞的可能。滲漏處理后，滲漏量大幅下降，各層廊道、灌漿平洞和通風(fēng)洞內(nèi)的滲水量大幅減少，滿足各部位的正常工作條件，大壩的安全性更高。巴基斯坦高摩贊樞紐工程是中國水利水電技術(shù)走出國門的標(biāo)志性工程之一，本工程滲漏的成功處理為中國水利水電技術(shù)走出國門積累了寶貴的經(jīng)驗。