某面板堆石壩滲流量突增原因分析及治理

劉堅(jiān)

（云南大唐國際李仙江流域水電開發(fā)有限公司，云南 普洱，665000）

0 引言

某面板堆石壩防滲系統(tǒng)主要由壩基帷幕、周邊趾板帷幕、壩肩防滲帷幕和鋼筋混凝土面板組成。2016 年1 月初，在庫水位上升過程中，發(fā)現(xiàn)大壩滲流量異常增大，最大滲流量為158 L/s，突然增大近50 L/s。隨即開展了加密觀測，排查和治理大壩面板滲漏缺陷。

1 治理前各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)

1.1 量水堰監(jiān)測

2016年1月初，庫水位自629 m上升至636.5 m（1 月22 日）過程中，發(fā)現(xiàn)大壩滲流量異常增大，最大滲流量為158.32 L/s，較近4年最大滲流量增加近50 L/s。之后隨水位下降對滲流量進(jìn)行了加密監(jiān)測（每天1次），成果揭示當(dāng)庫水位降至628 m左右時(shí)，大壩滲流量顯著下降，基本恢復(fù)至往年水平。2016年3 月下旬，庫水位617 m 時(shí)量水堰滲流量僅約13.24 L/s。量水堰測值情況與庫水位存在一定相關(guān)性，且高水位區(qū)量水堰測值增幅較大。

圖1 治理前量水堰與庫水位關(guān)系Fig.1 Relation between the weir level and reservoir level be?fore treatment

1.2 繞壩滲流

從大壩兩岸地下水位孔測值看，大壩左岸存在繞壩滲流現(xiàn)象，右岸繞壩滲流現(xiàn)象不明顯。

1.3 滲壓計(jì)

從滲壓計(jì)監(jiān)測成果看，自大壩蓄水以來，臨近大壩左、右壩肩區(qū)域和較低高程位置滲壓計(jì)測值與庫水位相關(guān)性較差，大壩壩基趾板后低高程部位滲壓計(jì)測值與庫水位相關(guān)性較好。

綜合量水堰、左右岸壩肩地下水位孔、大壩滲壓計(jì)測值與庫水位關(guān)系，結(jié)合大壩滲流量在高水位區(qū)增量較大，初步判斷滲流量主要來源于大壩左壩肩區(qū)域，且呈現(xiàn)出一定的增大趨勢。

圖2 治理前左、右岸繞壩滲流測值Fig.2 Measured by-pass seepage values on both the left and right bank before treatment

圖3 治理前大壩滲壓計(jì)測值Fig.3 Measured values by osmometer before treatment

2 水下物探檢查

2017年3月在公用系統(tǒng)檢修期間，利用水質(zhì)清澈且?guī)焖惠^高（635 m）的有利時(shí)機(jī)進(jìn)行水下物探檢查：在庫區(qū)采用偽隨機(jī)流場擬合法對整個(gè)工作區(qū)域進(jìn)行了面積性的普查，對發(fā)現(xiàn)的異常部位進(jìn)行了加密測試，確定滲漏區(qū)域；采用側(cè)掃聲吶技術(shù)對水下大壩面板進(jìn)行掃描，確定大壩面板是否有明顯的缺陷；在偽隨機(jī)流場擬合法發(fā)現(xiàn)的滲漏異常區(qū)開展連通實(shí)驗(yàn)，確定滲漏異常區(qū)水體與下游量水堰水體的連通關(guān)系；在庫區(qū)開展一定量的三維聲學(xué)流速探測，測試滲漏區(qū)的大致流速，輔助分析滲漏類型；在壩后壩腳與量水堰間的耕地內(nèi)開展自然電場法，輔助分析滲漏過水范圍。

2.1 偽隨機(jī)流場擬合法探測結(jié)果

大壩左、右岸周邊縫附近共存在5個(gè)疑似滲漏區(qū)，分別為：①號區(qū)，位于左岸趾板周邊縫附近，高程620～635 m 之間；②號區(qū)，位于庫區(qū)左岸趾板周邊縫附近，高程570～600 m之間；③、④和⑤號區(qū)，均位于庫區(qū)右岸趾板附近，高程分別為603～608 m、568～571 m 和559～562 m。其余面板及垂直縫范圍未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點(diǎn)。

圖4 偽隨機(jī)流場擬合法成果圖Fig.4 Result by pseudo-random flow field fitting method

2.2 側(cè)掃聲吶結(jié)果

面板混凝土表面結(jié)構(gòu)完好，沒有發(fā)現(xiàn)較大的鼓包、凹陷、破損等缺陷。

圖5 側(cè)掃聲吶成果圖Fig.5 Result by side-scan sonar

2.3 示蹤試驗(yàn)結(jié)果

疑似滲漏區(qū)投入食鹽后63 h，下游量水堰水體電阻率出現(xiàn)陡降的趨勢，據(jù)此認(rèn)為此時(shí)食鹽隨滲水抵達(dá)量水堰，說明異常區(qū)水體與量水堰水體是連通的。同時(shí)也說明滲漏流速較小，非管涌滲漏的表現(xiàn)，主要異常區(qū)至量水堰距離約315 m，估算流速約0.001 4 m/s，流速較小。

圖6 投鹽后量水堰水體電阻率變化曲線Fig.6 Change of electrical resistivity of the weir water after add?ing salt

2.4 三維聲學(xué)流速探測結(jié)果

三維聲學(xué)流速探測結(jié)果顯示，左岸滲漏異常區(qū)的滲漏流速較小，平均值約為0.001 1 m/s，且分布較為均勻。

2.5 自然電場法結(jié)果

成果顯示下游壩腳至量水堰之間區(qū)域中部位置存在一個(gè)低電位槽，推測為滲水區(qū)域。

圖7 自然電場法成果圖Fig.7 Result by self-potential method

在對上述所有成果進(jìn)行綜合分析后，推測滲水的大致范圍為：庫水→庫區(qū)滲漏區(qū)散浸→趾板縫隙→大壩→壩后壩腳與量水堰之間的階地→量水堰。物探結(jié)果與大壩日常檢查數(shù)據(jù)分析結(jié)果存在相同之處。

3 治理

2018 年利用庫水位較低的有利時(shí)機(jī)，根據(jù)2017年物探結(jié)果和相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析結(jié)果，對周邊縫5 個(gè)滲漏區(qū)域拋投粉細(xì)砂（延長滲徑，粉細(xì)砂在水流作用下進(jìn)入滲漏區(qū)域達(dá)到自愈合效果）；對周邊縫附近區(qū)域垂直縫、面板進(jìn)行全面水下摸排檢查，排查高水位狀態(tài)下物探結(jié)果的失真性，并對發(fā)現(xiàn)的缺陷部位進(jìn)行修復(fù)處理。

對高水位區(qū)大壩面板進(jìn)行塞尺測縫檢查，對縫寬大于0.2 mm 的大壩面板水平縫（127 m），采取騎縫灌漿、表面涂覆聚脲的方式進(jìn)行治理，表面涂覆聚脲共86 m2。對大壩面板垂直縫SR 柔性填料流失部位進(jìn)行柔性填料充填。

開展周邊縫毗鄰區(qū)域垂直縫檢查過程中，在左岸4號、5號面板間垂直縫水下約14.2 m（對應(yīng)高程約為598.3 m）位置，發(fā)現(xiàn)一處較集中滲漏點(diǎn)。該部位垂直縫防滲蓋片破損，表面存在較大滲漏吸入現(xiàn)象，長度約17 cm，該部位上下部位蓋片存在明顯凹陷，內(nèi)部塑性填料已流失。對該部位進(jìn)行柔性填料充填并鋪新的防滲蓋片后進(jìn)行封邊處理。

2018年同時(shí)開展的工程有：對毗鄰②號滲漏區(qū)進(jìn)行了引水洞滲漏治理，治理方案為在614 m高程對引水洞左右岸兩側(cè)進(jìn)行水泥灌漿，水泥灌漿治理共13孔，灌漿總進(jìn)尺429 m，耗灰量90 t。

4 治理后各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.1 量水堰

治理后，滲流量得到了明顯控制，且滲流量處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。治理后量水堰復(fù)流時(shí)，對應(yīng)庫水位明顯抬升，且復(fù)流滲漏量測值有所下降，詳見表1。

表1 處理前后滲流量變化情況Table 1 Leakage amount before and after treatment

在不考慮降雨因素影響下，量水堰最大滲流量測值見表2。

表2 處理前后滲流量的變化情況Table 2 Leakage amount before and after treatment

表3 不同庫水位條件下滲流量統(tǒng)計(jì)（正常蓄水位639 m，單位：L/s）Table 3 Statistics of leakage amount with different reservoir levels(normal pool level:639 m)

圖8 治理后滲流量與庫水位、降雨關(guān)系Fig.8 Relation among the leakage,reservoir level and rainfall after treatment

圖9 治理后滲流量變化情況Fig.9 Leakage amount after treatment

4.2 繞壩滲流

從大壩左右岸地下水位孔測值看，大壩左岸繞壩滲流測值和庫水位仍存在一定相關(guān)性，但相關(guān)性有所降低。

4.3 滲壓計(jì)

從滲壓計(jì)監(jiān)測成果看，大壩蓄水以來，臨近大壩左、右壩肩區(qū)域和較低高程位置滲壓計(jì)測值與庫水位相關(guān)性有所減弱，大壩壩基趾板低高程部位滲壓計(jì)測值與庫水位相關(guān)性有一定減弱。

圖10 治理后左、右岸繞壩滲流測值Fig.10 Measured by-pass seepage values on both the left and right bank after treatment

治理效果：在不考慮降雨影響的情況下，滲流量較2017年年末減少84.27 L/s，目前最大測值穩(wěn)定在130 L/s；左、右岸壩肩地下水位孔監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，水位孔水位與庫水位相關(guān)性有所降低；大壩滲壓計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，滲壓計(jì)測值均較治理前有不同程度的降低，且與庫水位變幅相關(guān)性也明顯降低，但與降雨相關(guān)性明顯。

圖11 治理后大壩滲壓計(jì)測值Fig.11 Measured values by osmometer after treatment

5 結(jié)語

針對此次面板堆石壩滲流量突增問題，通過開展大壩缺陷排查與綜合治理，大壩滲流量明顯降低且穩(wěn)定。從庫水位與滲流量、滲壓計(jì)、繞壩滲流水位孔等監(jiān)測成果來看，滲流量增加區(qū)域已準(zhǔn)確找到并得到了有效治理，最大滲流量由治理前的218 L/s降低至130 L/s，效果明顯。