某大壩滲漏原因分析及治理措施探討

朱思軍，李 川，陳小丹，關(guān) 釗，馬 勇

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；2.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣州 510635；3.廣東省山洪災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急技術(shù)研究中心，廣州 510635)

1 工程概況

某水庫位于珠三角地區(qū)，以蓄水調(diào)咸功能為主，為大(2)型水庫，正常蓄水位為49.4 m。水庫由大壩和溢洪道組成。大壩為土石分區(qū)壩，采用上昂式排水體和水平褥墊排水相結(jié)合的排滲方式，最大壩高為54.5 m，壩頂長435 m，寬8 m，壩基采用帷幕灌漿止水，壩體和左右壩肩設(shè)有位移、滲壓計等監(jiān)測設(shè)施，壩腳設(shè)有量水堰。大壩典型斷面如圖1所示。

圖1 大壩典型斷面示意

2018年，水庫水位蓄至45 m以上后，大壩背水坡右側(cè)局部出現(xiàn)滲水點(diǎn)，大壩量水堰監(jiān)測結(jié)果顯示滲漏量偏大(滲水區(qū)域示意見圖2，量水堰監(jiān)測結(jié)果示意見圖3)。從圖3可以看出，庫水位較低時，大壩滲流量隨庫水位的升降而升降，變化趨勢是正常的，但當(dāng)庫水位上升到45 m及以上的高水位后，庫水位變化較小，但大壩滲流量出現(xiàn)突增，若庫水位上升至正常蓄水位49.4 m時滲流量將更大，滲水點(diǎn)滲出的水量更多，存在較大的安全隱患，須采用各種探測方法查明滲漏原因，并采取針對性的工程措施進(jìn)行處理。

圖2 大壩滲水區(qū)域示意

圖3 2018年庫水位—滲流量—降雨量關(guān)系示意

2 滲漏探測方法

由于大壩滲漏原因復(fù)雜，滲漏通道隱秘，單一探測手段難以得到滿意的結(jié)果。國內(nèi)外學(xué)者對探測方法的適用條件作了大量工作[1]，為了探尋滲漏原因，主要采取地質(zhì)勘察、測壓管水位監(jiān)測及地球物理勘探3種類型的探測手段，各種方法相互印證，以期得到滲漏的真正原因。

2.1 地質(zhì)勘察

大壩沿壩軸線布置鉆孔6個，背水坡布置鉆孔16個，共布置鉆孔22個。鉆孔平面布置見圖4所示。

圖4 大壩鉆孔布置示意

鉆探過程中，每隔2～3 m做1次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。對壩體典型區(qū)域和壩基、壩肩取土樣、巖樣和水樣，分別進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和水質(zhì)分析。每隔5 m做1次壓水或注水試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果見表1。從表1可知，大壩40 m以上防滲區(qū)的實(shí)測平均標(biāo)貫擊數(shù)比40 m以下防滲區(qū)的要小，說明壩體下部填土壓實(shí)度比上部要好，這可能是高水位時滲漏量突增的原因之一。防滲區(qū)的實(shí)測平均標(biāo)貫擊數(shù)比非防滲區(qū)的實(shí)測平均標(biāo)貫擊數(shù)大，符合實(shí)際，原因是防滲區(qū)的填土壓實(shí)度要求比非防滲區(qū)要高。

表1 壩體標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果

壩體注水試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果見表2。從表2可知，大壩40 m以上防滲區(qū)的實(shí)測滲透系數(shù)比40 m以下防滲區(qū)的實(shí)測滲透系數(shù)大，說明壩體下部填土壓實(shí)度比上部要好，高水位時水從壩體上部更易滲漏，導(dǎo)致滲漏量突增。防滲區(qū)的實(shí)測滲透系數(shù)比非防滲區(qū)的實(shí)測滲透系數(shù)小，符合實(shí)際。

表2 壩體注水試驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果

2.2 測壓管水位監(jiān)測

為了監(jiān)測大壩各區(qū)域的水位，此次利用全部地質(zhì)鉆孔布置了較多測壓管，共布置4個剖面，每一剖面在不同高程布設(shè)3～5個測壓管，測壓管濾管開口段分別位于壩體防滲土料區(qū)(I區(qū))、非防滲土料區(qū)(II區(qū))及壩基區(qū)，平面布置見圖5所示，各剖面測壓管水位與庫水位關(guān)系曲線見圖6～圖9。

圖5 大壩測壓管布置示意

圖6 0+150剖面測壓管水位與庫水位關(guān)系曲線示意

圖7 0+250剖面測壓管水位與庫水位關(guān)系曲線示意

圖8 0+330剖面測壓管水位與庫水位關(guān)系曲線示意

圖9 0+380剖面測壓管水位與庫水位關(guān)系曲線示意

由圖6～圖9可知，壩基和壩體各測壓管測值隨庫水位的增高而增高，趨勢正常，說明從壩基和壩體滲漏的可能性較小。

2.3 地球物理勘探

目前在大壩滲漏檢測中比較成熟的物探方法共有8種，分別是直流電阻率法、自然電場法[2]、高密度電阻率法[3]、探地雷達(dá)法[4]、擬流場法、彈性波法、溫度場法、同位素示蹤法，另外還有激發(fā)極化微分測深法、井間地震CT技術(shù)、面波技術(shù)、超聲波測井和孔內(nèi)電視等手段的應(yīng)用[5]。此次根據(jù)實(shí)際情況，采用的物探方法有高密度電阻率法、激發(fā)極化法等。

當(dāng)前的小學(xué)數(shù)學(xué)課堂，教師的主導(dǎo)思維依然比較嚴(yán)重，忽視學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和發(fā)展，不注重興趣的引導(dǎo)和激發(fā)，不注重啟發(fā)和思考，不注重和生活實(shí)踐的結(jié)合等教學(xué)模式，嚴(yán)重限制了數(shù)學(xué)這門學(xué)科的教學(xué)意義和價值，學(xué)生無法從數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中感受到充分的樂趣，課堂教學(xué)的有效性不高。在這種教學(xué)思想和教學(xué)習(xí)慣的指導(dǎo)下，小學(xué)生通過幾年的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，除了會做題，會運(yùn)算之外，對數(shù)學(xué)的感悟非常淡薄，只知道數(shù)學(xué)是考試科目，對為什么要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)有什么用沒有一個起碼的認(rèn)知，這是教師必須要重視的問題。

1)高密度電阻率法

高密度電阻率法探測結(jié)果見圖10所示，從圖10可知，L12～L14的3條測線在同一位置附近(0+330～0+380里程，大壩右壩肩處)均有異常點(diǎn)，其連線懷疑為小規(guī)模明顯滲漏區(qū)域。

圖10 高密度電阻率法探測結(jié)果示意

2)激發(fā)極化法

激發(fā)極化法探測結(jié)果見圖11所示，從圖11可知，各測線均出現(xiàn)封閉的低阻異常，且低阻異常體的形態(tài)及位置在各測線上具有延續(xù)性，同時低阻體的位置接近右壩肩，其主要發(fā)育區(qū)域?yàn)?+330～0+380里程段。推測右岸壩肩有滲漏通道的可能性較大。

圖11 激發(fā)極化法探測結(jié)果示意

3 滲漏原因分析

從地質(zhì)勘察、測壓管水位監(jiān)測、地球物理勘探和彌散試驗(yàn)等方法探測結(jié)果可總結(jié)如下：

1)根據(jù)地質(zhì)勘察情況，壩址區(qū)無溶洞，且無構(gòu)造破碎帶，基本排除地下水從較遠(yuǎn)處通過溶洞或構(gòu)造破碎帶向壩后滲漏的可能。

2)根據(jù)注水試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果，壩體上部相比于壩體下部的滲透性要大，導(dǎo)致高水位時壩體更容易滲漏，這一結(jié)果可解釋水庫水位在庫水位上升到45 m及以上的高水位后，庫水位變化較小，但大壩滲流量出現(xiàn)突增的現(xiàn)象。

3)根據(jù)測壓管監(jiān)測結(jié)果，壩基滲流趨勢正常，壩基滲漏的可能性較小。

4)根據(jù)高密度電阻率法和激發(fā)極化法探測結(jié)果，右岸壩肩有滲漏通道的可能性較大，水從裂隙發(fā)育的壩肩繞滲或從壩體與壩肩交接處滲透。

4 滲漏處理措施比選

目前國內(nèi)外學(xué)者對水庫滲漏處理措施做了大量研究[6-11]，針對水庫大壩滲漏常用的處理方法有塑性混凝土墻方案、旋噴樁方案、灌漿方案等，下面對這些方案分別進(jìn)行可行性分析。

4.1 塑性混凝土墻方案

塑性混凝土墻方案具有可靠性好，施工方便，施工工藝成熟，截滲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但塑性混凝土墻施工對壩體擾動較大，且投資大，故該方案適用于局部關(guān)鍵部位的截滲。

4.2 旋噴樁方案

旋噴樁方案具有施工工藝成熟，質(zhì)量可以保證等優(yōu)點(diǎn)。但旋噴樁工期長，投資較大，常用作基坑止水帷幕。

4.3 灌漿方案

灌漿方案具有施工快，施工工藝成熟，投資較省等優(yōu)點(diǎn)。但灌漿質(zhì)量難以保證。

綜合各方面因素考慮，該工程最終采用了灌漿方案，具體如下：右壩肩為最可能的滲漏區(qū)域，采用灌注純水泥漿液進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿孔沿壩軸線布設(shè)，延伸至右壩肩30 m處，孔距2 m，從壩頂灌至不透水層(q≤5L u)以下3 m；另外，壩體上部壓實(shí)度較差，采用成本較低的可控復(fù)合膏漿高壓脈動灌漿[12]，灌漿孔沿壩軸線布設(shè)，孔距2 m，從壩頂灌至壩基面，確保萬無一失。

灌漿施工于2020年5月完工，完工后經(jīng)過了一段時間的觀測，2020年量水堰滲流量監(jiān)測結(jié)果見圖12。

圖12 2020年庫水位—滲流量-降雨量關(guān)系示意

由圖12可知，2020年下半年大壩滲流量對比上半年大幅減小，已處于正常水平。2020年11月庫水位達(dá)到正常蓄水位49.4 m，經(jīng)巡查發(fā)現(xiàn)大壩背水坡右側(cè)原滲水點(diǎn)處干燥，無水滲出。由此可見，經(jīng)過灌漿處理后，大壩滲漏問題已徹底解決。

5 結(jié)語

1)對大壩進(jìn)行地質(zhì)勘察，通過分析壩體不同部位的標(biāo)貫擊數(shù)和滲透系數(shù)，分析出壩體下部填土壓實(shí)度比上部要好，高水位時水從壩體上部更易滲漏，導(dǎo)致滲漏量突增。

2)安裝測壓管對大壩各區(qū)域進(jìn)行水位監(jiān)測，通過分析庫水位與測壓管水位變化關(guān)系，分析出壩體和壩基水位隨庫水位變化趨勢正常，說明從壩基和壩體滲漏的可能性較小。

3)對大壩進(jìn)行地球物理勘探，通過分析探測數(shù)據(jù)，分析出右岸壩肩有滲漏通道的可能性較大。

4)根據(jù)方案比選，最終采用灌漿方案進(jìn)行處理，處理后大壩滲流量大幅減小，且高水位時原滲水點(diǎn)未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，說明處理措施有效，探測結(jié)果可信，可為類似工程提供參考。