某新建瀝青混凝土心墻壩滲漏的初步分析

祝春江

（新疆奇臺縣水利管理總站，新疆 奇臺 831800）

1 水庫概況

某水庫工程是一座是以灌溉供水為主，結(jié)合防洪、生活及工業(yè)供水的綜合利用的水利工程。根據(jù)水庫工程壩址的庫區(qū)地形、地質(zhì)條件，工程任務(wù)及安全運行的需要，該水庫由瀝青心墻壩、導(dǎo)流放水隧洞、表孔溢洪洞組成，大壩位于河谷布置，導(dǎo)流放水洞位于左岸，表孔溢洪洞位于右壩肩。

水庫為中型Ⅲ等工程，大壩為2級建筑物，導(dǎo)流泄洪隧洞、放水隧洞、表孔溢洪洞為3級，臨時建筑物為4級。水庫總庫容1 440萬m3，大壩壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻壩頂高程為1 738.80 m，防浪墻頂高程1 740.00 m，最大壩高84.8 m，壩長175 m。

2 工程地質(zhì)概況

水庫位于河出山口以南2.5～6.0 km的河段上，地貌形態(tài)屬中低山區(qū)。河谷兩岸岸坡，產(chǎn)狀52°～57°SE∠12°～31°。壩址地貌形態(tài)呈“V”形峽谷，壩線處兩岸坡基巖大多裸露，邊坡穩(wěn)定，河谷最窄處僅10m。左岸大部分區(qū)域基巖裸露，庫岸穩(wěn)定性較好；右岸坡積物覆蓋較多，坡積物厚度2～8 m，坡積物出露高程主要位于最高蓄水位以下。

分水嶺較高，基巖巖性主要為石炭系上統(tǒng)博格多群上亞群第一組，分布于庫區(qū)主要巖性為凝灰質(zhì)砂巖、灰色薄層細(xì)砂巖等，庫區(qū)出露厚度1 101 m，構(gòu)成河谷兩岸岸坡，巖體成中厚層，部分為薄層，只有兩組NW向和SE向裂隙和斷裂相互切割成網(wǎng)格狀，存在小規(guī)模的的滲漏通道，存在繞壩滲漏風(fēng)險。

洞室穩(wěn)定條件較好，以Ⅳ類圍巖為主，部分地段為Ⅴ類，進(jìn)出口地段巖體較破碎，圍巖類別Ⅳ～Ⅴ類。下壩址右岸裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，上覆基巖巖體厚度較薄，易發(fā)生塌方和掉塊。

3 壩體基礎(chǔ)施工處理及檢測成果

3.1 基礎(chǔ)處理

基礎(chǔ)灌漿，按先固結(jié)灌漿，后帷幕灌漿次序進(jìn)行。大壩兩岸岸坡心墻開挖至弱風(fēng)化基巖頂面，河床部位心墻底部及上、下游過渡料寬度范圍內(nèi)，均開挖至弱風(fēng)化基巖面上。

帷幕灌漿施工范圍為壩體樁號0-125 m至0+150 m，布置于心墻軸線上，采用單排孔，孔距1.5 m，孔徑91 mm，孔深按透水率小于5 Lu控制。因心墻基礎(chǔ)范圍內(nèi)的斷層破碎帶需進(jìn)行處理，樁號0-050～0-045、0-094～0-089、0-122～0-117、0+064～0+069、0+077.5～0+082.5、0+017～0+021在心墻上游側(cè)1 m位置增加一排帷幕灌漿孔，孔距1 m；0+084～0+122在原灌漿孔之間各增加一個帷幕灌漿孔；在壩軸線樁號0-050的位置，帷幕灌漿孔恰好打到斷層破碎帶上，灌漿量陡然增大，因此在樁號0-052.75帷幕孔的Ⅰ序孔左右0.75 m處各增加一個帷幕灌漿孔，水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七個比級，灌漿開灌水灰比為5∶1，帷幕灌漿孔按自上而下分段灌漿法造孔和采用純壓式灌漿施工。

壩體基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，采用兩排，孔距1.5 m，排距2.0 m，孔深6.0 m，固結(jié)灌漿先進(jìn)行上游排，次進(jìn)行下游排。每排分二序孔，先施工一序孔，后施工二序孔，固結(jié)灌漿按分序加密的原則劃分灌漿單元。固結(jié)灌漿液水灰比為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。

3.2 基礎(chǔ)處理檢測成果

帷幕灌漿，在各單元工程灌漿全部結(jié)束14 d后，進(jìn)行檢查孔的施工，采用自上而下分段鉆孔壓水試驗的方法進(jìn)行。壓水試驗的壓力按（SL 62-2014）規(guī)范執(zhí)行，壓水記錄采用灌漿記錄儀進(jìn)行記錄。檢查孔壓水試驗結(jié)束后，對檢查孔按基本孔的要求進(jìn)行灌漿和封孔。

表1 固結(jié)灌漿及帷幕灌漿成果統(tǒng)計表

4 大壩安全監(jiān)測儀器布置、檢測數(shù)據(jù)及滲漏情況

4.1 檢測儀器的布置

大壩壩址河床較窄，只選取了2個橫斷面（0+000斷面、0+025斷面）和1個縱斷面布置監(jiān)測儀器。檢測儀器包括壩體表面變形觀測標(biāo)點、桿式沉降計、鋼絲水平位移計、固定測斜儀、位錯計、滲壓計、溫度計、測壓管及水位計。

4.1.1 壩體滲流觀測布置

水庫共設(shè)壩體（壩基）滲流監(jiān)測斷面2個，分別為0+000和0+025斷面，每個斷面各布設(shè)有6支滲壓計（安裝位置及壩體滲壓計安裝位置統(tǒng)計見表2）

表2 壩體滲壓計安裝位置統(tǒng)計表

4.1.2 繞壩滲流布置

UP1、UP2……UP6為繞壩滲流監(jiān)測測壓管，安裝位置均緊貼于壩后山體邊沿安裝（安裝位置及壩體滲壓計安裝位置統(tǒng)計見表3）。

表3 壩體測壓管安裝位置

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄結(jié)果分析

自水庫下閘蓄水以來，通過1年蓄水，水庫最高蓄水水位1 731.45 m。其各儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果如下：

（1）蓄水后壩體最大累計沉降量為365.1 mm，最大沉降量占壩高的0.425%，累計沉降量正常，蓄水對壩體沉降基本沒有影響。

（2）心墻與過渡料的相對變形量為-3.4～-31.7 mm，各測點心墻與過渡料的相對變形，全部為初期瀝青心墻的沉降變形大于過渡料的沉降變形，后期心墻與過渡料的相對變形基本一致，蓄水引起的相對變形對壩體防滲體未產(chǎn)生影響。

（3）隨著庫水位不斷上升，大壩基礎(chǔ)心墻后的滲透計水位不斷上升，在庫水位1 720 mm附近，壩后滲流逐步趨于穩(wěn)定，（圖2為0+000、0+025斷面庫水位～滲壓計水位關(guān)系曲線圖）。

圖2 0+000、0+025斷面庫水位~滲壓計水位關(guān)系曲線圖

（4）根據(jù)壩后繞壩滲流測壓管的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（圖3庫水位與滲壓管水位關(guān)系），壩體左測的巖體水位始終高于右側(cè)；隨壩前庫水位不斷增加，左側(cè)壩后巖體水位增長幅度明細(xì)高于右測壩肩；右側(cè)壩肩的滲流水位趨于平穩(wěn)，左岸測壓管水位為1 666.23～1 691.37 m，右岸測壓管水位為1 668.47～1 682.93 m。左岸UP1、UP2測壓管水位偏高，右岸測壓管水位基本正常。

圖3 庫水位～測壓管水位關(guān)系曲線圖

4.3 壩后地表滲漏情況

通過視頻影像資料和人工觀測對地表出流情況的對比，水庫庫水位升高至1 714.00 m時，距壩后約30 m處的原河床軸線部位出現(xiàn)出水點，其滲水量較少。庫水位在1 714.00～1 720.00間，壩后滲水量隨壩前水位升高而增加；庫水位在1 720.00～1 732.00之間，壩后滲流量趨于穩(wěn)定；壩后地表出水點高程在1 669.51～1 671.59 m之間，滲流量在30～70 L/s，其滲水水質(zhì)始終處于清澈狀態(tài)，未出現(xiàn)渾濁。大壩壩后坡未發(fā)生滲水和浸濕的痕跡。

5 滲漏位置及原因分析

5.1 滲漏位置分析

根據(jù)出水位置、地質(zhì)條件、監(jiān)測數(shù)據(jù)及地表滲漏情況進(jìn)行綜合分析：（1）水庫蓄水過程中，壩后坡始終處于干燥狀態(tài)，未出現(xiàn)水印和浸濕的痕跡，從而推斷壩體自身未出現(xiàn)滲漏；（2）瀝青心墻與過渡料的相對變形量差值不大，其變形量較小，未產(chǎn)生較大拉應(yīng)力造成心墻撕裂破壞；（3）壩后滲漏的水質(zhì)清澈，未出現(xiàn)渾濁，說明滲水通道未通過壩體；（4）根據(jù)繞壩滲漏的曲線位置，左岸測壓管UP-1、UP-2數(shù)據(jù)異常，且管水位較高，其該處附近出現(xiàn)滲漏的可能性較大；（5）水庫地質(zhì)顯示：河谷兩岸岸坡巖體呈中厚層，部分為薄層，只有兩組NW向和SE向裂隙和斷裂相互切割成網(wǎng)格狀，存在小規(guī)模的的滲漏通道，存在繞壩滲漏風(fēng)險。

綜合上述，水庫大壩自身不存在滲漏，該滲漏屬于繞壩滲漏，壩體左岸壩基處出現(xiàn)滲漏的可能性較大。

5.2 滲漏原因的初步分析

根據(jù)綜合分析的結(jié)果，初步確定繞壩滲漏的可能性較大，其滲漏通道位于巖基裂隙中，因此，推斷壩體基礎(chǔ)處理存在不合理的因素是造成滲漏的主要原因。

（1）水庫基礎(chǔ)處理為單排帷幕灌漿，最大帷幕灌漿深度到達(dá)93.6 m，河床帷幕灌漿最大深度55 m。在灌漿過程中，巖石堅硬，局部巖體完整性差，在灌漿造孔過程中，灌漿孔孔斜度不易被控制，因此，灌漿下層帷幕的連續(xù)性和整體性難以得到保證。

（2）基礎(chǔ)帷幕灌漿深度較深，而灌漿采用分段純壓式的灌漿方式，純壓式灌漿的特點是漿液顆粒容易在孔底沉淀，不利于裂隙的填充，其漿液的擴散半徑不大，因此，對單排帷幕的連續(xù)性也存在一定影響。

（3）帷幕灌漿施工過程中，左岸岸坡部位基礎(chǔ)灌漿的最大灌漿壓力為1.89 MPa，相應(yīng)的灌漿率為40 L/min；其次，左岸壩基河谷岸坡較陡，產(chǎn)狀在52°～57°間，SE∠12°～31°，灌漿基礎(chǔ)處在斜坡位置，從而大大削弱了灌漿基座的的壓重功能；另外，岸坡較陡部位處理未采用臺階形式，其混凝土灌漿基座穩(wěn)定性相對其他部位較差，較大的灌漿壓力可能引起表層基巖抬動變形，從而形成滲水通道。

（4）水庫通過兩年的運行觀測記錄，壩體未發(fā)生大的沉降變形，壩后坡無浸濕現(xiàn)象，同時，在庫前同等水位高程下，較前一年的壩后滲流出水量有明顯減小。初步分析滲水量減小的原因是水庫淤積，泥沙細(xì)顆粒將巖體內(nèi)滲水通道堵塞，使得水庫滲漏減小。該現(xiàn)象的發(fā)生，從側(cè)面驗證該水庫滲漏屬于繞壩滲漏。

6 處理措施方案

根據(jù)壩后坡腳溢出點位置，其溢出點的最大滲透比降為：i=△H/△L=（1 678.66-1 669.50）/（264.5-80）=0.05＜0.12（水庫設(shè)計河床砂礫石允許滲透比最大容許為0.12），因此，該滲漏不會對壩體正常運行產(chǎn)生影響。需加強觀測，建立庫水位與壩后滲流量關(guān)系曲線，分析庫水位與滲流量關(guān)系是否同步，分析特點，加強重點水位觀測頻次。

因瀝青心墻防滲壩體自身結(jié)構(gòu)的特點，以及出現(xiàn)滲漏的防滲體位置，很難對防滲體及基礎(chǔ)采取措施進(jìn)行堵漏。為了不降低水庫的綜合效益，利用該新建水庫供水功能，充分利用滲漏水量，在壩后坡腳地表下，在不同高程埋設(shè)6排三層PE材質(zhì)的花管（DN 500），花管用反濾土工布進(jìn)行包裹，在地下形成臨空面，從而更有效的收集地表下滲水，降低滲水水位。通過多根花管收集的滲水，經(jīng)過量水堰后，引入專門修建的蓄水池中，通過蓄水池再引入生活及工業(yè)供水管網(wǎng)中。通過此措施，一方面可以更精準(zhǔn)的觀測確定壩后滲流量，另一方面使水庫滲流得以控制并加以利用。

7 結(jié)語

由于瀝青混凝土較好的延展性和塑性，其瀝青心墻出現(xiàn)裂縫的自愈能力也較強，因此在眾多的瀝青心墻壩中，壩體內(nèi)的防滲體一般不會出現(xiàn)滲漏，而壩體基礎(chǔ)部位則成為防滲的薄弱環(huán)節(jié)，因此，應(yīng)充分考慮各種風(fēng)險因素，合理采用施工方案，是提高壩體防滲的重要途徑，也是確保水庫能夠安全可靠運行的重要手段。