復(fù)雜地質(zhì)條件下某水庫(kù)滲漏原因及工程措施研究

0 引言

水庫(kù)滲漏是危害其安全穩(wěn)定的原因之一[]，為提高水庫(kù)滲漏分析工作的質(zhì)量和水平，必須采用更先進(jìn)的方法和手段，及時(shí)確認(rèn)水庫(kù)滲漏的可能性[2-4]。

通常，土壤結(jié)構(gòu)不均勻、地下水位變化頻繁及地震等自然因素，容易引發(fā)水庫(kù)滲漏問(wèn)題。在高架地形上建造上層水庫(kù)，往往會(huì)造成水庫(kù)水位之間脫節(jié)，在水壓差影響下可能導(dǎo)致水庫(kù)滲漏[5]。滲漏問(wèn)題不僅影響水壩的工程安全，還影響其水庫(kù)的水資源利用效率?？茖W(xué)分析水壩滲漏原因并采取有效防滲措施，是目前水利工程領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

鑒于此，本文基于某水庫(kù)的滲漏現(xiàn)象，系統(tǒng)的分析復(fù)雜地質(zhì)條件下水庫(kù)滲漏的主要原因，并采取有效的防滲措施和管理策略，以期為水庫(kù)的安全運(yùn)行提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，進(jìn)而促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用與管理。

1工程概況

本文以某水庫(kù)為工程背景，該項(xiàng)目主要有兩大部分組成，包括樞紐工程和輸水工程。其中樞紐工程由水壩、右岸排洪水道、右岸導(dǎo)流輸水泄洪隧洞組成。大壩壩型為黏土心墻風(fēng)化料壩，最大水壩高為 87.3m ，水壩頂部高程為 2104.2m 。輸水工程由三條管道組成，總長(zhǎng)度為52.2km 。

該水庫(kù)處于正常蓄水位時(shí)高程為2096.6m，總體容水量為2022.6萬(wàn) m³ 。該水庫(kù)主要用途為工業(yè)生產(chǎn)用水、居民生活用水以及農(nóng)田灌溉。經(jīng)查當(dāng)?shù)厮畮?kù)資料發(fā)現(xiàn)，該水庫(kù)灌溉面積達(dá)4.92萬(wàn)畝，年供水量達(dá)2132.7萬(wàn)m。根據(jù)水庫(kù)等級(jí)劃分，其屬于IⅢ等級(jí)中型水庫(kù)。水庫(kù)沿壩軸線剖面如圖1所示。

2地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該水庫(kù)所在地區(qū)地貌屬于構(gòu)造侵蝕河谷堆積地貌。壩址位于向陽(yáng)河與自立溝河匯口上游370m處。河谷呈“V”形，寬度在25＼～65m之間，河床面高程為 2026～2033m 兩側(cè)山頂高程為 2169～2185m ，落差為 136～159m。

向陽(yáng)河壩址區(qū)域的流向經(jīng)歷了從 S4^°E 至 E24^°S ，然后轉(zhuǎn)向 S3^°E ，最后變?yōu)?E25^°S ，河流在平面上呈現(xiàn)“W”形，河道曲折，受到河流沖刷的影響，兩岸坡地形起伏明顯。壩址左岸為凸岸地形，右岸則為凹岸地形，岸坡的坡度一般在 35～50^° 之間，局部地段較為平緩。

2.2地層巖性

上部?jī)?chǔ)集層的基巖主要由砂巖組成。上部?jī)?chǔ)層巖石高度風(fēng)化，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的風(fēng)化和較差的完整性。地表裸露的巖石主要是強(qiáng)烈的風(fēng)化，局部裸露的粉砂質(zhì)泥巖表現(xiàn)出完全的風(fēng)化。強(qiáng)風(fēng)化帶的深度為 20～40m ，而弱風(fēng)化帶相對(duì)較厚，較低的埋深通常超過(guò) 150m 。鉆孔水力試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)風(fēng)化巖體為高滲透層，弱風(fēng)化巖體以弱滲透層為主。水庫(kù)周圍流域的相對(duì)不透水層埋在深度60～150m ，屋頂高程為 161～275m ，位于正常水庫(kù)水位以下 20～135m 。

該水庫(kù)的地下水主要由基巖裂縫水組成，水位于60＼～150m的深度。河岸斜坡和兩條溝壑之間的地下水位在 15～60m 之間。水庫(kù)周圍的一些地下水位比正常儲(chǔ)存水位低 33～150m 。地下水補(bǔ)給源于降水，并以泉水的形式排入溝壑。山內(nèi)的地下水力梯度相對(duì)平緩，從 5%～10% 不等。

除了水流外，水庫(kù)區(qū)還沿著裂縫帶呈現(xiàn)局部承壓水，通常為 0.05～5.00m 寬。這些斷層按走向分為四組：北-東北－東（NNE）、北-西北（NNW）、東北－東（NEE）和西北（NW）。斷層F1、F2、F5和F8穿過(guò)流域，可能作為蓄水后水庫(kù)水的集中泄漏通道。

3水庫(kù)滲透分析

3.1滲透量分析

本次檢測(cè)出該水庫(kù)的滲透類型包括水庫(kù)岸邊滲透和水庫(kù)底部滲透，水庫(kù)岸邊有少量泥沙沉淀于地板上，3個(gè)庫(kù)岸觀測(cè)流量為 5.1L/s 。水庫(kù)底部剛開始出現(xiàn)滲漏，后逐漸增加出水點(diǎn)，面積也逐漸擴(kuò)大直至穩(wěn)定。經(jīng)測(cè)共有集中出水點(diǎn)4個(gè)，面積約 69m² ，滲漏量2.2L/s。滲漏監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖2所示。

初期經(jīng)對(duì)水庫(kù)滲漏處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿后，初期滲漏量由灌前的 5L/s 減小至 3.8L/s 左右，減小 1.2L/s 左右。而當(dāng)庫(kù)水位增加至 1686m 時(shí)，壩腳總滲漏量又增加至5.238L/s，滲水呈股狀流出。滲漏量為多年平均來(lái)水量的 10% ，滲漏量偏大。

3.2滲透原因分析

3.2.1水庫(kù)滲漏常見原因

滲漏的主要原因包括以下幾方面：一是壩體材料滲透性高。如果壩體填筑材料選擇不當(dāng)，或者材料本身滲透性較高（如砂土、礫石等），均容易導(dǎo)致滲漏。二是壩基條件不良。壩基土層或巖層的滲透性較高，或者存在裂隙、斷層等，則會(huì)使得水體容易通過(guò)壩基滲漏。三是施工質(zhì)量問(wèn)題。施工過(guò)程中如果填筑不密實(shí)、接縫處理不當(dāng)，或混凝土澆筑質(zhì)量差，都會(huì)導(dǎo)致滲漏。四是壩體材料老化和損壞。壩體材料老化，及地震、沉降等外力作用，均會(huì)造成壩體出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致滲漏。五是水位變化。水庫(kù)水位的急劇變化可能會(huì)引發(fā)滲流路徑的改變，增加滲漏風(fēng)險(xiǎn)。六是排水系統(tǒng)不完善。如果壩體的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者維護(hù)不當(dāng)，無(wú)法有效排出滲流水，也會(huì)導(dǎo)致滲漏問(wèn)題。

3.2.2現(xiàn)場(chǎng)滲漏勘察狀況

基于該水壩的復(fù)雜地質(zhì)條件以及前期勘察資料分析，認(rèn)為引起水庫(kù)滲透的原因主要是壩基條件不良。滲漏類型主要包括常規(guī)滲漏型和侵蝕基準(zhǔn)面滲漏型，其中常規(guī)型位于水壩旁岸邊的洼地處和河谷谷肩，侵蝕基準(zhǔn)面型位于靠近河谷區(qū)域的基準(zhǔn)面以及水壩旁山區(qū)邊緣處。組成壩基的土壤成分為含碎石的黏土，其滲透性較高，容易引發(fā)管涌等現(xiàn)象。水庫(kù)管涌示意如圖3所示。

4防滲措施及效果

4.1常見防滲方案

針對(duì)水壩滲漏問(wèn)題，常采取以下防滲措施：一是使用低滲透性的材料填筑壩體，如黏土、壤土等，并確保材料的壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以減少滲漏。二是在壩基施工前，進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，采用帷幕灌漿、混凝土防滲墻、振沖法等地基處理方法，封閉裂隙和斷層，降低壩基的滲透性。三是嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保填筑材料的均勻性和密實(shí)度，并加強(qiáng)接縫和混凝土澆筑的處理，避免施工缺陷導(dǎo)致的滲漏。四是定期對(duì)壩體進(jìn)行檢查和監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)裂縫和損壞部位，防止?jié)B漏問(wèn)題進(jìn)一步惡化。五是設(shè)置有效的排水系統(tǒng)，包括排水溝、排水孔等，確保滲流水能夠及時(shí)排出，減少滲漏壓力。六是在壩體上游面鋪設(shè)防滲面板，如混凝土面板、土工膜等，形成不透水層，阻止水體滲入壩體。七是合理調(diào)度水庫(kù)水位，避免水位急劇變化，減少對(duì)壩體的滲流壓力。八是對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)滲漏問(wèn)題的水壩采取加固措施，如增加防滲層、灌漿加固等，修復(fù)滲漏部位。

4.2現(xiàn)場(chǎng)防滲設(shè)計(jì)

上游水庫(kù)的流域相對(duì)較薄，結(jié)合密集的斷層發(fā)展，如果不進(jìn)行防滲處理，裝滿水的水庫(kù)將經(jīng)歷流域漏水。如果不采取防滲措施，上部水庫(kù)的總泄漏量可能超過(guò)25000m³/d ，約占總存儲(chǔ)容量的 1.8‰ ，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5‰ 。

鑒于該項(xiàng)目為日調(diào)純抽水蓄能電站，且沒(méi)有水庫(kù)上游的自然徑流，需使用電站單元泵將水從下水庫(kù)抽至上水庫(kù)。為了最大限度地減少水損失并防止對(duì)地下發(fā)電廠的水文地質(zhì)條件產(chǎn)生不利影響，對(duì)上部水庫(kù)盆地采用了全面的防滲方法。

4.3水庫(kù)周邊防滲

水庫(kù)周邊的總防滲面積跨度約為18萬(wàn) m² 。水庫(kù)周邊的防滲使用0.4m厚的鋼筋混凝土板。主項(xiàng)通過(guò)上游堆石區(qū)的連接板連接到水庫(kù)底部的防滲系統(tǒng)，而兩個(gè)輔助壩則通過(guò)鋼筋混凝土排水走廊連接到防滲系統(tǒng)。在周圍水庫(kù)道路下方的擋土堤斜坡上，防止?jié)B漏，并按照1.0：1.4的開挖比例應(yīng)用鋼筋混凝土板。在面板下方，使用無(wú)砂混凝土輔助排水，并在面板底部設(shè)置鋼筋混凝土排水廊道，以防止水庫(kù)底部滲漏。

4.4水庫(kù)底部防滲

修補(bǔ)漏洞方面，對(duì)于水庫(kù)盆地底部，采用厚度為1.5mm、不透水寬度為 8m. 、水力傳導(dǎo)率為 10^-12～10^-11cm/s 的HDPE土工膜。水庫(kù)底部的總防滲面積約為25萬(wàn) m² ，進(jìn)水口和出水口防滲體的頂部高程為 240m ，南水庫(kù)底部高程為 248m 。

4.5 防滲效果

水庫(kù)修復(fù)前、后滲漏量對(duì)比折線如圖4所示。從圖4可以看出，對(duì)水庫(kù)周邊滲漏進(jìn)行修復(fù)后，滲流量曲線呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)。初期顯著下降，隨后緩慢上升，最終趨于穩(wěn)定，保持在約0.2L/s。這一現(xiàn)象表明，所采用的工程技術(shù)措施在初期有效降低了水庫(kù)的滲漏率。后續(xù)滲流量的回升可能與水庫(kù)的地質(zhì)特點(diǎn)及施工材料的滲透性相關(guān)。

此外，使用土工膜技術(shù)構(gòu)建的水庫(kù)底部，其滲流量同樣下降后最終穩(wěn)定在約0.6L/s。這一結(jié)果表明，土工膜在防滲方面也具有一定效果，但其滲漏率仍顯得較高。

5結(jié)論

本文以某水庫(kù)項(xiàng)目的滲漏現(xiàn)象為研究背景，采用的不同防滲技術(shù)措施，并通過(guò)監(jiān)測(cè)得出防滲施工后的滲漏量。得到以下結(jié)論：

該地區(qū)的土壤成分為含碎石的黏土的地質(zhì)特點(diǎn)，是造成水庫(kù)滲漏的主要原因。水庫(kù)岸邊采用鋼筋混凝土板修復(fù)后，滲漏量由 5.1L/s 下降至 0.2L/s 左右。水庫(kù)底部采用土工膜技術(shù)修復(fù)后，滲漏量由2.2L/s下降至0.6L/s 左右。防滲效果表明，滲漏量可能與水壓力和材料的滲透力有關(guān)。采用混凝土和土工膜技術(shù)可以對(duì)水庫(kù)滲漏進(jìn)行修補(bǔ)。

土工膜防滲結(jié)構(gòu)層由 8.5kg 壓力保護(hù)預(yù)制塊、 500g/m² 的長(zhǎng)絲土工布、1.5mm厚的HDPE土工膜、 1300g/m² 的三維復(fù)合排水網(wǎng)、10cm厚的砂墊層、 40cm 厚的礫石墊層以及1.3m厚的過(guò)渡層組成。土工膜采用雙規(guī)格焊縫連接，并在每個(gè)接頭位置增設(shè)直徑為 25cm 的圓形補(bǔ)丁，以增強(qiáng)其穩(wěn)固性。

參考文獻(xiàn)

[1]馬琪.新疆阿克陶縣白山湖水庫(kù)滲漏及液化問(wèn)題分析與評(píng)價(jià)[J].云南水力發(fā)電，2024，40（5）：51-54.

[2]王邦陽(yáng)，楊在月.云南某新建水庫(kù)滲漏問(wèn)題分析與評(píng)價(jià)[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2024，（4）：263-266+271.

[3]武罡.陜西乾縣響石潭水庫(kù)巖溶滲漏問(wèn)題淺析[J].陜西水利，2024，（4）：129-131.

[4]郎穎.龍門水庫(kù)防滲處理方案比選及治理效果分析[J].黑龍江水利科技，2024，52（1）：117-120.

[5]彭三曦.貴州林歹鋁土礦深部地下開采防治水研究[D].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2017.