四方山水庫(kù)大壩滲漏原因分析及處理措施

王興利，劉慧民

（1.甘南縣水土保持辦公室，黑龍江甘南 162100;2.甘南縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江甘南 162100）

1 概況

四方山水庫(kù)位于甘南縣長(zhǎng)山鄉(xiāng)，是一座以灌溉為主，防洪、養(yǎng)魚(yú)綜合利用的中型水庫(kù)。四方山水庫(kù)興建于1958年，后經(jīng)多年建設(shè)達(dá)到現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞等組成。設(shè)計(jì)壩頂高程為184.00 m，壩長(zhǎng)1 255 m。左壩端設(shè)1孔1.8 m×2.0 m灌溉涵洞，壩右端為側(cè)槽式溢洪道。

由于1998年特大洪水超過(guò)水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，洪水漫過(guò)壩頂，壩體北端被沖開(kāi)100 m的缺口，輸水洞被沖走，壩基天然黏土層被破壞，下游壩腳處被沖開(kāi)長(zhǎng)200 m，寬50 m，深3～4 m的深坑。1998年洪水過(guò)后，四方山水庫(kù)于1999年和2003年進(jìn)行了2次除險(xiǎn)加固，樞紐布置沒(méi)有改變，壩頂高程為184.00 m，壩長(zhǎng)1 255m。

2007年11月四方山水庫(kù)委托相關(guān)單位進(jìn)行了水庫(kù)大壩滲漏端口位置探測(cè)，分析左壩肩滲漏主要途徑有：①潰壩重建時(shí)部分凍土填方密實(shí)度不夠，形成滲漏通道;②潰壩處重建清基不徹底，在大壩底部形成了滲漏通道;③庫(kù)區(qū)滲透水通過(guò)壩基強(qiáng)透水層滲至壩后。針對(duì)此壩體及壩基滲漏問(wèn)題，提出以下處理措施：針對(duì)以砂礫石為主透水層的壩基進(jìn)行高噴灌漿。山巖與左岸壩體接觸處、壩體滲漏處（樁號(hào)0+000～0+162）帷幕灌漿。其余壩體滲透部分進(jìn)行滲漏通道準(zhǔn)確探查，對(duì)壩體滲透通道部分選擇帷幕灌漿。

2 工程地質(zhì)

2.1 壩體填土質(zhì)量評(píng)價(jià)

在樁號(hào)0+000～0+011 m壩段為與岸坡聯(lián)接段，上層為填土，下層為原岸坡，填土厚0.5 m，由高液限黏土夾砂礫石組成，高液限黏土呈硬塑狀態(tài)。下部0.7～3.0 m為級(jí)配良好礫石，3.0 m以下為級(jí)配不良礫。

0+011～0 +147 壩段被1998年特大洪水沖毀，1999～2000年修復(fù)。上部為低液限黏土，下部為高液限黏土，均呈硬塑狀態(tài)。壩體土質(zhì)較均，密實(shí)度較高，防滲性能較好。11.0～11.90 m為高液限黏地與砂礫石混合層，較密實(shí)。

0+147～1 +179 壩段為早年修筑，主要為高液限黏土組成，局部為低液限土，2.5～4.2 m以上呈硬塑狀態(tài)，以下呈可塑狀態(tài)，局部呈軟塑狀態(tài)，壩體土質(zhì)不均，密實(shí)度差異較大。

2.2 壩基地質(zhì)評(píng)價(jià)

1）第一層低液限黏土、高液限黏土，0+011～0+147段缺失此層，呈可塑狀態(tài)，滲透系數(shù)小，屬極微透水。承載力較高。

2）第二層級(jí)配良好礫、級(jí)配不良礫，該層普遍分布，呈中密～密實(shí)程度，滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值k=1.2×10-1cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水，該層分布穩(wěn)定，厚度較大，承載力較高。

3 大壩滲漏端口位置探測(cè)

3.1 大壩滲漏相關(guān)情況調(diào)查

1）大壩存在滲漏問(wèn)題：據(jù)水庫(kù)管理人員介紹，大壩左壩段（即北壩段）輸水洞以北壩后常年有滲透水出流，水位高時(shí)壩后坡面上可見(jiàn)明水滲出。左壩段壩后有一積水泡，是潰壩時(shí)下泄水流沖刷而成，從潰壩以后常年積水，水庫(kù)管理人員判定是因?yàn)橛写髩螡B漏水補(bǔ)給所至。

2）大壩潰口重建存在質(zhì)量問(wèn)題：根據(jù)調(diào)查得知，1998年大水過(guò)后，甘南縣政府積極自籌資金，組織縣水利機(jī)械公司對(duì)水庫(kù)大壩決口段進(jìn)行復(fù)建。由于當(dāng)時(shí)已進(jìn)入初冬，只完成了大壩北側(cè)少部分土方填筑，夜間溫度在-5℃ ～-15℃，上壩土料已經(jīng)凍結(jié)成塊狀的土料，無(wú)法壓實(shí)，密實(shí)度與要求相差較大，工程質(zhì)量差。其余大部分土方工程于1999年5月完成，左壩肩接沖溝處形成的4～5 m的陡崖沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求削坡后再填筑，而是直接和壩體連接。當(dāng)時(shí)由于機(jī)械設(shè)備不足，基礎(chǔ)有一處約10 m長(zhǎng)水溝部分清理沒(méi)有達(dá)到要求深度，存在著清基不徹底的質(zhì)量問(wèn)題。由于潰口重建工程沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理和質(zhì)檢人員進(jìn)行施工質(zhì)量控制，沒(méi)有施工記錄，無(wú)從得知壩基處理情況及壩體填筑層厚及碾壓遍數(shù)。2003年對(duì)壩體又進(jìn)行了加高培厚，壩體加高到高程184.00 m。此次施工時(shí)工地有監(jiān)理和質(zhì)檢人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量控制和檢測(cè)。探測(cè)人員于10月30日到達(dá)水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)時(shí)壩前水位為177.00 m（死水位177.12 m）?，F(xiàn)場(chǎng)看見(jiàn)左壩肩壩后有一個(gè)寬約50 m，長(zhǎng)約200的積水坑，此積水坑深淺不一，平均深度大約有1.0 m。

3.2 探測(cè)結(jié)果分析

1）水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)探測(cè)到的集中滲漏區(qū)域東西向較長(zhǎng)，約80 m。在該范圍內(nèi)場(chǎng)值均比正常場(chǎng)強(qiáng)值高，由此判斷該滲漏入口表現(xiàn)的是大面各散浸特征，不是孤立存在的滲漏通道入滲點(diǎn)。

2）水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)探測(cè)到的集中滲漏區(qū)域靠近水庫(kù)左岸邊，并且沿著左岸邊走向長(zhǎng)條形分布。為了封堵住大壩滲漏通道入口，1999年曾在庫(kù)區(qū)左壩段前做黏土鋪蓋，由于該區(qū)域地勢(shì)向左岸邊方向呈升高態(tài)勢(shì)，由于施工原因，靠近左岸邊位置的黏土鋪蓋厚度極有可能不足，由此形成了靠近左岸邊的庫(kù)區(qū)水集中入滲的條形區(qū)域。

3）結(jié)合大壩北段地質(zhì)資料和潰壩重建調(diào)查得知的情況分析，大壩北端滲漏水可能通過(guò)以下3個(gè)途徑滲至壩后：①大壩北段潰壩重建時(shí)部分凍土填方密實(shí)度不夠處形成了滲漏通道;②潰壩處重建清基不徹底在大壩底部形成了滲漏通道;③庫(kù)區(qū)滲透水通過(guò)壩基強(qiáng)透水層滲至壩后。

4 大壩滲漏工程處理措施

4.1 設(shè)計(jì)方案比較

1）比選方案一：利用現(xiàn)有工程布局，對(duì)壩基滲漏部位處理。在壩前趾地面進(jìn)行壩基高噴灌漿（垂直防滲），對(duì)壩體滲漏部位進(jìn)行土工膜防滲（原設(shè)計(jì)的反濾用的無(wú)防布換為有防滲功能的土工膜）。壩體其它結(jié)構(gòu)形式不變。見(jiàn)圖1。

2）比選方案二：對(duì)壩基滲漏部位在上游地面按初步設(shè)計(jì)進(jìn)行黏土鋪蓋（水平防滲），對(duì)壩體滲漏部位進(jìn)行土工膜防滲，壩體其它結(jié)構(gòu)形式不變。見(jiàn)圖2。

3）比選方案三（推薦方案）：在壩頂進(jìn)行基礎(chǔ)處理高噴灌漿，壩體查明嚴(yán)重滲漏部位進(jìn)行帷幕灌漿。見(jiàn)圖3。

3種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行工程造價(jià)及優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1和表2。

表1 防滲處理方案比較表 萬(wàn)元

表2 設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

4.2 防滲設(shè)計(jì)

針對(duì)以砂礫石為主強(qiáng)透水層壩基，進(jìn)行高噴灌漿。高噴灌漿軸線位置距原有壩頂高程184.00 m的上游邊緣2.0 m處，寬度1 255 m。采用擺噴對(duì)接，擺角30°。

壩基砂礫石層下有弱透水鞍山巖、黏土夾礫石，采用單排布孔，孔深＜25 m，孔距1.5 m，為加強(qiáng)和基巖結(jié)合面的滲透穩(wěn)定性，高噴灌漿深入鞍山巖以下0.5 m，深入黏土夾礫石層以下1.0 m。由于壩基原有天然覆蓋層厚度不均，高噴板墻與黏土層連接深度為2 m。

壩體左側(cè)（0+000～0+162 m）滲透部分帷幕灌漿，孔距1.5 m，灌漿位置在壩頂。帷幕灌漿頂高層與校核水位持平，底高程為壩體回填土以下2 m處。

高噴灌漿、灌漿帷幕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按形成的板墻 k≤1×10-5cm/s。灌漿壓力、提速及水泥用量等參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。灌漿完成之后，應(yīng)進(jìn)行圍井試驗(yàn)。

板墻滲透系數(shù)k=1×10-5cm/s計(jì)，在正常運(yùn)用情況時(shí)，板墻段水頭損失為4.15 m。

板墻滲透坡降計(jì)算公式為：

式中：ΔH為板墻段水頭損失值;δ為板墻厚以0.08～0.20 m計(jì)。計(jì)算得：ih=0.019～20.75，在允許范圍內(nèi)。

板墻插入壩體長(zhǎng)度L板計(jì)算公式為：

式中：H為板樣承受水壓力;J為黏土和板墻之間允許接觸滲透坡降。由于壩底黏土質(zhì)量差，現(xiàn)取3.0。計(jì)算得：L板=0.69m，取2m。在上述計(jì)算過(guò)程中沒(méi)計(jì)入滲流進(jìn)出口段滲流損失值，但對(duì)結(jié)果影響很小。壩基造孔長(zhǎng)度計(jì)算見(jiàn)表3，壩體造孔長(zhǎng)度計(jì)算見(jiàn)表4。

表3 壩基處理造孔長(zhǎng)度計(jì)算表 m

表4 壩體滲漏部分處理造孔長(zhǎng)度計(jì)算表 m

圖1 方案一中的土壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

圖2 方案二中的土壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

圖3 方案三中的土壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖