水利樞紐工程大壩左岸滲漏補(bǔ)充地質(zhì)勘察方法與成果分析
——以內(nèi)蒙古赤峰市三座店水庫(kù)為例

趙允亮，徐永江，梁齡予，李 娜

(1.遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110006；2.遼寧宏禹水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，沈陽 110006)

水利樞紐工程大壩左岸滲漏補(bǔ)充地質(zhì)勘察方法與成果分析
——以內(nèi)蒙古赤峰市三座店水庫(kù)為例

趙允亮1，徐永江1，梁齡予2，李 娜2

技術(shù)論壇

(1.遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110006；2.遼寧宏禹水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，沈陽 110006)

2010年經(jīng)巡查發(fā)現(xiàn)三座店水庫(kù)主壩左岸壩坡與岸坡692.0m高程連接處有一明顯滲漏通孔，經(jīng)有關(guān)方面論證：由于壩肩附近地質(zhì)條件復(fù)雜，原防滲處理有一定的難度，滲漏屬繞壩滲漏。設(shè)計(jì)方案是先打檢查勘探孔對(duì)上游滲漏通孔進(jìn)行充填封堵，用以查明左壩頭基礎(chǔ)情況及其滲透性，為設(shè)計(jì)堵漏提供地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本次勘察范圍不大，但勘察精度高，且鉆孔需精確地穿越瀝青混凝土心墻下(高程為682.35m)的混凝土基座，鉆孔上下游誤差僅有25cm。

三座店水利樞紐；繞壩滲漏；檢查勘探孔；充填封堵

1 工程概況

內(nèi)蒙古赤峰市三座店水利樞紐工程是以城市防洪和供水為主，兼顧生態(tài)農(nóng)業(yè)灌溉和發(fā)電等綜合利用的大(2)型工程，由主壩、副壩、泄洪沖砂洞、溢洪道、發(fā)電引水洞及電站廠房等主要建筑物組成。

2010年3月，發(fā)現(xiàn)大壩下游原渡汛圍堰坡腳處有1處滲漏水流出，且在其它坡腳處有積水現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)壩上游巡查發(fā)現(xiàn)在主壩左岸壩坡與岸坡692.0m高程連接處有一明顯滲漏通孔，且孔前有漩渦，其水流流向山巖體內(nèi)，伴有小型漂浮物被吸入。

為此，管理局及時(shí)組織各參建單位赴現(xiàn)場(chǎng)處理有關(guān)事宜，并邀請(qǐng)有關(guān)專家對(duì)左岸滲漏水進(jìn)行分析討論，基本結(jié)論意見為由于壩肩附近地質(zhì)條件復(fù)雜，防滲處理有一定的難度，滲漏屬繞壩滲漏具體措施有：①應(yīng)加強(qiáng)主壩左岸壩肩與副壩的防滲處理；②應(yīng)加深主壩左壩肩附近帷幕深度；③加深副壩帷幕深度與長(zhǎng)度；④增加地質(zhì)鉆孔檢查以指導(dǎo)帷幕灌漿；⑤對(duì)上游滲漏通孔進(jìn)行充填封堵，有利于帷幕灌漿的實(shí)施；⑥適當(dāng)增加或改造利用原繞壩滲流觀測(cè)孔。

2 檢查勘探孔布置、鉆孔方法及設(shè)計(jì)工程量

2.1 檢查勘探孔布置

鑒于大壩已建成，檢查勘探孔布置在壩面上，其布置利用帷幕灌漿先導(dǎo)孔，即是檢查勘探孔也是注漿孔。在主壩左壩肩位置(樁號(hào)：0+040.000-0+000.000)布置3個(gè)孔，距離心墻中心線下游側(cè)1.0m處，孔底深入原帷幕灌漿底線下5.0m；在與主壩相接的副壩位置(樁號(hào)：0+377.208-0+310.000)布置6個(gè)孔，距離復(fù)合土工膜軸線下游1.4m處，孔底高程為665.0m。設(shè)計(jì)鉆孔進(jìn)尺共655.0m[1]。各孔終孔孔深可根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造情況及滲透情況適當(dāng)調(diào)整。

2.2 鉆孔方法

根據(jù)鉆孔位置及壩體結(jié)構(gòu)判斷：鉆孔揭露的巖性(層)主要有人工過渡料層(主壩還包括原河床含泥砂卵石層)、混凝土及基巖等；主壩過渡料層最厚可達(dá)47.6m左右，且要求鉆孔鉛直、精確地穿越瀝青混凝土心墻下(高程為682.35m)的混凝土基座，鉆孔上下游誤差僅有25cm?？梢?，鉆孔的難點(diǎn)主要集中在穿越主壩段的人工過渡料層及保證鉆孔鉛直方向鉆進(jìn)以避免碰到瀝青混凝土心墻。為保證鉆進(jìn)時(shí)不破壞壩體心墻及過渡料等易損結(jié)構(gòu)，鉆孔施鉆前及鉆進(jìn)過程中均采取了特殊措施。

2.3 過渡料層鉆進(jìn)措施

左壩肩的3個(gè)檢查勘探孔過渡料厚度在13.0-55.0m間(包括原河床含泥砂卵石層)， 鉆孔采用金剛石鉆頭，回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)的方法。為保證鉆孔鉛直鉆進(jìn)，施鉆前對(duì)壩面尚未鋪蓋瀝青、不平整的左壩肩3個(gè)孔及副壩J4孔澆筑混凝土鉆機(jī)平臺(tái)，長(zhǎng)、寬、高規(guī)格均為2m×2m×0.5m=2.0 m3，以保證鉆機(jī)座落在平整堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上，鉆機(jī)四角以錨鎖固定，使鉆機(jī)穩(wěn)固；考慮到過渡料中局部可能有漂石存在，采用了大口徑開孔(φ246mm)、低壓慢鉆的方式，即可保證處理漂石后鉆孔不至于偏斜，為下多重套管提供了空間，又可減少對(duì)過渡層造成過大的擾動(dòng)；為避免鉆進(jìn)過程中過渡料流失，采用了泥漿護(hù)壁，緊跟套管的方法，且套管跟下至基巖下0.5m左右。

3 基巖的鉆進(jìn)措施

套管固在基巖下0.5m左右，基巖的鉆進(jìn)即改為φ75mm，采用清水鉆進(jìn)，以保證壓水試驗(yàn)值的真實(shí)性。鉆孔設(shè)計(jì)工作量見表1。

表1 三座店水利樞紐工程檢查勘探孔(補(bǔ)充灌漿先導(dǎo)孔)工程量表

4 該部位前期施工情況

本次檢查勘探主要針對(duì)主壩左端、左壩肩及與之相連的部分副壩進(jìn)行，主壩部分自樁號(hào)0+040.000-0+000.000，副壩部分自樁號(hào)0+377.208-0+310.000。主、副壩以混凝土連接墻銜接。

4.1 主壩施工情況

主壩布置在右岸山體與左岸條形山體之間的主河床部位，主壩壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂長(zhǎng)614.40m，壩頂寬8.00m，最大壩高52.40m，壩頂高程為730.80m。防浪墻頂高程為732.00m。

防浪墻底部通過銅片止水與瀝青混凝土心墻連接，瀝青混凝土心墻采用變截面形式：高程682.35m墻厚1.50，至高程685.35m漸變?yōu)?.80m，高程685.35-704.00m墻厚均為0.80m，高程704.00-729.40m墻厚為0.50m。瀝青心墻上下游兩側(cè)為厚度4.00m的過渡料，填筑高度自原地面高程681.32m至壩頂高程730.80m。上下游過渡料外側(cè)為堆石區(qū)及堆石護(hù)坡，坡比1:1.5，壩底最大厚度188.074m。

瀝青心墻底部通過斷面寬2.50m高2.00m的混凝土基座與混凝土防滲墻相接，瀝青心墻底高程682.35m，與混凝土基座呈弧形面接觸，接觸面刷瀝青瑪蹄脂。心墻底部的混凝土基座底高程為680.50m，基座通過止水膠條與混凝土防滲墻相接。防滲墻起始點(diǎn)自樁號(hào)0+037.600，厚度0.80m，最大墻高30.00m，墻底深入基巖0.50-1.00m，混凝土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)為C108W8，防滲墻上下游即為原河床含泥砂卵石。

4.2 左壩肩施工情況

左岸山體呈條形分布，底寬約300-400m，頂寬約100-200m，前緣呈陡坎狀與河谷相接，迎水坡坡度為1:0.5。瀝青混凝土心墻底部的混凝土基座自樁呈0+030.258沿巖面開始爬坡，厚度不等，約2.80-5.50m，座于強(qiáng)風(fēng)化巖下限，部分段座于強(qiáng)風(fēng)化巖內(nèi)。心墻在距岸坡1.0m處，厚度由0.5m漸變?yōu)?.0m，連接處設(shè)銅片止水，接觸面呈弧形，刷瀝青瑪蹄脂。主副壩間由混凝土連接墻銜接， 連接墻斷面為：頂寬0.5m，兩側(cè)邊坡為1:0.25，墻底高程725.00m。

4.3 副壩施工情況

副壩布置在左岸條形山脊上，呈折線型布置，壩形為復(fù)合土工膜心墻堆石壩，壩頂長(zhǎng)377.00m，頂高程730.80m，防浪墻頂高程732.00m，壩頂寬8.00m，最大壩高4.50m。

副壩防浪墻底部與復(fù)合土工膜相連，土工膜底部與壩基灌漿蓋板相接(部分段無混凝土蓋板，如本次勘察孔J4、J6孔未揭露)，灌漿蓋板下為第三系上新統(tǒng)玄武巖，強(qiáng)風(fēng)化。

4.4 基礎(chǔ)處理施工情況

主壩段、主壩左右壩肩均布置一排帷幕灌漿孔，孔間距2.0m，主壩帷幕軸線位于瀝青心墻中心線、左壩肩帷幕軸線位于瀝青心墻迎水面0-003.950m處；副壩布置一排帷幕灌漿孔，孔間距2.0m，帷幕軸線位于土工膜心墻中心線，灌漿長(zhǎng)度77m(樁號(hào)約為0+377.208-0+300.000)。

左岸帷幕底高程自主壩樁號(hào)0+042.400-0+011.000由620.00m高程上升至678.80m高程，其余左壩肩帷幕與副壩帷幕底線高程均為678.80m。

主壩瀝青混凝土心墻、副壩土工膜心墻、主壩壩基混凝土防滲墻、基巖的灌漿帷幕、壩肩的灌漿帷幕、副壩的灌漿帷幕即組成了主、副壩壩體、壩基的一個(gè)完整的防滲體系。

4.5 鉆孔壓水試驗(yàn)

鉆孔壓水試驗(yàn)依據(jù)《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》(SL31—2003)進(jìn)行。鉆孔孔徑φ75mm，采用自上而下，用單栓塞分段隔離進(jìn)行壓水。壓力表安設(shè)在與試段連通的測(cè)壓管上，作用在試段上的壓力按下式計(jì)算：

P=Pp+Pz

(1)

式中：P為試段壓力，MPa；Pp為壓力表指示壓力，MPa；Pz為壓力表中線至壓力計(jì)算零線的水柱壓力，MPa。

通過壓水試驗(yàn)資料整理，絕大多數(shù)壓水段P—Q曲線為E型(充填型)，僅少部分為C型(擴(kuò)張型)及A型(層流型)。這與玄武巖地層構(gòu)造有關(guān)，多氣孔狀玄武巖風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，張開，起伏粗糙狀，多充填黃泥，部分氣孔內(nèi)半充填黃色黏土；少氣孔狀玄武巖主要發(fā)育平直粗糙狀張開裂隙，主要由鈣質(zhì)、碎屑巖及泥充填；9個(gè)鉆孔中有6孔揭露到了玄武巖多次間歇噴發(fā)所形成的間歇層面，該層面多充填有黏土、砂礫巖等，從干鉆取出的巖芯來看，呈短柱狀，含水性大。

4.6 水位觀測(cè)

水位觀測(cè)內(nèi)容有各孔水位、庫(kù)區(qū)水位、大壩下游水位及滲流量的觀測(cè)，觀測(cè)日期自2010年5月16日到27日。受庫(kù)區(qū)放水、降雨等因素影響，庫(kù)水位、壩下水位及各孔地下水位均有一定的起伏，在此選定5月25日水位進(jìn)行對(duì)比分析。

各孔壓水試驗(yàn)成果及水位觀測(cè)記錄見表2。

4.7 成果分析

本次勘察范圍不大，但勘察精度高，孔間距在12.0-16.0m間，涉及主壩左壩肩及部分副壩，主壩樁號(hào)0+040.000-0+000.000，副壩樁號(hào)0+377.208-0+310.000，共計(jì)約107m左右，主要目的為查明左岸滲漏問題。

1)根據(jù)鉆孔揭露的地層巖性及壓水試驗(yàn)，在634.80m高程以下為第三系中新統(tǒng)(N1)土黃色細(xì)粉砂礫巖及微弱膠結(jié)的雜色尚有黏性的砂礫巖，鉆孔揭露厚度3.6m(J1孔未穿透該層)。該層近水平分布在壩址區(qū)整個(gè)河谷第三系上新統(tǒng)玄武巖(N2)底部，滲透性強(qiáng)(透水率為31.89Lu)，但該層埋深大，且上覆厚層第三系上新統(tǒng)玄武巖，其滲漏對(duì)大壩安全運(yùn)行影響甚微，在此不予考慮。

2)第三系上新統(tǒng)玄武巖(N2)少氣孔狀與多氣孔狀呈互層頻繁交替出現(xiàn)，受噴發(fā)次數(shù)、流動(dòng)速度、前期地形、地物、冷凝時(shí)間等多種條件影響十分復(fù)雜，無明顯的層序變化規(guī)律。

少氣孔狀玄武巖巖石一般較完整，巖石滲透性一般不大，但從鉆孔巖芯來看：局部段巖芯破碎，且發(fā)育傾角50°-85°結(jié)構(gòu)面，張開狀，平直粗糙，主要為鈣質(zhì)膠結(jié)，部分充填黃泥，厚度多在2-5mm間，其即可構(gòu)成地下水的滲流通道。

多氣孔狀玄武巖巖石完整性一般較差，巖體多處存在破碎帶；氣孔一般連通性很差，但少數(shù)尚有連通性；節(jié)理裂隙發(fā)育，主要發(fā)育2組結(jié)構(gòu)面，一組為傾角5°近水平結(jié)構(gòu)面，另一組為傾角為50°-85°結(jié)構(gòu)面，兩組結(jié)構(gòu)面均呈張開狀，起伏粗糙，充填黃泥，厚度2-10mm不等，部分面可見鐵銹色，說明常有地下水活動(dòng)；多氣孔狀玄武巖流層發(fā)育，沿流層層面附近有巖洞存在，尤其左岸壩端，流層層面明顯，層間裂隙甚為發(fā)育，溝通情況明顯。

3)從壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看：第三系上新統(tǒng)玄武巖共進(jìn)行99段壓水試驗(yàn)，其中透水率<5.00Lu的有29段，占全部壓水總數(shù)的29.3%；透水率5.00≤q<20.00Lu之間者有60段，占全部壓水總數(shù)的60.6%；透水率q≥20Lu的有10段，占全部壓水總數(shù)的10.1%。從繪制的“左岸滲透剖面圖”可以看出：較大滲漏區(qū)B區(qū)(透水率5.00≤q<20.00Lu)含強(qiáng)透水區(qū)A區(qū)(透水率q≥20Lu)在659.80-725.10m高程內(nèi)大范圍、連續(xù)性分布。從各孔地下水位與庫(kù)水位比較來看：庫(kù)水位高于各孔地下水位2.09-5.11m，說明B+C區(qū)為繞壩滲漏的主要斷面。

尤為注意的是，左壩肩0+0400.00m延展至副壩0+366.00m，長(zhǎng)約51.0m，高程約675.8-703.2m之間的范圍存在一強(qiáng)透水區(qū)A區(qū)。經(jīng)水位觀測(cè)比較，該區(qū)地下水位高程為688.46m(J2孔觀測(cè)值)，僅低于庫(kù)水位(庫(kù)水位高程為690.55m)2.09m，說明該區(qū)為繞壩滲漏的主要斷面。該區(qū)滲漏水對(duì)大壩安全影響極為嚴(yán)重，因?yàn)閹?kù)水繞滲出此滲漏斷面后，即進(jìn)入心壩后過渡料，將帶走過渡料中的細(xì)小顆粒，久之，可造成潰壩。

圖1 線壩滲漏斷面區(qū)對(duì)大壩影響示意圖

4)從“左岸滲透剖面圖”可以看出：壩基高程659.8-687.9m間連續(xù)分布一相對(duì)弱透水層(C區(qū))，據(jù)鉆孔揭露的巖芯可知，該層主要為灰色少氣孔狀玄武巖組成，其滲透性主要受節(jié)理裂隙控制。

5)通過連線各孔地下水位，發(fā)現(xiàn)其在平面上呈舒緩波狀，相對(duì)高差約3.0m左右。第三系多氣孔狀與少氣孔狀玄武巖滲透規(guī)律不明顯，存在不同透水性，其空間分布關(guān)系復(fù)雜，無明顯層序，受節(jié)理裂隙和風(fēng)化作用的影響很大。各孔地下水位連線呈舒緩波狀與地下水滲流途徑所遇到的不同滲透介質(zhì)、節(jié)理裂隙的多少與連通性及滲徑長(zhǎng)短所造成的不同水頭損失有關(guān)。

6)壩下水位及滲流量受大氣降水影響很大，觀測(cè)期間有降雨過程；另外；施工用水、放水也對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響較大。因此，壩下水位及滲流量與庫(kù)水位變化關(guān)系尚未明確，但觀察與量水堰相連的排水溝滲流水，發(fā)現(xiàn)溝底由滲流水?dāng)y帶出的細(xì)砂有微增趨勢(shì)。

7)根據(jù)鉆孔過程中出現(xiàn)的特殊情況分析：鉆孔穿越渡料時(shí)均采用泥漿護(hù)壁、跟管鉆進(jìn)的方式進(jìn)行，J1孔在9.0m處、J3孔在10.0-13.0m出現(xiàn)坍孔丟漿現(xiàn)象，說明該部位過渡料級(jí)配極不均勻，有一定的孔隙率。

5 結(jié)論及建議

1)左岸壩基多氣孔狀與少氣孔狀玄武巖空間分布關(guān)系復(fù)雜，呈互層狀，無明顯層序規(guī)律，且頻繁交替。少氣孔狀玄武巖透水性差，但局部有破碎帶或節(jié)理裂隙發(fā)育；多氣孔狀玄武節(jié)理裂隙發(fā)育，多處出現(xiàn)破碎帶，且流層間風(fēng)化裂隙極為發(fā)育，溝通情況明顯?？傮w來看壩基巖石有蓄存地下水和地下水滲流的地質(zhì)條件。

2)左岸壩基巖石自高程659.8-725.1m范圍內(nèi)，存在連續(xù)性滲透斷面。其中左壩肩675.8-703.2m高程范圍內(nèi)，壩體與山體連接部位滲漏最大，對(duì)大壩安全運(yùn)行影響極為嚴(yán)重，應(yīng)盡快徹底解決該部位的滲漏問題。

3)壩基下高程659.8-687.9m間連續(xù)分布一相對(duì)弱透水層，基礎(chǔ)的防滲處理底線建議不高于659.8m高程，且局部應(yīng)適當(dāng)加深，如J1、J3、J8等3孔的控制區(qū)。

4)左壩肩心墻后的過渡料，應(yīng)進(jìn)行回填充實(shí)處理。

[1]趙勇.地質(zhì)物探綜合勘察在水庫(kù)大壩漏水中的應(yīng)用[J].煤炭與化工，2014，37(02)：110-113.

1007-7596(2016)11-0043-05

2016-10-12

趙允亮(1963-)，男，遼寧沈陽人，高級(jí)工程師；徐永江(1965-)，男，遼寧錦州人，教授級(jí)高工；梁齡予(1989-)，女，遼寧沈陽人，助理工程師；李娜(1986-)，女，遼寧沈陽人，工程師。

TV698.23

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