面店水库坝基(肩)渗漏原因分析与实践

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  摘要:随着国民经济的发展、科学技术的不断提高,本文笔者结合多年来的工作实际简述了曲靖市麒麟区面店水库建成蓄水后坝基(肩)出现渗水,经对渗漏原因进行了详尽的分析,采取了适宜的技术措施,彻底解决了渗漏问题,工程得以正常运行。
  关键词:水库勘察;坝肩渗漏;地质构造;渗漏原因分析
  面店水库地处开发区面店村旁,距曲靖市区10km,位于珠江流域西江水系南盘江右岸支流白石江上游段,地理座标位置东经103°42′,北纬25°30′。
  该水库始建于1955年,后历经多次修整改造,至1973年才完成,达到现有工程规模。面店水库控制径流面积为18.3km2,主河道平均坡降为0.025,河长5.7km,流域地貌呈云贵高原滇东北丘陵地貌特征,流域植被较好。面店水库大坝最大坝高31.8m,坝轴长286m。设计总库容407万m3,是一座以农田灌溉、城市供水为主,兼顾下游防洪调节综合利用的小(一)型水库,隶属于曲靖市麒麟区水务局。
  1、勘察中发现的异常现象
  (1)沿坝轴线的钻孔水位与库水位及渗漏量呈正相关。每个钻孔中均存在不回水段,主要集中在基岩面附近。在坝轴线桩号0+089.1m输水隧洞洞顶处钻孔入基岩1.00m后,注入3.6t水泥仍未能封住钻孔,说明左岸基岩裂隙发育宽度较大,输水隧洞围岩存在松动圈。
  (2)新建输水隧洞位于原地下水位之上,蓄水后洞室衬砌外部均充水,说明洞室围岩裂隙、空隙较大,连通性好。
  (3)坝轴线桩号0+119m、0+181m、0+250m处钻孔深7.00m、20.70m、6.70m时均不回水,后投入染料,0+119m历时70min在左岸下游集中渗漏点流出,0+181m历时50min在下游河槽集中渗漏点流出,0+119m历时60min在右岸下游岸坡渗漏点流出,说明坝土与基岩结合部存在通道式渗漏。
  (4)现场取砂岩一块,厚约30mm~60mm,向砂岩层面垂直滴水时,水很难透过岩层;而沿岩块断口滴水时,水很容易沿断口方向产生渗透,说明水易沿层理面或岩石断口产生渗透。
  (5)输水隧洞轴线0+124.6m向洞顶打一钻孔ZK7,产生了掉钻和漏水,说明输水隧洞围岩存在松动圈,岩体破碎。后在该位置进行灌浆,灌入水泥14.6t,砂14.3m3。
  (6)經钻探揭示,钻孔岩芯未发现水泥结石,压水试验不能达到防渗标准,说明1984、1992年虽经两次灌浆处理,施工质量较差。
  2、坝址区基本地质条件
  2.1地形地貌
  坝址区地处河谷冲沟中段的较为狭窄地带,属侵蚀剥蚀地貌,山体主要由砂岩、粉砂岩组成,局部含残坡积层。总体地势南高北低。坝址区河谷大坝呈“V”字型,河谷走向S65°E。砂页岩分布区,因表层岩石风化强烈,岩质松软,多为残坡积层覆盖。大坝河槽段与右侧坝脚山体相交处山体较陡,切割较深,基岩出露,河谷自上游向下游逐渐变窄,坝址处河槽宽150米,河床纵坡为10‰。
  2.2地层岩性、
  沿坝轴线上部为第四系松散堆积物,下部为泥盆系下统西屯组的(D1xt)泥质粉砂岩、砂岩,自上而下分为四个工程地质层:
  ①第四系全新统人工堆积(Q4s)为土坝坝体,灰、黄、褐黄、紫红、灰黑、杂色含砾粉质粘土、砂质粘土,干燥-湿,稍密-中密,可塑,粒径2-100mm棱角状砂岩、石英砂岩,碎石含量0-25%。据大坝钻孔ZK3揭露,层厚0—20.7m。
  ②第四系残、坡积层(Qedl):主要由砂质粘土、粘土及砾石等组成,结构松散,分布于整个库区及上下游坝址区。厚度2-10米。
  ③第四系冲、洪积层(Qapl):主要由砂质黏土、砂卵砾石组成,厚0—5m,主要分布于河谷低洼及切割较大的冲沟之内。
  ④泥盆系下统西屯组(D1xt):岩性为灰色泥质粉砂岩、砂岩,层厚61-727米,主要分布于库区和上下游坝址区,在区内广泛出露。
  ②、③、④层均位于正常蓄水位以下,均为现状渗漏的层位。
  2.3地质构造
  坝址区岩层近水平状,倾角约8°~10°,无断层,坝轴线发育两组高倾角裂隙,第一组走向65°~80°,间距约0.4m~1m,在左坝肩上游山体出露;第二组走向为330°~350°,间距约0.6m~3m,在土坝下游右岸出露。两组裂隙在左、右坝肩上游与库水相通。两组裂隙相互切割,在强风化层中很发育,延伸长度达数十米,张开宽度3~25mm,在弱风化层中为闭合至1~4mm,其与层理面组合,岩体呈豆腐块状,裂隙和层理面有流水现象。
  左岸输水隧洞开挖施工时,发现一条高倾角卸荷裂隙,走向121°~131°(输水隧洞走向116°~146°),斜穿输水隧洞,裂隙两侧影响宽度约3m,充填岩块、岩屑,局部空洞达20cm,施工时引起隧洞产生了高约6m的塌方。除险加固灌浆施工时在该裂隙处灌入了16m3砂子和34t水泥。
  2.4水文地质条件
  左岸(0-020~0+080m):据大坝钻孔ZK2压(注)水试验资料,岩石的单位透水率q多大于10Lu,强-中等透水。包括全风化层在内,该段坝基之下3段透水率均大于10Lu,1-2段透水率平均值125.6Lu,第三段透水率12.3Lu,接近弱透水,之下钻孔揭露的两段岩石单位透水率均小于10Lu。左岸下游不存在低邻谷及较低冲沟,两坝肩岩体上部基岩裸露,覆盖较薄,下部D1xt砂岩强风化,破碎,节理裂隙较发育,左坝肩存在绕坝渗漏问题。
  河床(0+080~0+230m):据大坝钻孔ZK3压(注)水试验资料,包括全风化层在内,岩石的单位透水率q大于10Lu,强-中等透水。包括全风化层在内,该段坝基之下3段透水率均大于10Lu,该段坝基之下3段透水率均大于10Lu,透水率平均值64.4 Lu。之下钻孔揭露的两段岩石单位透水率均小于10Lu。   右岸(0+230~0+300m):据大坝ZK4钻孔压(注)水试验资料,包括全风化层在内,岩石的单位透水率q大于10Lu,强-中等透水。包括全风化层在内,该段坝基之下3段透水率均大于10Lu,該段坝基之下2段透水率均大于10Lu,透水率平均值76 Lu。之下钻孔揭露的三段岩石单位透水率均小于10Lu。
  基岩弱透水层顶界(q=10Lu)平均深度及最低高程表
  未建库前左岸地下水位高程1924.6m,右岸地下水位高程1925.7m,均属基岩裂隙型潜水,输水隧洞施工时,洞室干燥,亦未发现有地下水分布。建库蓄水后,坝址区的水文地质环境发生了变化,根据漏水点的位置,分为三个渗漏区域:
  (1)左岸渗漏区:分布于土坝下游左岸坡中下部,为集中渗漏与面状渗流,集中渗漏点有2个,高程分别为1931.43m和1927.54m,渗漏量为12 L/s及11 L/s。
  (2)坝后渗流区:位于坝后反滤体下游,为土坝坝体、坝体与两岸山体结合部、坝基渗漏,流量较大,高程约1910.30m。
  (3)右岸渗漏区:位于土坝下游左岸岸坡,多呈面状渗流,沿岸坡分布长度86.4 m,出渗高程约1918.40m~1934.2m,漏水时发出唧唧的响声,汇流至河槽处形成集中明流。
  3、渗漏原因分析
  3.1现状渗漏原因分析
  由基本地质条件和勘察中发现的异常现象可以断定大坝下游两岸坡的漏水为坝基(肩)渗漏引起的,对两岸渗漏原因分析如下:
  3.1.1左岸渗漏原因分析
  左岸基岩面高程1919.9m~1939.14m,发育两组高倾角裂隙,输水隧洞位于左岸,工程施工改变了原来的工程地质环境,一是揭示了斜穿输水隧洞的宽约3m的卸荷裂隙,走向121°~131°,开挖时产生了高6m塌方,增加了其连通性,形成了近于垂直大坝轴线的渗漏通道。除险加固灌浆时沿此裂隙灌入了20m3砂子和34t水泥。二是使输水隧洞围岩产生了松动圈,松动圈内岩体层理面张开,形成了水平向的渗漏通道。
  输水隧洞轴线0+124.6m向洞顶打一钻孔ZK7,产生了掉钻和漏水,说明输水隧洞围岩存在松动圈,岩体破碎。除险加固时在该位置进行灌浆,灌入水泥14.6t,砂14.3m3。在坝轴线桩号0+089.1m输水隧洞洞顶处钻孔入基岩1.00m后,注入3.6t水泥仍未能封住钻孔,说明左岸基岩裂隙发育宽度较大,输水隧洞围岩存在松动圈。
  分析认为库水在输水隧洞启闭塔下游沿基岩裂隙和层理渗入输水隧洞洞顶的松动圈和塌方空腔内,到坝轴线附近后,一部分水沿宽大裂隙漏出地表,形成第一个集中渗漏点;一部水继续沿洞顶流向下游,遇另一条大裂隙,形成第二个集中渗漏点;另一部分水继续向洞口方向流动,同时沿岩体内各种裂隙发散渗流,形成面状渗流,张开宽度大的裂隙有射水现象。库水位较低时,漏水量小;库水位升高后,漏水量和渗出压力均增大。渗漏段为坝轴线桩号为
  0-024.3~0+116.4m段,在0+008.4~0+063.4m段较严重,渗漏高程为1917.80m~1939.54m,集中渗漏点高程分别为1931.43m和1927.54m。
  3.1.2右岸渗漏原因分析
  右岸两组高倾角裂隙间距约0.4m~1.0m,最大张开宽度达30mm,一侧与库水相通,另一侧延伸至右岸岸坡。裂隙与层面组合致使强风化层岩体呈碎裂状,砂岩易沿层理面和岩石断口产生渗透。压水试验表明,基岩面以下15m内岩体透水率大,多数孔段不回水;右岸属于典型的绕坝渗漏,渗漏范围为坝轴线桩号0+216.4m~0+304.3m,高程为1918.40m~1934.2m。
  分析认为库水流入大坝左右两岸岩体裂隙后,沿裂隙向下游及河槽岸坡运移;裂隙闭合时或不发育时,水沿水平向的层理面产生渗透;遇到较宽的裂隙时,又汇集成重力水,在土坝下游及河槽岸坡形成渗流,在河槽处汇集成明流。
  3.2验证性灌浆效果
  根据渗漏原因分析认为要想取得良好的防渗效果,必须对初步设计中的防渗设计进行修改。首先须沿坝轴线灌浆提高岩体的完整性,封堵裂隙型的渗漏通道;其次对库区近坝段采取喷护防渗措施,封堵岩石断口,对于左岸须对输水隧洞沿轴线进行外灌后再对洞内进行回填、固结灌浆。为了验证渗漏分析的正确性,在两坝肩沿坝轴线、输水隧洞轴线洞顶取长约15m~20m段进行了验证性灌浆,为更多的穿透高倾角裂隙,比规范要求适当减小了孔距,增加了灌浆压力。左岸灌浆出现了多处异常情况,在坝轴线桩号0+089.1m输水隧洞洞顶处钻孔入基岩1.50m后,多次灌浆注入18t水泥;在输水隧洞宽约3m的卸荷裂隙处灌入了20m3砂子和34t水泥,说明左岸基岩裂隙发育宽度较大,输水隧洞围岩存在松动圈。
  除险加固灌浆施工完成后,库水位从原来的1938.14m升至正常蓄水位1941.23m时,左岸集中渗漏点的水量基本消失,河槽岸坡面状渗流面积大幅度减少,灌浆检查孔经压(注)水试验合格,说明渗漏分析结论基本正确。
  4、结论及几点想法
  (1)前期水库地质勘察时由于工作量及技术力量不足,未能准确查明坝址区的基本地质条件,基岩面高程与实际误差较大,尤其对大坝渗透分析不足,这是造成两次灌浆处理效果较差的主要原因。这在以后的勘察工作中值得深思的问题。
  (2)水库除险加固工程在勘察和设计时宜多考虑一些枢纽建筑物施工引起地质环境恶化带来的不利后果,施工记录应对一些异常现象做到准确的描述和预测。由于新增枢纽建筑物(新建输水隧洞、泄洪洞等),坝址区的水文地质、工程地质环境发生了变化,防渗处理措施会产生较大变化,应结合实际开挖情况认真分析坝基渗漏原因,对防渗设计进行补充修改。
  (3)左坝肩输水隧洞爆破开挖产生了围岩松动圈、揭穿了宽大卸荷裂隙,产生了塌方,具有隐蔽性,勘察时很难查清,对近坝地段水工隧洞的塌方处理尤其重要,必须结合实际开挖情况进行细致入微的分析,采取相应防渗措施封死渗漏通道,这在今后水库新建及除险加固过程中务必高度重视。
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