乌克塔斯水库坝基渗水原因分析与处理

金英春

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830091)

乌克塔斯水库坝基渗水原因分析与处理

金英春

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830091)

近两年来，自治区为改善和提高牧民生活水平，兴建了几十余座小型水库。由于勘察设计和施工周期短，部分水库建设完成后，水库初期蓄水期间，大坝后坡脚处出现较多的渗水现象，影响了水库运行和功能发挥。本文主要介绍新疆乌克塔斯水库坝基渗水问题出现后所采用的勘察和分析方法，及如何较准确地查明坝基渗漏的分布位置及规模，以期为今后类似工程的分析与处理提供参考。

坝基渗水;钻孔压水;渗流量;水位观测;灌浆

1 工程概况

乌克塔斯水库地处新疆塔城地区和布克赛尔县境内的乌图阔力河出山口处，是一座山区拦河式水库，坝址处多年平均径流量为714.6万m3。水库枢纽主要由大坝、左岸放水涵洞、右岸溢洪道组成。水库正常蓄水位达到1742.5m，总库容265万 m3，工程等别为Ⅳ等。

坝址区河谷呈U形，谷底宽30～50m，河床纵坡2.5%，左右岸边坡约为24°～50°。坝址区左右岸基岩裸露，基岩岩性为泥盆统凝灰岩和凝灰质砂岩，岩层走向与河流平行。河床表层第四系冲积砂砾石厚度为5.0m，下部为凝灰岩和凝灰质砂岩的块状结构，抗压强度为55～60MPa，属中硬岩，强风化层厚1～2m，弱风化层厚约8～15m。

2 坝体设计与坝基开挖处理

大坝为砂砾石沥青心墙坝，坝顶高程1744.06m，最大坝高27.68m，上游坝坡1∶2.25，下游坝坡1∶2.0;坝体砂砾石、过渡料填筑的设计指标为相对密度Dr≥0.8;沥青心墙位于坝体中部，心墙厚度0.3m，心墙底部与混凝土基座连接，混凝土基座呈倒梯形坐落在弱风化岩石上;混凝土基座与岩体用砂浆锚杆连接，锚杆间距1.5m;混凝土基座下部岩体进行固结灌浆和帷幕灌浆，其中:固结灌浆2排，灌浆孔间、排距2m，深度5m;帷幕灌浆1排，孔距2m，深度采用压水试验透水率10Lu或1.5倍坝高进行控制。

根据施工和监理单位提供资料:坝体范围内的坝基开挖需按设计要求清除表层粉质黏土夹粉细砂层和至砂砾石层顶面。沥青心墙混凝土基础开挖要求清除砂砾石层和基岩强风化层至弱风化层顶面，对岩石建基面进行清理后，设置砂浆锚杆，从右岸至左岸进行浇筑厚度为1.0m的混凝土垫层，随后在混凝土垫层下部进行2排、孔距2.0m、深度5.0m的固结灌浆处理，并按透水率小于10Lu界线进行1排、孔距2.0m、深度17～38m的帷幕灌浆处理。灌浆完成后共设14个检查孔，并分段进行压水试验，检查通水率孔压水试验段结果显示均小于10Lu。

3 大坝建成后心墙下游坝后坡渗水现状调查

乌克塔斯水库于2011年6月开工建设，2011年9～10月，大坝地基固结灌浆和帷幕灌浆处理，2012年3月大坝沥青心墙浇筑和坝体填筑基本完成后(高程1739.0m)，坝前蓄水位达到1731.80m，届时沿坝后坡脚处连续有渗流水出露，且在河床地形最低点处出现两处较集中的呈泉水涌流状的出溢点。第①处(1号渗水点)位于桩号0+056，距心墙轴线下游49m，出水点横向分布在坝坡脚，长度为3m，顺坡面渗水高度0.4m，出水最高点高程为 1721.99m，低于库水位9.82m;第②处(2号渗水点)位于桩号0+100，距心墙轴线下游55m，出水点横向分布在坝坡脚，长度为5m，顺坡面渗水高度0.5m，出水最高点高程为1720.3m，低于库水位11.5m。

直角三角堰测得心墙下游坝后坡最大渗流量为27.09L/s(年渗漏量约85.4万方)，约占河道平均径流量的12%，占水库总库容32%，渗漏量较大，影响了水库的正常运行。

4 心墙下游坝体补充钻孔压水试验

根据坝体结构分析认为，大坝渗水有四个途径:ⓐ库水通过坝体沥青混凝土心墙渗水;ⓑ库水通过坝基与心墙接触面渗水;ⓒ库水通过坝基灌浆岩体渗水;ⓓ库水绕坝或绕坝基未灌浆岩体渗水。为查明水库大坝渗水途径，勘察方法主要采用在坝体进行钻孔取芯、压水试验、库水位与地下水位长观、坝后测流、绘制地下水等流场图、研究施工资料等手段，对心墙下游坝后坡渗水原因进行调查。

a.在坝顶平行坝轴线布置6个钻孔，各钻孔孔位均设置在心墙下游边线与混凝土基座底部下游边线之间的混凝土盖板上，使钻孔更接近帷幕灌浆范围，钻孔距离沥青心墙下游边线为0.27m。通过坝基岩体钻孔压水试验(见表1)查明坝体、坝基地下水位，已灌浆坝基岩体段与下部未灌浆岩体段的透水率，以确定岩体5Lu界线。

b.在坝后坡布置3个钻孔，分别垂直坝轴线与坝顶钻孔组成三条横剖面，以查明坝基、坝体地下水位，调查了解坝体不同断面的水位线的变化。

c.通过以上调查，并结合前期勘察资料和坝体施工期已有的观测试验资料，分别查明坝体、坝基水位与库水的关系，绘制出上游库水位与下游渗水量关系曲线及地下水等水位线流场图和剖面图，可分析确定现状坝后坡脚的渗水原因和渗漏范围，并提出相应的处理建议。

表1 坝 体 各 补 充 钻 孔 压 水 试 验 统 计

由表1中可以看出:

a.JC1、JC2、JC4、JC5孔的第1试验段长度均为2.7～4.0m(为混凝土盖板与基岩接触段)，其透水率分别为13.9Lu、35.0Lu、21.6Lu、40.8Lu，各钻孔第1段透水率均大于10Lu，且透水性较大。因此，确定大坝桩号0+000～0+260段混凝土盖板与基岩接触面之间存在着较大渗漏问题(见图1)。

b.坝基岩体存在9条顺河向断层，岩体完整性较差，沿断层破碎带和影响带有集中渗漏问题，且渗漏量较大(见图1)。

c.坝体左右岸坝肩地下水水位高，帷幕延长线存在漏灌段的绕坝渗漏问题。

d.帷幕深度范围内一般灌浆效果良好，帷幕深度范围以下岩体局部段仍存在透水率q＞10Lu的渗透岩体，因此有渗漏问题。

图1 坝基渗漏段分布位置示意图

5 水库蓄水位与心墙下游坝体地下水位及坝后渗水量关系

2012年2月17日～2012年4月对坝基进行补充勘察，对库水位与心墙下游坝体河床和左右岸地下水位及坝后坡脚渗水进行连续观测(见表2)。由表中可以看出，坝后坡脚渗水量与库水位成正比关系，当库水位升高时，坝后渗水量随之增加，库水位下降，坝后渗水量随之减小。由表中观测资料分析，2012年3月18日水库最高水位为1732.09m，坝后最大渗水量为27.09 l/s。2012年5月12日坝轴线补充勘探钻孔完成后，实测各钻孔地下水位分别为:JC2孔地下水位1723.86m，JC3孔地下水位1722.18m，JC4孔地下水位1726.41m，JC5孔地下水位为1727.41m，表明心墙下游平行坝轴线坝体内地下水位变化不大。由此可见，沥青混凝土心墙下游坝体内水位低于库水位约4.0～9.2m，坝体心墙上、下游水位差较大，说明沥青混凝土心墙防渗效果良好，坝后渗水主要来自于坝基。

表2 实 测 库 水 位、坝 后 观 测 孔 及 渗 漏 流 量

6 坝体地下水水力坡度及流向

坝体段共布置9个钻孔水位观测点，坝后坡脚有渗水出露点2处，共计11个水位观测点，绘制地下水等水位线图(见图2)，从图中可知坝体心墙下游地下水位的分布特征:

a.在垂直坝轴线方向上看，总体是靠近心墙水位高，坝后坡脚水位低，地下水流向是由左右坝肩向河床下游最低洼处径流。从坝线中部JC3～2号渗水点断面上看，地下水水力坡度为0.06～0.08之间。左坝肩心墙后JC1与2号渗水点之间平均水力坡度为0.1，右坝段JC5与2号渗水点间的水力坡度为0.06。因此，左坝段水力坡度大于右坝段，左坝段地下水渗透流量也大于右坝段。

图2 心墙下游坝基地下水等水位线图

b.在平行坝轴线方向上看，总体是两坝肩水位略高于坝体中部水位;左坝肩JC2水位高于坝体JC4水位约2.6m，低于库水位3.89m;右坝肩JC5水位高于坝体JC4水位1.75m，低于库水位3.51m，在坝后坡1号渗水点出露高程高于2号渗水点约1.7m。以上数据表明左坝段地下水渗透流量大于右坝段地下水渗透流量。

7 坝基渗水原因分析

a.构造复杂:工程区处于布克赛尔凹陷西北边缘，地质构造较为复杂，坝轴线上游200m处发育平行坝线方向的F41断裂，破碎带宽度100～200m，坝址均处在该断裂影响带范围内，岩石破碎，坝基陡倾角小断层和裂隙较为发育，走向与F41近正交，并顺河向贯通坝基上下游，从而使库水沿坝基和断层带产生渗水问题。

b.灌浆深度不足:在实际帷幕灌浆中，已发现桩号0+045～0+105段底部透水率超出设计指标(10Lu)，在建设、监理单位的要求下，仅对0+059～0 +105段在水平方向上进行了补强灌浆，帷幕灌浆孔距由原来的2m加密到1m，但在垂直方向上，帷幕体以下的透水岩体未灌浆，因此存在帷幕下部渗水问题。

c.在坝体左右岸坝肩处，未布置勘探钻孔，左右岸帷幕灌浆延长线在库水位与防渗界线(10Lu)之间无钻孔控制，使左右岸帷幕防渗不明确，但根据主坝段渗漏条件对比，发现有库水绕坝渗水问题。

d.设计桩号0－050～0+030及0+130～0+245段灌浆深度按0.5倍的坝高(15m)进行控制，其余坝段按透水率q＜10Lu进行控制。根据本次勘察:桩号0－050～0+030段已灌帷幕下部3～4m处存在 q＞10Lu的渗漏岩体未灌浆;0+130～0+245段已灌帷幕下部有10～20m左右存在q＞10Lu的渗漏岩体未灌浆，存在坝基渗水问题。

e.经施工地质编录，混凝土基座建基面在心墙轴线桩号0+055(F8为界)以左为凝灰质砂岩，岩体较完整，为BⅢ2类岩体。在心墙轴线桩号0+055(F8为界)以右属凝灰岩为主，裂隙发育，属NNW向陡倾角断层、裂隙控制的镶嵌碎裂结构岩体，岩体质量较差，属BⅣ1、 BⅣ2类岩体。断层带属BⅤ，建基面清理时易松散，尤其是在水的作用下产生泥化，使混凝土基座与下部岩体胶结差，加上混凝土基座板宽度和厚度不大，在灌浆中岩体表层很容易出现漏浆和灌浆质量差的情况，因此导致混凝土基座下接触段岩体厚度2～4m存在渗水问题。

8 坝基补充灌浆处理后水位与渗水量分析

2012年5月10日～2012年11月20日，由施工单位对坝基、坝肩处的上述渗漏段按设计要求进行了补充灌浆，同时对坝基灌浆期间水库水位和各观测孔坝体地下水位及坝后三角堰流量，分不同时段进行了统一观测(见表3、图3)。

表3 坝基灌浆期间观测孔地下水位及坝后三角堰流量统计

图3 库水位、观测孔水位及坝后渗流量关系曲线

由表3中可以看出:水库坝基经补充灌浆后，心墙下游坝体内的地下水位下降和坝后坡脚处的渗水量减小是明显的，防渗效果良好。坝基补充灌浆前与灌浆后比较:

a.水库蓄水位由灌浆前的1731.4m上升到灌浆后的1732.63m，库水位升高1.23m。

b.心墙后河床段坝体地下水位由灌浆前的1726.83m下降到灌浆后的1725.61m，水位下降了1.22m。左右坝肩地下水位灌浆前与灌浆后比较分别下降了1.26～4.64m。

c.通过灌浆前、灌浆后心墙后坝体长观资料地下水等水位线图分析，灌浆后坝体地下水水力坡度比灌浆前减小了0.02。

d.坝后坡脚渗水量由灌浆前的27.09L/s下降到灌浆后的8.26L/s，渗水量减小了18.8L/s。

e.通过分析计算，坝体碾压砂砾石允许水力坡降Jcr=0.2，灌浆后坝体实际地下水水力坡 J实际=0.05，心墙下游水力坡降(J实际)小于允许水力坡降(Jcr)，表明坝后不会发生管涌破坏，坝后渗水不存在渗透稳定问题。

1 GB 50021—2001.岩土工程地质勘察规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2001.

2 《工程地质手册》编委会．工程地质手册［M］.第四版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

3 王安明，杨青.新疆和布克赛尔蒙古自治县乌克塔斯水库工程大坝渗漏原因分析报告［R］.2010.

Analysis of W ater Seepage Reason in Ukraine Tasman Reservoir Dam Foundation and Solutions

JIN Ying-chun
(Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute，Urumqi830091，China)

Dozens of small reservoirs are established in the autonomous region in the past two years in order to improve and enhance herder living standards．Since survey and design aswell as construction cycle is short，the rear slopes of the dams have frequentwater seepage problems during the initialwater accumulation period of the reservoirs after some reservoirs are constructed，thereby affecting operation and functioning of the reservoirs．Survey and analysismethods adopted for thewater seepage problems of Xinjiang Ukraine Tasman Reservoir Dam Foundation，and the approach of accurately discovering distribution positions and scales of dam foundation leakage aremainly described in the paper，thereby providing reference for analyzing and treating similar projects in the future．

dam foundation water seepage;drilling water pressing;seepage flow capacity;water level observation;grouting

TV62+1

B

1005-4774(2013)09-0059-05