某水库副坝坝基渗漏分析

林祥海

某水库副坝坝基渗漏分析

林祥海

(巴州水利水电勘测设计院，新疆 库尔勒 841000)

以某水库为例，对水库副坝坝基渗漏情况进行了分析，结果表明：副坝渗漏是由于坝基下存在较强透水层，在压力水头作用下产生渗流的结果；坝基现状天然铺盖不是很完整、均一。当水库高水位时会与透水层建立水力联系，建议坝基采用垂直防渗措施；为确保水库安全运行，建议在水库周边区域设置地下水位长期观测孔。

水库；坝基渗漏；原因分析

某水库由主坝、副坝、泄洪洞、灌溉发电洞组成。副坝为均质土坝，坝顶高程776.0m，顶宽14.0m，坝长615m，最大坝高12.0m。2006年12月，当水库水位763.6m时，副坝坝后减压沟（沟底高程759.0m），积水0.3～0.4m，距减压沟下游约500m处的耕地（地面高程754.0～756.0m）亦发生较大面积渗水溢出，局部形成沼泽化。水库周边村庄的地下水位普遍上升2.0～3.0m。若库水位继续上升到正常水位767.0m高程，则水力坡降加大，有可能危及到副坝安全。因此需分析渗漏原因及危害，以便采取必要的工程措施。

1 地质概况

1.1 地形地貌

副坝建在二级阶地上，阶面较平整，宽615m，地面高程一般764.0～768.0m，高出一级阶地约8.0～10.0m，高出河床约10.0～12.0m，表层分布有粘性土其下为厚层砂卵石层。

1.2 地层岩性

副坝区出露和揭露的地层为元古界长城系石英砂岩和第四系松散沉积层，现由老至新分述如下。

（1）石英砂岩（Z1C）：主要分布于左、右坝肩及坝基，岩层总体走向NW310°～330°，与坝轴线夹角25°～45°，倾向SW（水库上游），倾角30°～50°。由于石英砂岩多为弱风化岩石，呈中～厚层，岩体较好，可按不透水考虑。

（2）第四系上更新统冲洪积砂卵石（a1+plQ3）：卵石粒径5.0～10.0cm，最大可达50.0cm，卵石约占50%，中粗砂约占30%。卵砾石成分以石英砂岩、斜长角闪片麻岩为主，磨圆较好。在副坝坝基下分布稳定，厚度一般10.0～16.0m，最厚处可达28.0m以上。

（3）第四系全新统冲洪积壤土夹粘土层及砂卵石层（al+plQ4）、第四系全新统坡残积壤土、红色粘土夹碎石（dl+elQ4）：分布于副坝两坝肩靠山坡处，厚度1.0～3.0m局部为5.0m。

1.3 水文地质条件

副坝区地下水可分为基岩裂隙水和第四系孔隙潜水两类。

（1）基岩裂隙水。分布于岩体裂隙中，以大气降水为补给，以下降泉形式溢出补给河床而排浅，水量随季节变化。

（2）孔隙潜水。分布于副坝坝基下砂卵石层中及其一级阶地，在副坝探井做简易抽水试验，渗透系数k值为4.93×10-3cm/s～1.29×10-2cm/s。

2 坝前天然铺盖分析

2.1 分布特征

副坝天然铺盖主要是利用二级阶地表层分布的壤土及粉质粘土。其厚度1.0～3.0m，局部为0.5m或者4.0m，分布不均，在阶面陡坎或者沟谷处砂卵石裸露于地表。土层分布厚度总趋势是从坝脚向库区逐渐变薄，沿坝线轴线方向土层两侧较厚，中部区普遍较薄，约2.0m左右。土层厚度与地形变化趋势基本相似，地形相对较高的区域土层厚度相应较厚，反之则薄。

2.2 室内物理力学性质

在副坝天然铺盖范围内选取有代表性的地段挖探坑6个，进行室内土工物理力学性质试验。经颗分试验，坝前天然铺盖土大部分定名为壤土和粉质粘土，干密度最小值为1.52g/cm3，最大值1.80g/cm3，大部分土体大于1.60g/cm3。土样的孔隙比大部分大于0.66，土体密实性较好，壤土和粉质粘土饱和快剪内摩擦角φ平均值为23.1°、17.6°，粘聚力C平均值为23.8kPa、31.6kPa。天然铺盖土粘粒含量最小为22.4%，最大为36.4%，塑性指数最低值10.2，最大值16.4；土体渗透系数k最小值7.0×10-7cm/s，最大值1.6×10-3cm/s。

由试验结果可以看出：铺盖土体粘粒含量、塑性指数符合规范要求。土样渗透系数大部分接近1× 10-5cm/s，从渗透系数分析，土体作为防渗介质基本满足规范要求，但有一个土样为1.6×10-3cm/s，说明铺盖土层局部具中等透水性，存在薄弱部位。

3 副坝坝基透水性分析

副坝坝基砂卵石层粒径一般为5.0～10.0cm，最大者50cm，卵石成分以石英砂岩、角闪斜长片麻岩为主。滚圆度较好，含量约占50%，砂为中粗砂（含少数量粘泥）约占30%，分布厚度一般为10.0～16.0cm，最厚处28.0cm，其特征是由坝轴线左岸向右岸，厚度逐渐增大，分布长度约600m。从坝前坡脚向库内延伸厚度变化不大，但靠左岸卵石层厚度有渐薄现象。

卵石层渗透系数是以简易抽水试验求得的，K的最大值为1.29×10-2cm/s。简易试验测得的卵石层渗透系数与经验数据相比有一定偏小，但仍属于强透水性范畴。

4 副坝坝基渗漏原因分析

副坝地基建在二级阶地，地基下部砂卵石厚度10.0～24.0m，基岩面高程740.0～751.6m，分布广泛，层位稳定。现代河床砂卵石层，厚3.0～5.0m，最厚处为7.0m。卵石含量为60%～80%，粒径3.0～20.0cm，最大约50.0cm，磨圆较好。基岩面高程741.0～750.0m；一级阶地高程在752.0～758.0m，表层为厚1～2m灰褐色含粘粒的粉砂土，下部为砂卵石层。

通过对河床二级阶地卵石层成分，基岩面高程以及卵石层无相对阻水的粘性土夹层或透镜体的特征分析，可将各地貌单元的卵石层近视为同一含水层。在建坝前它们之间有水力联系，建坝后随着库水位的上升相应地下水位有所抬升，只是壅高的程度上未达可溢出减压沟（759.0m）高程。水库蓄水位升高，当达到763.6m高程时，地下水壅高超过759.0m高程，必然在副坝减压沟及沟下游高程低,759.0m的耕地处溢出渗水，形成局部沼泽地。因而，副坝坝基渗漏系较强透水性的卵石层地下水直接向下游排泄造成的。

坝前天然铺盖一般厚1.0～3.0m，少数范围为4.0m，对局部厚0.5m或陡坎、沟谷卵石裸露等薄弱处均已做了铺盖加强处理，铺盖长度约200.0m，若按照坝前约4.0～5.0m水头不致发生严重渗透，再者发生渗漏时对应库水位为763.6m高程，而副坝地面高程在764.0m以上，库水位仅接近天然铺盖前缘，因而不会是铺盖失效引发渗漏。

5 副坝坝基渗漏危害分析

（1）若库水位控制在763.6m，坝基砂卵石层在一定水压下促使地下水流速加大，若长期渗水可能造成卵石层中孔隙骨架的扩大细粒径颗粒被带走，形成局部集中渗漏。

（2）若库水位继续上升到正常水位767.0m，则加大水力坡降，有可能促使坝体土与卵石层接触面产生接触冲刷变形而危及到副坝安全。

（3）库区北侧开阔地带为二级阶地分布区，地面高程768.0～772.0m以东地形低洼，形成单薄分水岭（正常蓄水767.0m）。二级阶地表层有5.0～7.0m壤土，其下为大于10.0m厚的砂卵石层。库水位抬高可能通过卵石层引起两种情况发生：①使该处地下水位壅高，对周边耕地产生浸没；②库水可能通过分水岭向库外渗漏，引起下游耕地浸没、沼泽化等不良工程地质现象发生。今后应布设观测设施，加强地下水位的长期观测，根据观测成果视情况确定下步处理措施。

6 结 语

（1）副坝渗漏是坝基下广泛分布厚度较大层位稳定的卵石层，向上游延伸与一级阶地卵石层及现代河床卵石层相互串通伸向副坝下游的较强透水层，在压力水头作用下产生渗流的结果。

（2）现状天然铺盖也没有很完整、均一，特别是局部的铺盖较深和前沿卵石层出露的地方，当高水头或者水库高水位时都会与透水层建立水力联系，为了解决副坝渗漏问题，还是采用垂直防渗措施为好。

（3）为确保水库安全运行，建议在水库周边区域设置地下水位长期观测孔，调查水库周边村庄地下水位。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.021

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1008-1305（2014）03-0058-02

林祥海(1978年-)，男，工程师。