沙坪水库坝基透水分析及防渗加固措施

孙国兴

（宜昌市水利水电工程建设监理中心，湖北宜昌443000）

沙坪水库坝基透水分析及防渗加固措施

孙国兴

（宜昌市水利水电工程建设监理中心，湖北宜昌443000）

坝基渗漏一直是水库工程中重要的难题，问题的解决主要是通过分析坝基渗漏原因，并制定相应的措施来达到防渗加固的目的。本文结合湖北省宜昌市沙坪水库坝基防渗加固工程，运用三维概化模型和钻孔压水试验成果得出坝基岩体的透水率，分析坝基透水原因，并制定了相应的防渗加固措施，以期对相关水库工程防渗加固设计有所借鉴。

水库坝基；透水率；透水原因；防渗加固

1 工程概况

沙坪水库位于湖北省宜昌市夷陵区乐天溪镇境内，系长江一级支流—乐天溪梯级开发的骨干工程，坝址以上集水面积365km2，总库容4144万m3，兴利库容2665万m3。水库正常蓄水位168m，设计和校核洪水位分别为169.37m、170.82m，沙坪水库是以防洪、灌溉为主，结合供水、发电、拦沙等综合利用的中型水利枢纽工程。

对沙坪水库地质勘查得知，坝基岩体上部为1.5～8.7m的弱风化花岗岩，局部地段受到岩浆的侵蚀，岩浆接触带附近岩体风化程度存在差异性，弱风化层中夹有透镜体状的强风化层，其透水性相对较弱；坝基岩体下部为微风化至新鲜花岗岩，呈弱透水性。2008年清洗排水孔时，发现坝基左侧渗漏量较正常值偏大，水库在正常蓄水位时的年平均渗漏量为0.29L/s；坝基右侧的渗漏量较坝基左侧小，年平均渗漏量为0.09～0.45L/s，坝基存在渗漏问题，需找出坝基渗流原因，并制定相应的防渗加固措施。

2 坝基透水原因分析

2.1 三维模型概化

三维渗流模型需要根据沙坪水库坝址的地质和水文特征建立，水库地表的生成通过CAD中等高线作出，并结合克里金插值的方法进行。模型坐标系的选取以右手正交法则为依据，以东西方向和南北方向分别作为渗流模型的x轴和y轴，竖向为z周，向上、正东和正北方向为正方向，模型底部高程以坝基高程为准，四周制定相关的约束条件，模型如图1所示。以此得到的三维渗流模型的尺寸为700m×500m×160m，所建模型主要包含30150个六面体以及38286个节点。模型的分区有3部分内容，即坝体、坝基以及水库防渗墙，坝基风化区域的渗透系数通过模型反演计算得出［1］。

图1 水库三维概化模型示意图

2.2 坝基渗透参数

坝基透水率是影响水库防渗效果的一项重要的参数，因此在制定防渗加固措施时要掌握坝基透水率的变化。其次防渗墙本身以及坝体的透水率也会对防渗效果产生影响，该水库的重点渗漏地点在于坝基的渗漏，为便于计算，只对坝基的透水率进行分析。渗透参数反演要以坝基的渗漏量为基础，边界条件选取水库处于正常蓄水位条件下的坝基渗漏状况，即2009年水库在正常蓄水位168m下坝基的渗漏量0.26L/s，以此渗漏量为目标值，进行坝基透水率的反演计算。以表1中计算数据为基础得到坝基透水率与渗漏量变化曲线以及2者之间的关系，如图2和图3所示。

表1 不同计算方案及渗漏量统计

图2 坝基透水率与渗漏量变化曲线

图3 渗漏量-坝基透水率关系

渗漏量与坝基透水率近似成线性关系，运用最小乘分法拟合得到2者之间的关系，并推算得到坝基岩体上部弱风化花岗岩透水率为1.30～3.45Lu；局部弱风化层中夹透镜体状的强风化层透水率为5.10Lu，具弱透水性；下部微风化至新鲜花岗岩透水率一般为0.21～1.52Lu。

2.3 坝基透水原因分析

结合工程地质施工，分析坝基透水原因主要包括3方面的内容：

（1）受区域地质构造及侵入岩脉的影响，坝址处出现裂隙，裂隙发育方向与坝轴线垂直或大角度相交，构成坝基渗水通道。坝基f2、f3、f4断层（以及顺河向裂隙）沿河床呈纵向发育，延伸较长，为贯通性断层。岩石顺断层、裂隙风化较深，施工时不易全部清除。根据钻探和施工记录，河床主沟道部位清基较彻底，大部分为微风化岩层，但顺裂隙为强或弱风化；坝基左右两侧以弱风化岩层为主，局部存在强风化岩层。坝基岩体的透水率较高，不符合工程防渗的要求。

（2）坝基防渗帷幕不闭合，水库不能形成一个完整的防渗体系。

（3）原来的帷幕灌浆施工方法欠妥，水库坝基的帷幕灌浆孔间距安排不合理，灌浆达不到预期的效果。

3 坝基防渗加固处理

水库现阶段的混凝土防渗面板与坝基的防渗帷幕线没有闭合，因此，大坝还没有建立一套完整、闭合的防渗体系，坝基防渗加固措施的重点在于调整坝基帷幕线。经过方案比较，得出应在大坝防渗面板齿槽部位布置坝基防渗帷幕线，闭合防渗帷幕线以保证水库整体防渗效果［2］。

3.1 防渗帷幕深度的确定

坝基的防渗加固以微风化至新鲜状态的花岗岩为依托，防渗帷幕设计施工原则为进入透水率q＜3Lu的相对隔水层，并且与其间距不得小于5m；防渗帷幕的深度原则上一般不得小于水库大坝坝高的1/3，且高度要超过15m。基于上述原则，确定沙坪水库坝基的防渗帷幕深度见表2。

表2 坝基的防渗帷幕深度

3.2 防渗加固施工

工程运用帷幕灌浆处理的方式解决坝基渗漏问题。帷幕线总长277m，其中河床部位坝基长247m，左岸坝肩长30m。坝基帷幕灌浆轴线与新建混凝土趾板中轴线相一致，由趾板顶部钻孔。左坝肩帷幕灌浆轴线与左岸平洞轴线相一致，由平洞底板顶部钻孔。灌浆孔单排布置，孔距2m，坝基部分共计124孔，左岸坝肩共计16孔。整个帷幕共计140孔，总进尺3737m，平均孔深为26.69m，最大孔深为28m，最小孔深15m，分三序钻孔灌浆［3］。

3.3 防渗加固效果分析

坝基渗漏防渗加固之后，可相应地修改模型参数，对大坝的防渗加固效果进行分析。防渗加固效果的评价与分析也在水库处于正常蓄水位条件下进行，此法也可估计后期水位上涨后的大坝渗漏情况，为加固后的大坝运行管理提供科学依据。在正常蓄水位条件下，防渗加固后的大坝模型模拟结果如图4和图5所示：

图4 水库坝体整体效果

图5 地下水等水位线

由分析模拟结果可知，水库防渗墙附近的水头压力有明显的变化，坝基帷幕灌浆的左侧和右侧相差16m左右；并且在远离防渗墙的地下水水头压力基本上与埋深成正比的关系，水库两个坝肩位置的地下水水头普遍大于中部区域的水头，地下水等水位明显集中在灌浆帷幕墙附近，表明防渗加固后的帷幕墙起到了较好的防渗作用，并且坝基的整体防渗效果有明显的增加。防渗加固后的坝基渗漏量明显减少，坝基左侧的渗漏量为0.08L/s，坝基的渗漏稳定性良好。

4 结语

通过建立三维概化模型并反演计算坝基岩体的透水率，与钻孔压水试验成果相差甚小，反演计算结果具有参考价值。结合反演计算结果以及工程地质施工概况，分析坝基透水原因，并制定相应的防渗加固措施，同时运用三维概化模型分析坝基的防渗加固效果，模拟结果与实际证明坝基防渗加固效果明显，坝基左侧的渗漏量控制在0.08L/s左右，坝基渗漏稳定性达到设计要求。

［1］骆祖江，张弘，李会中，等.乌东德水电站坝址区地下水渗流三维非稳定流数值模拟［J］.岩石力学与工程学报，2011，30（02）：341-347.

［2］董鹏.石头河水库大坝右坝肩渗漏分析及防渗加固措施［J］.水利与建筑工程学报，2004（01）：59-61.

［3］党雪梅.土石坝除险加固设计［J］.水利技术监督，2010（05）：50-53.

TV223.4

B

1672-2469（2015）12-0106-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.037

孙国兴（1984年—），男，工程师。