某混凝土面板堆石坝渗漏异常原因初步分析

马 行 东

(中国电建集团 成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072)

某混凝土面板堆石坝渗漏异常原因初步分析

马 行 东

(中国电建集团 成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072)

结合枢纽区岩溶和顺河向断层不发育，左岸渗控工程发育单斜、逆向为主的千枚岩地层，微新-新鲜千枚岩透水性小的特点，通过复核前期和开挖工程地质条件，结合枢纽区岩体渗透特性评价，判定深层绕渗和集中渗漏通道的可能性小；压水资料显示帷幕底部仍发育强透水岩体。鉴于工程地质复杂性，认为有沿局部强透水岩体轻微渗漏的可能。通过多种手段和方法综合分析认为:大坝漏水最大可能是由浅表部的局部缺陷和左岸洞室内水外渗而引起。

水利水电工程；岩土工程；混凝土面板堆石坝;渗控工程;帷幕灌浆;渗漏

据初步统计，近20年(特别是进入21世纪)以来，我国已建成水库8.4万座，其中大型水库412座、中型水库2 634座，总库容4 500多亿立方米，水库数量跃居世界之首。在现代高坝水利工程中，研究区地质结构复杂，渗透介质具有厚度大、分层多等特征，而且建坝后上、下游水头差较大，枢纽区内绕坝渗流与坝基渗流同时存在，渗流的三维特征十分明显[1]。渗透稳定对工程安全和经济合理性的影响越来越突出。通过渗流分析，可研究岩体内渗流要素，从而根据实际情况采取相应措施，以确保工程安全[1-2]。袁勤国等[3]以湖北省某水库为例分析了大坝渗漏的类型及成因，为水库的防渗加固处理提供参考和借鉴。郭文玮[4]充分利用大坝渗流安全监测资料，分析大坝渗流的时空变化特征，结合三维数值模拟，判别出渗流异常变化部位所在。李刚等[5]采用逐步回归分析方法对3年来的监测成果进行了分析。陈勇等[6]采用综合物探等方法对南京赭山头水库长期存在的渗漏问题进行探测，在物探探测渗漏区结合地质钻探确定大坝的渗漏通道。闫建文[7]分析了某水库坝址坝体渗漏的原因并进行了处理。李福林等[8]在地质定性分析基础上，采用多种物探方法分析出坝外渗流是造成下游渗漏的主要原因。

某混凝土面板堆石坝防渗体系主要由混凝土趾板、混凝土面板、面板接缝止水、灌浆帷幕组成，防渗标准采用q≤3 Lu。工程初期蓄水至高程后，坝后量水堰开始出现渗水现象，初蓄水过程中所测大坝最大渗流量达0.13 m3/s，渗流量总体趋势与蓄水水位走势一致，相比类似工程和经验分析初期蓄水渗流量略为异常。考虑到二期蓄水和堆石坝坝型等，应对初期渗漏异常原因进行分析，预测二期蓄水后渗漏情况和大坝安全，故找出渗漏原因就显得至关重要。笔者以前期、实际地质资料和巡视为基础，通过多种手段和方法综合分析渗漏异常原因，以期对其它类似工程漏水原因分析有借鉴意义。

1 枢纽基本工程地质

1.1 地形地貌

左岸谷坡陡峻，山体雄厚，地形较完整，工程区基岩裸露，其上、下游均无大型冲沟切割，总体属斜向谷坡。

1.2 地层岩性

左岸基岩主要为奥陶系下统人公组第三段(O1r3)，岩层总体产状为N40°～60°W/NE∠30°～55°(倾左岸坡内、偏上游)，微新及完整岩体层面结合较好，透水性微弱。岩性为千枚化板岩、砂板岩夹变质石英砂岩，以千枚岩、板岩为主。千枚岩矿物成份主要由绢云母、绿泥石和石英组成。板岩原岩为泥质，具有板状结构，沿板理方向可以剥成薄片。该套地层岩性无可溶性成份和溶蚀性通道存在。

1.3 地质构造

坝址区位于某复背斜北东翼，宏观上表现为单斜构造，无较大规模断层破碎带(二级及以上结构面)分布，但节理裂隙普遍较发育，延伸长度一般砂岩在3～10 m，板岩中相对短小在1～5 m，局部见挤压揉皱、破碎带、裂隙密集带，偶见小断层出露。

1.4 岩体风化卸荷

左岸谷坡陡峻，岩体风化卸荷较强烈，板岩强卸荷水平深度2 725 m以下小于20 m，2 780 m以上为28～64 m，弱卸荷水平深度在高程2 725 m以下小于50 m，2 780 m以上为61～91 m。右岸变质石英砂岩强卸荷水平深度在高程2 710 m处为40 m，2 780 m以上为18～50 m，弱卸荷水平深度在高程2 710 m处为50 m，2 780 m以上为60 m左右。

1.5 岩体透水性

地下水位受地形和汛期影响变幅较明显，左岸地下水位由高到低分别为2 864.47～2 705.4 m，水力坡度88%～61%；右岸地下水位由高到低分别为2 850.06～2 709.38 m，水力坡度83%～72%，显示出地下水位从高到低坡度逐渐变缓。

压水试验表明，趾板基础岩体透水性虽有随深度减弱的趋势，但规律性不强，大于10 Lu的中等透水带底界在高程2 850 m以下埋深一般20～40 m，小于3 Lu的隔水层顶界埋深河床33～50 m，右岸50～75 m，左岸一般33～45 m，局部深槽达120 m；小于1 Lu的微透水岩体分布零星，无明显规律，在勘探深度内未发现统一的界面。渗控工程地质平面见图1；大坝趾板渗透和帷幕灌浆工程地质剖面见图2。

图1 渗控工程地质平面Fig.1 Seepage control engineering geological plan

图2 大坝趾板渗透和帷幕灌浆工程地质剖面Fig.2 Engineering geological profile of dam toe slab and curtain grouting

2 坝址区岩体渗透特性评价

坝址区32个钻孔共做压水试验417段，压水试验主要集中在右岸O1r2变质石英砂岩夹板岩和左岸O1r3板岩夹变质石英砂岩中。压水试验资料成果表明，岩体透水性因地形地貌、岩性、风化卸荷程度的不同，存在一定的差异，总体上随深度增加而减弱。坝址区无强透水岩体，深度0～50 m以中等透水为主，50 m以下以弱-微透水为主(图3)。

图3 坝区岩体透水率与深度的变化关系曲线Fig.3 Curves of rock permeability with depth

据压水试验成果，坝址区岩体透水性有以下主要特征：

1)强风化带主要集中在左岸板岩夹砂岩地层中，右岸砂岩夹板岩地层无强风化带。强风化带总体属中等偏强透水，岩体透水率一般10～30 Lu，最小6.7 Lu，最大60 Lu。

2)弱风化带岩体透水性不均一，总体属中等偏弱透水。压水试验成果表明弱风化带岩体透水率一般3～30 Lu，最小1.2 Lu，最大35 Lu。同等深度情况下，左岸弱风化带岩体透水性大于右岸岩体，而右岸岩体大于河床岩体。

3)坝址区微新岩体总体来说以弱透水为主，浅部局部有中等透水岩体。两岸透水性较大，向河床变小；浅部透水性较大，向深部逐渐减小，到一定深度以下则变为相对隔水岩体。

3 渗漏原因初步分析

根据工程特点和类似工程经验，坝后出现渗漏异常可能基于下列原因：①挡水结构局部施工缺陷或变形较大导致发生破损引起渗漏；②地质条件复杂，帷幕防渗效果不好，导致沿坝基渗漏；③帷幕深度、两岸延伸范围不足，库水经短渗径绕过防渗体系产生绕坝渗漏问题；④相邻建筑物内水外渗进入坝体；⑤河床趾板等部位监测仪器埋设及电缆引出不当造成的渗漏。

漏水后采取了渗水现象调查、工程地质复核、水质分析、监测分析、钻孔压水、钻孔电视和物探测试等方法综合进行初步分析。

3.1 渗水现象调查

左岸山体布置了较多洞室(导流洞、放空洞、左岸泄洪洞及施工支洞)及三洞合一洞室群等。左岸洞室、洞室群及坝后量水堰与建筑物布置关系平面见图4，剖面见图5。

图4 坝后量水堰与建筑物布置关系平面Fig.4 The relationship between the amount of weir and the building layout

图5 坝后量水堰与建筑物布置关系剖面Fig.5 The relationship between the amount of water weir and the building layout

初期蓄水后，对左岸坝后进行数次巡视，渗水现象规律如下：

1)蓄水后左岸洞室出口段未见明显的漏水现象，现状仍以洞壁湿润为主，局部见滴状渗水现象，未见大面积密集线状渗水或集中股状渗水，其中环抱布置的施工支洞洞壁未见明显的异常变化，说明蓄水后左岸深层绕渗现象不明显。通过左岸导流洞、泄洪道下平段部位岩体产生深部渗漏的可能性小，存在库水到量水堰的集中深层绕渗通道可能性小；

2)图5中量水堰后平台出水点高程约2 710 m，左岸泄洪洞施工支洞洞口底板高程2 709.35 m，低于集中出水点，现场左岸也未见出水点，可见量水堰来水是来自于坝体而不是左岸山体；3)坝后左岸山体边坡、导流洞出口附近边坡、左岸泄洪洞施工支洞进口附近边坡巡视等，一直未发现集中渗水、大面积坡面渗漏、坡面浸润等迹象。宏观现象调查发现不符合一般意义上的深层绕渗基本特征。

3.2 工程地质复核

天然状态下左岸地下水出露不发育，左岸稳定地下水位一般在2 700.92～2 864.47 m之间。另据布置于左岸的导流、放空、泄洪等地下洞室及灌浆平硐开挖揭示情况，左岸放空洞、左岸泄洪洞地下水总体不丰富，主要表现为洞壁湿润，仅局部见滴状渗水现象。左岸导流洞局部流水，局部发育强透水岩体夹层。左岸岩体透水性主要受岩性、构造和风化卸荷等因素控制，坝址区无强透水岩体，深度0～50 m以中等透水为主，50 m以下以弱-微透水为主。据钻孔压水试验资料，强卸荷岩体透水率一般q>10 Lu，属中—强透水层，中等透水带底界在高程2 850 m以下埋深一般20～40 m，小于3 Lu的隔水层顶界埋深河床一般33～50 m，右岸50～75 m，左岸一般33～45 m，局部深槽可达120 m。小于1 Lu的微透水岩体分布零星，无明显规律，在勘探深度内未发现统一的界面。帷幕防渗处理深度多置于透水性较弱的微新岩体内。

根据工程地质条件分析，沿左岸基础防渗处理范围以外的微新岩体产生大量集中渗漏(绕渗)的可能性小。鉴于地质条件的复杂性，不排除在防渗处理范围以外局部仍有透水性偏大的岩体存在，其分布具有随机性，但不构成贯通性渗漏通道。

3.3 水质分析

为探明量水堰出水与库水、导流洞、左岸泄洪洞等相关关系，从上述相关部位共取5组水样进行简分析，成果见表1。

表1 地下水水质分析对比

由表1可见，坝后量水堰(坝后渗水)表层、库水(地表水)表层、堵头渗水关联性相对较好，为库水；导流洞内边墙地下水与上述3个部位差异较大，推测以地下水为主；左岸地下渗水中的Cl-1和Mg2+与上述3部位差异较大外，其余指标显示有一定相关性，推测为混合水体。

3.4 渗压监测分析

一期蓄水后的左岸面板周边缝孔隙水压力时程曲线见图6。PDB-06(高程2 711 m)达到5 m，PDB-05(高程2 735 m)观测的渗透水头最大为34 m，PDB-04(高程2 770.50 m) 达到56 m，PDB-03(高程2 819 m) 达到2 m。其中PDB-04，PDB-05渗压计测值异常，渗压计观测曲线有大坝上游库水位相关性较高。左岸分布的4台渗压计都不同程度地出现异常。鉴于该渗压计位于趾板基础面上(两排帷幕线之间)，结合测缝计及物探测试成果，该监测部位有异常渗透途径、可能存在缺陷。

图6 左岸面板周边缝孔隙水压力时程Fig.6 The left panel of peripheral joint of pore water pressure of Cheng Xiantu

3.5 趾板检查孔测试分析

左岸趾板2 805 m高程以上布置了3个检查孔深入帷幕线以下，检查孔平面布置见图7。

图7 左岸趾板检查孔平面布置Fig.7 The left bank toe board inspection hole layout

3.5.1 压水测试分析

左岸趾板检查孔压水试验帷幕水下都存在渗透系数大的情况，异常点发育部位见图8。

图8 左岸趾板检查孔剖面Fig.8 The left bank toe board inspection hole profile

前期采用常规压水，本次采用灌浆设备进行压水，未测实际地下水位，成果计算未考虑静水柱压力以及压力表与孔口压力差，鉴于压水试验存在差异，故本次所测吕荣值比常规压水偏保守。J-1和J-3帷幕下岩体的吕荣值比前期和设计要求略大，除个别段略异常外，多处于同级别，分析帷幕下的岩体吕荣值与前期基本一致。J-2孔96～112 m段岩体的吕荣值比前期大一个数量级，但钻孔电视显示除底部发育裂隙外，其它段岩体质量较好，压水试验和钻孔电视不太相符。后对检查孔J-2进行了孔内电流探测，成果表明，探测孔段75～107 m范围内电流值均小于0.3 A，推测探测孔段整体较完整，未发现集中的渗漏通道，仅存在局部轻微的渗漏可能。

综上，J-1，J-2幕底压水试验岩体透水率分别为28～31 Lu和24 Lu，幕底存在局部强透水岩体。

3.5.2 地下水位

布置的3个检查孔地下水位分别为：J-1为2 758 m，JCK-02为2 760 m，J-3为2 851 m，远低于一期库水位2 805 m高程，间接说明孔内水与库水联系不大。

3.5.3 钻孔电视缺陷分析

帷幕深度下部尚存在一些原始地质缺陷，如J-1孔80～100 m以下渗透系数大，钻孔电视显示帷幕下发育有张开裂隙和错动带等缺陷。

钻孔缺陷分析如下：①首先深部存在地质缺陷属正常现象，其次发育的倾坡内略偏上游的顺层错动带和挤压带类型多属岩屑夹泥和泥夹岩屑型，板岩遇水易软化，软化的板岩具有隔水功能；②孔内电流物探测试成果表明探测孔段整体较完整，未发现集中的渗漏通道，仅存在局部轻微的渗漏可能。

浅表部岩体局部仍有地质缺陷现象，J-3(高程2 813 m)孔在深度4.3～4.9 m混凝土与基岩交结面成像显示孔壁破碎，掉块；8.4～8.6 m有裂隙发育，灌浆不饱满。二期蓄水至此位置时，一定压力下，库水可从该薄弱部位渗入坝体。

浅表部缺陷原因分析如下：左岸板岩灌浆间距、压力等参数参考右岸的砂岩、砂板岩等，因此存在浅表部灌浆压力不大，板岩吃浆小，板岩灌浆半径小，加上上覆压力及盖板厚重小，可能局部存在灌浆不饱满现象，使得浅表部发育的缺陷局部可能存在灌浆不饱满的情况。

3.6 物探测试

为探明渗漏部位和渗漏途径，采用伪随机流场法对坝前进行物探测试。根据物探测试成果，结合宏观地质及现场实际情况分析如下：

1)导流洞进口附近部位严重渗漏(2 715～2 795 m)与导流洞漏水有关并可能存在内水外渗问题。漏水位置可能是导流洞施工支洞堵头、闸门及基覆界线漏水，后导流洞永久堵头出现渗水进行了佐证。

2)放空洞进口附近部位中度渗漏(2 710～2 795 m)与放空洞5 m3生态放水有关并可能存在内水外渗问题。

3)左岸趾板边坡附近部位中度渗漏(2 720～2 795 m)，推测与放空洞生态放水或绕渗有关。

4)左岸趾板严重渗漏(2 750～2 800 m，异常大值中心点2 775 m)，结合高程2 746～2 826 m检查孔合格率略低，浅表部局部存在缺陷。

5)河床趾板中度渗漏(2 720 m)、右岸趾板中度渗漏(2 730～2 750 m)与浅表部局部缺陷有关。

左岸趾板检查孔伪随机流场法成果表明：①所测异常点测值较小，测试孔段不存在集中渗漏通道，个别孔段存在轻微渗漏；②孔内电流成果多界于50～100 mA，表明孔内水与坝前库水连通性差，与左岸趾板部位关系最小，与导流洞进口边坡附近部位关系最大；③检查孔孔内电位差成果分析，导流洞进口附近部位、放空洞进口附近部位量水堰关系值，基本都低于10 mV，多数低于库区正常背景值6 mV，说明上述3区与量水堰关系小。

4 结 论

1)微新千枚岩透水性小。现场调查未发现一般意义上的深层绕渗基本特征，宏观分析沿防渗处理范围以外的微新岩体产生大量深层绕渗的可能性小。

2)压水、物探测试、钻孔电视等手段和方法显示，浅表面仍局部存在缺陷。布置于防渗体系外的地下洞室和洞室群，库水有顺沿洞室松弛圈，后沿施工薄弱环节或岩体缺陷部位产生的内水外渗的可能。综合初步分析局部浅表部缺陷和内水外渗，是漏水和渗漏途径的最大可能。

3)通过多种手段和测试方法，初步分析渗漏原因是可行的，可以初步判断渗漏异常主要部位和可能渗漏途径，对类似工程的分析有所借鉴。若进行精确定位和后期缺陷处理，尚需开展进一步的物探测试、潜水和机器人检查等工作。

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Preliminary Analysis on the Cause of Leakage of a Concrete Face Rock-fill Dam

MA Xingdong

(Chengdu Engineering Corporation Limited,Power Construction Corporation of China, Chengdu 610072，Sichuan, P. R. China)

After studying such features as underdeveloped kast in junction region and fault in river direction, on the left bank of seepage control engineering development of monoclinic and reverse mainly of phyllite stratum, new micro—fresh phyllite permeable, by reviewing the geological conditions of the early stage and under the excavation in conjunction with assessment of rock peameability in junction region，it was judged that the possibility of deep percolation and concentrated leakage path was small, But the water pressure data show that the bottom of the curtain was still developing highly permeable rock, in view of the engineering geological complexity, the possibility of slight leakage along the local highly permeable rock mass still exists. Through a comprehensive analysis by various means and methods it is considered that dam leakage is most likely at the superficial local defects of shallow surface and water leakage from inside to outside of the tunnel on left bank.

water conservancy and hydropower engineering; geotechrical engineering; concrete face rock-fill dam; seepage control engineering; curtain grouting; leakage

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.19

2015-10-26；

2016-11-06

马行东(1978—)，男，江苏徐州人，高级工程师，主要从事水电工程地质和岩土设计方面的研究。E-mail:cumtxiaomad@163.com。

U617.8;TU433;TV221.2

A

1674-0696(2016)05-092-05