混凝土砌石重力坝渗漏原因分析及渗流安全复核

马琳+赵英+杜万军

摘 要：某中水头混凝土砌石重力坝，其最大坝高40.8m。水库大坝建成投运8年时间内，分别出现基础渗漏、坝体漏水等问题，严重影响到水库大坝的安全稳定运行。为此，结合《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》等相关规范和评价指标，对水库大坝蓄水渗漏原因进行了详细论证分析。经现场踏勘和溢流坝结构应力复核，结果表明：帷幕灌浆质量差、施工质量监控不到位等是引起大坝坝基和坝体渗漏的主要原因，且左岸非溢流坝坝基整体抗滑稳定安全系数低于规范要求，需采取全面除险加固工程措施，以提高坝体整体安全稳定性。

关键词：混凝土砌石重力坝；大坝渗漏；非溢流坝；抗滑稳定性

1 工程概况

某中型水库，其正常蓄水位812.00m，死水位804.00m，总库容2130万m3，兴利库容1580万m3。工程主要任务是农业灌溉、引水发电和城市供水。根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（DL5180-2003）划分指标，该水库属于中型水库。大坝首部枢纽主要由挡水大坝、引水隧洞、放空底孔等水工建筑物组成。

工程于1999年01月开工，2006年10月全部竣工，2007年04月并网发电。水库大坝整体为C15混凝土砌石重力坝，坝高40.8m。坝基采用单排、孔距3.2m、平均灌浆深度9.8m的钻孔进行帷幕灌浆，左、右岸坝肩分别向山體延伸9m和22m，经监测大坝整体防渗性能满足q≤5lu为控制标准[1]。水库投运前期大坝监测各方面技术指标均满足规范要求，运行稳定性较好。2009年02月，一次例行检查过程中，发现大坝坝基和左岸非溢流坝坝肩存在渗漏问题，但由于渗漏量不大，继续监视运行。2013年开始，大坝渗漏量不断加大，其渗流量平均在4×10-6m3/s左右，2014年7月高位蓄水时段，其渗流量最高达到20.5×10-6m3/s。巨大渗流量严重威胁到大坝的稳定运行，急需找出坝体渗漏原因并结合病险水库除险加固技术指导方针，采取合理除险加固措施，确保坝体整体安全稳定。

2 水库大坝坝体渗漏原因分析

从现场勘察可知，大坝坝体渗漏主要发生在右岸坝体中部和左岸非溢流坝段坝基和坝肩处。坝体中部渗漏主要是由于该水库大坝在建设过程中存在中断问题，也即在2001年时大坝修建方存在资金周转问题，暂停大坝修建长达2.5年，于2004年1月才续建，长期施工间歇加上施工质量监控不到位，导致Ⅰ期工程和Ⅱ工程间衔接部位施工质量较差，内部砌石密实性能不好，在高水位蓄水运行水压作用下，坝体内部出现渗漏通道，引起坝体中部发生渗漏。另外，由于该水库大坝在设计上没有设置专门的防渗层，主要依靠坝体表面的C20混凝土面板进行防渗，经多年运行面板存在裂缝、裂隙等问题，给坝体埋下渗漏通道的安全隐患。根据设计资料及现场钻芯取样分析结果可知，大坝左岸非溢流坝段在坝基和坝肩793.5m高程及以上部位存在大量强风化板岩岩层，且岩石破碎度较大，经综合分析认为左岸非溢流坝段坝基和上半部存在坝肩渗漏主要是由于该部位帷幕灌浆质量较差引起。

综合现场踏勘、钻芯取样分析成果及设计资料，最终认为大坝坝体及左岸非溢流坝渗漏主要是由于坝体整体防渗层较单薄、Ⅱ期工程衔接质量监控不到位、施工质量差导致砌石密实度偏低等引起。为了采取与工程特性相匹配的除险加固方案，必须对大坝坝基和左岸非溢流坝坝体整体稳定性进行全面安全复核，确保除险加固方案具有较高可行性、可实施性和经济性。

3 大坝渗流安全复核

3.1 坝体渗流安全复核

为了分析坝体渗漏，在大坝右岸坝体中部795.00m高程设置探芯钻孔，孔深达32.5m，岩心采取率平均为92.6%；在左非溢流坝段坝肩810m高程设置探芯钻孔，孔深38.6m，岩心采取率平均为93.1%。经坝体钻孔岩芯取样分析，结果表明：大坝中部789m～794m高程范围内，坝体砌石不均匀，密实度不高，存在裂隙发育、透水率较大等问题，急需采取全面的防渗加固措施。

3.2 左岸非溢流坝渗流安全复核

根据左岸坝肩地质勘查分析结果，确定左岸坝肩岩体等级为Ⅳ类围岩，相关特性参数指标为：坝肩帷幕灌浆砼与坝基、坝肩接触面间的抗剪断参数为f′=0.73，C′=0.41～0.49Mpa。根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）[2]相关计算要求，左岸非溢流坝其整体平均容重应大于22KN/m3，而钻孔取芯分析结果表明，左岸坝体由于填筑过程中施工质量存在较大问题，其整体容重仅有19.6～21.2KN/m3，远低于规范要求的22KN/m3指标。在左岸非溢流坝坝肩渗流安全复核过程中采用规范要求的22KN/m3进行分析。

计算荷载组合为：（1）基本组合（正常蓄水位工况）：自重+静水压力+扬压力+於沙压力+浪压力；（2）特殊组合（校核洪水位工况）：自重+静水压力+扬压力+於沙压力+浪压力+动水压力+地震。经计算左岸非溢流坝坝基垂直应力和坝基、坝肩抗滑稳定计算成果如表1所示。

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）相关规定：混凝土砌石重力坝坝基面，其在任何工况下坝踵垂直应力均不应出现拉应力[3]。但从表1计算结果可知，在特殊组合情况下，左岸非溢流坝坝基面坝踵出现-0.13Mpa的垂直拉应力，不满足规范要求。同时，左岸非溢流坝坝基抗滑稳定，在特殊组合工况条件下，其安全系数为2.36，低于规范要求的[2.5]指标值。

安全复核成果表明：大坝在目前地质水文条件、现有结构体型条件下，其整体存在砌石密实度较低、施工质量较差等安全质量问题，坝体整体安全稳定性不满足现行规范要求的技术指标值，继续采取相应的工程措施进行整体除险加固处理。

4 结束语

由于水库大坝在修建过程中存在Ⅰ期工程和Ⅱ工程间衔接部位施工质量监控不到位等问题，导致坝体内部砌体密实度较差、左岸非溢流坝坝基和坝肩帷幕灌浆质量达不到要求等，导致大坝中部和左岸非溢流坝肩出现漏水问题，严重影响大坝运行的整体安全可靠性。经安全复核，大坝存在安全稳定问题，急需采取钻孔帷幕灌浆、涂刷防渗层等相应工程措施进行全面处理，提高大坝整体安全稳定性，确保其高效稳定的运营。

参考文献

[1]谢荣昌，王卫华，张怀文.混凝土防渗心墙浆砌石重力坝施工技术[J]，黑龙江水利科技，2015（01）：135-136.

[2]陆政.水利混凝土防渗心墙浆砌石重力坝的施工技术[J].中国水运（下半月），2015，15（06）：183-184.

[3]冯建江.三块田水库混凝土砌石重力坝设计计算[J].吉林水利，2015（03）：10-13.