高摩赞工程渗漏分析及处理措施简介

李传夫，苏 通，果有双

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222；2.天津普泽工程咨询有限责任公司，天津 300202）

1 项目概况

高摩赞大坝枢纽工程项目所在地属大陆性季风气候，具有降雨少，年内、日内温差较大等显著特征。根据Tank 水文站资料统计分析，多年平均降雨量252.00 mm，其中雨季 111.20 mm，占 44%；春季48.50 mm，占19%。旱季从9 月到翌年1 月，降雨量只有49.80 mm。多年平均蒸发量1 785.40 mm。多年平均气温25.5℃，多年平均风速1.50 m/s，实测最大风速28.60 m/s。Gomal Zam 河多年平均径流量525 Mm3，多年平均流量16.65 m3/s，最大年平均流量72.39 m3/s，最小年平均流量3.77 m3/s。多年平均入库悬移质输沙量230×105t，悬移质和推移质年平均入库输沙总量为240×105t。

高摩赞大坝枢纽工程位于巴基斯坦西北边境省境内的印度河支流Gomal Zam 河上，以灌溉为主，兼顾防洪和发电，坝址以上流域面积29 000 km2。工程主要由大坝、电站厂房、分水堰及6.6 万hm2的灌区组成。工程分为两期：一期（大约为15 a）水库正常蓄水位为743.20 m，相应库容为11 亿m3，最低运行水位711 m；二期正常蓄水位提高至750.40 m，相应的原始库容为14.2 亿m3。水库最高洪水位为761.6 m，相应的最大原始库容为20亿m3。

坝型为曲线型碾压混凝土重力坝，坝高133 m，平均建基面高程630 m，坝顶高程763 m。坝顶长231 m，坝底坝轴线方向长44 m，顺水流方向长78 m。中部设有1 个底孔，顶部设4 孔开敞式溢洪道，设中孔泄水孔2个。坝体内部设有3层灌浆和交通廊道，其底高程分别为634、675和720 m，各层廊道间由楼梯竖井连接。

2 渗漏情况

工程于 2010 年 8 月8 日曾遭遇 50 a 一遇洪水，在导流洞泄流的情况下，坝前水位涨至684.9 m，水位超过680.0 m 的时间持续3 d，洪水过程持续6 d，其间地下水位最高上涨至621.5 m，且基本为一直线，随后消退。

工程于2011年3月29日下闸开始蓄水，至4月9日坝前水位由下闸时的643.20 m 上涨至661.697 m。4月10日遭遇降雨，至4月12日水位上涨至682.337 m，4 月20 日底孔弧门开启泄水，当时坝前水位已涨至689.70 m。坝前水位与时间关系，如图1所示。

图1 2011年坝前水位与时间关系曲线

水库水位上涨至688.694 m 时，开始出现较大渗漏：①底层634 m 廊道系统排水孔全部出水，淹没廊道；②距坝址直线距离约2 km 处桥的上、下游山体临河边约150 m 范围有渗水出现，出水高程为609～615.4 m，渗漏量0.35 m3/s；③大坝下游消力塘衬砌排水孔相继出水，左岸锚索梁底部渗水，坝区地下水位监测孔监测的地下水位陡升。

2.1 底层廊道渗漏情况

2011年4月19日，巡视底层634 m 廊道时，发现右岸帷幕灌浆廊道排水孔共9 孔出水，从右至左递降，量水堰测得流量5.8 L/s，其他部位排水孔未出水；其后几天，其他排水孔相继出水，至4月22日，底层廊道基本处于淹没状态。

2.2 坝址下游2 km处渗漏情况

发现廊道渗水后，立即对周边岩体进行检查，发现距坝址直线距离约2 km 处贝雷桥上游山体临河边约150 m 范围均有渗水出现，出水高程为609～615.4 m。贝雷桥下游有2 处大的渗流汇集点：一处为以前泉水出漏处，水量增大且渗水点增多，空气中有臭鸡蛋气味；另一处为泉水下游约100 m 处，渗水沿山坡坡脚渗出，范围较大，出水高程为605.4～608 m，渗水汇入坡脚冲沟。原有泉水下游和原泉水处渗漏量与时间关系，如图2所示。

图2 2011年原有泉水下游和原泉水处渗漏流量与时间关系曲线

2.3 廊道排水情况

自4 月22 日大坝底层634 m 廊道被淹后，项目部马上组织相关人员研究廊道排水措施并及时报告渗水情况。经研究，决定在坝体内仅有的交通通道——楼梯井和通风洞架设水泵抽水。因两处均比较狭小，无法布置太多设备，在楼梯井处布置5～6台排水能力100 m3/h 的4 寸潜水泵，在通风洞布置2台350S-26A 离心泵（扬程为21.6 m 时排水能力为1 116 m3/h）接力作为主抽水设备。

2.4 渗漏对大坝安全的影响

坝体内埋设的监测仪器数据反映，测压管最大读数为0.045 MPa（廊道淹没前），高程720～675 m 正垂线读数为-1.45 mm（偏向上游）。根据设计报告，上游偏移最大允许值为26 mm，主要为夏季温度应力引起的。其他监测仪器读数没有明显变化。在底高程675 m 廊道排水孔内测得地下水位最高为645.7m，表明扬压力最高为0.157 MPa，坝基扬压力远小于允许扬压力0.39 MPa，变位也小于允许值，说明大坝是安全的。

3 渗漏分析

工程区域岩体质量非常差，物理力学指标低，受构造、卸荷及风化作用的影响，岩体中微裂隙较发育，造成岩体破碎、完整性差、变形模量低和变形量大。坝区地质条件较差，裂隙发育，透水率大，本身存在高渗透性。

3.1 近坝区渗漏分析

大坝坐落的地段及其附近山体均为灰岩，虽然坝址范围内未见溶洞和大的溶蚀通道发育，但取芯结果表明灰岩溶蚀仍比较发育，岩体卸荷风化强烈，节理、裂隙发育，经多次造山运动后岩体非常破碎，透水性较强，渗透性大，易于造成裂隙型渗漏。断裂构造和挤压破碎带较发育，较大的断层有17 条，有集中渗漏出现的可能。

3.2 库区渗漏分析

发现大坝下游的2 km 处沿河道的渗流出口处位于左岸灰岩与页岩的交接处，渗流入口位于左岸库区灰岩出露处、坝前左岸F13断层处，库区水流沿左岸灰岩断层空隙渗流。坝区地质条件复杂，灰岩体破碎，存在多种不连续结构面。坝前透水灰岩迎水面面积大，岩层走向对入渗有利。帷幕为悬挂式帷幕。

大坝初期蓄水，渗漏较大。随着水位继续上升，若不采用处理措施，渗透现象将更加严重，大坝将存在坝肩稳定破坏和渗透破坏两种可能。在地质条件这样差的条件下，对岩体进行固结灌浆和帷幕灌浆后能不能建设混凝土高拱坝，在我国没有可供参考的经验。

4 处理措施

本着在保证大坝安全及能够正常运行的前提下尽可能地节约费用原则，整个处理方案分3 个阶段实施：第一阶段为抽排底层634 m 廊道内渗水，进行原排水孔的封堵灌浆并重新钻设排水孔，然后进行导流洞内排水孔施工、护坦新增排水孔和右岸675～634 m 间的排水孔施工，该阶段要求在2011 年汛前完成，保证大坝安全度汛；第二阶段进行基础帷幕的左右岸延伸及右岸排水幕的完善，解决右岸的绕渗问题，保证右岸边坡的稳定；第三阶段视汛期高水位下左岸下游渗漏水情况决定是否实施左岸上游防渗帷幕、喷混凝土，以解决左岸下游渗漏问题。渗漏处理的思路和具体内容如下。

4.1 处理目标

（1）减少渗入底层634 m 廊道群的流量，保证廊道系统的正常工作条件。

（2）加强帷幕和排水，保证大坝和下游边坡的稳定。

（3）扩大帷幕范围，将水库渗漏量控制在可接受范围。

4.2 处理原则

（1）以堵为主，堵排结合。

（2）以保证工程安全为主，以减少渗漏量为辅。

（3）由下到上、由近及远分步实施。

（4）加强观测，以观测结果指导后续方案的制订和实施。

4.3 处理步骤

为有效合理控制渗漏、减少工程投资，分步骤分阶段进行渗漏处理，每阶段都严密监测渗漏变化，为处理措施的实施提供实时的参考数据。各阶段的处理措施简图，如图3所示。

图3 3个阶段的处理措施简图

（1）第一阶段为保证汛期大坝安全及底层634 m廊道的正常使用。进行原排水孔封堵，然后重新钻浅于灌浆深度的排水孔；导流洞内布置深孔排水孔；右岸山体内高程675 m 排水廊道增设直接排水至导流洞排水孔；消力塘护坦加深排水孔。

（2）第二阶段为保证大坝下游岸坡安全。延长右岸山体内高程675、720 m灌浆平洞的灌浆帷幕至高程560 m；延长左岸山体内高程675 m帷幕至560 m；右岸山体内高程720 m排水洞内布置排水孔穿入675 m排水洞；右岸后边坡布置排水洞（待观察前期措施反馈）。

（3）第三阶段为减少库水的过大渗漏。延长右岸坝顶山体内高程763 m 帷幕灌浆至高程630 m；左岸山体自大坝端头沿上坝公路增设总长度130 m 的帷幕灌浆至高程660 m，与原始地下水位相接。

5 渗漏处理效果

经过复核，在渗漏处理前，工程的大坝安全满足规范要求，不存在发生坝肩稳定破坏和渗透破坏的可能。渗漏处理后，渗漏量大幅下降，各层廊道、灌浆平洞和通风洞内的渗水量大幅减少，满足各部位的正常工作条件，大坝的安全性更高。巴基斯坦高摩赞枢纽工程是中国水利水电技术走出国门的标志性工程之一，本工程渗漏的成功处理为中国水利水电技术走出国门积累了宝贵的经验。