仁宗海水库电站大坝渗漏原因综合分析

周小来，卢羽平

(1.四川川投田湾河开发有限责任公司，四川 成都 610041；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

仁宗海水库电站位于四川省康定市境内的大渡河支流田湾河上游，是田湾河流域梯级开发的龙头水库电站，电站采用混合式开发。水库正常蓄水位2 930 m，死水位2 886 m，水库总库容为1.12亿m3，具有不完全年调节性能，电站装机240 MW。工程由坝区枢纽、引水系统、厂区枢纽、“引田入环”输水枢纽和干沟泥石流防治建筑物等组成。

拦河大坝为坝面复合土工膜防渗堆石坝，坝顶高程2 934 m，坝顶宽度8 m，坝顶总长度843.87 m，最大坝高56 m。坝基覆盖层最大深度148 m，坝基防渗采用悬挂式混凝土防渗墙，最大墙深82 m，墙厚1 m。两岸坝肩岩体防渗采用帷幕灌浆。大坝下游坡脚布置坝体交通廊道通往两岸下层灌浆平洞。

1 大坝运行情况

仁宗海水库电站于2004年9月正式开工建设，2008年12月开始第一阶段蓄水，2009年4月1日开始第二阶段蓄水。2009年7月6日，水库水位上升至2 913 m时，右岸坝体交通廊道与灌浆平洞交接处下游侧出现明显渗水。随着库水位上升，廊道内渗水量逐渐增大，廊道顶部、底板、上游侧边墙及灌浆平洞进口段均出现较大渗水，有明显渗水点的洞段长度约200 m，大坝右岸下游坡脚排水沟也出现较大渗水，为此进行了右岸帷幕补充灌浆处理。2009年8月24日，再次下闸蓄水，8月28日水位升至2 913 m时，大坝灌浆廊道及下游坡脚处再次出现渗水，渗水量较7月份明显减小；9月3日，库水位在2 913～2 915 m时，大坝上游坝体坡面出现几处漏水点(见图1)。

图1 大坝平面及渗压计布置

大坝自2008年12月开始蓄水以来，先后于2009年7—8月、2010年4月、2011年4月、2013年3—5月4次组织对坝肩、坝基、坝体等部位进行了渗漏检测和缺陷处理。2011年4月蓄水至正常蓄水位时，测得渗流量为875 L/s；2012年9月20日，库水位2 930 m时，测得渗流量855 L/s；2013年3—5月处理后，2013年11月30日渗流量为754 L/s。渗流量虽有所减少，但是效果不是特别明显，在正常蓄水位2 930 m时，渗流量依然较大，约为680 L/s，初期蓄水时渗流量大于1 000 L/s(见图2)。

2 宏观分析

根据本工程特点和以往各工程的经验，坝后出现较大渗流量往往可能基于以下一些原因:

(1)挡水结构(土工膜及其接缝、趾板、防渗墙及其接缝)局部施工缺陷或变形较大导致发生破损(破坏)引起的渗漏；

(2)地质条件复杂，帷幕防渗效果不好，导致沿坝基的渗漏；

(3)帷幕灌浆深度、两岸延伸范围不足，致使库水经较短渗径绕过两坝肩及坝基的防渗体系产生绕坝渗漏问题。

时间/年

3 左岸渗漏分析

左岸渗漏现象主要为库水位蓄至2 908～2 909 m时，左岸廊道结构缝开始渗水，主要为结构缝靠底板部位渗水，库水位升至2 919.5 m时，压重平台坡脚出现渗水。

左岸坝体廊道内渗压计实测水位在2 885.05～2 885.40 m之间，从上游到下游，渗压计水位逐渐降低。廊道外侧水位与库水位相关性较小，渗流基本稳定，未见明显坝基渗漏情况。左岸绕渗孔水位在2 882.07～2 889.02 m之间，低于库水位约40～47 m，从上游到下游，各绕渗孔水位逐渐降低，水位随库水位同步变化，但变幅相对较小，表明左岸绕坝渗流情况不明显。

根据左岸渗漏现象、帷幕施工及检查情况、渗流通道检测及历次处理和效果、监测资料、渗流计算分析成果，综合分析左岸渗漏主要有以下几个原因。

(1)土工膜及其连接缺陷。2018年6月30日，库水位升至2 913.26 m，对左岸坝体廊道进行检查，桩号左廊0+163 m～0+200 m渗漏较严重，主要以结构缝靠底板部位渗水，渗流量以桩号左廊0+163 m位置最大，向两侧渗流量减小。根据该日大坝绕坝渗流及坝基防渗墙后渗压计测值分布情况，在2 913.26 m库水位下绕坝渗流孔水位低于左岸廊道底板高程(2 884～2 885.7 m)，故绕坝渗流不是造成廊道渗水的主要原因。

左岸量水堰在库水位高于2 905 m开始出现过流，以库水位2 917 m为分界点，库水位低于2 917 m时渗流量增大速率小于库水位高于2 917 m时渗流量增大速率。物探检测成果表明，左岸趾板部位异常渗漏区可能为土工膜与岸坡趾板连接部位损伤所引起，对左岸趾板部位的复合土工膜进行检查发现，主要存在以下问题:土工膜焊缝脱落、土工膜破损、锚固角钢变位。水下检查发现左岸周边缝高程2 906 m以上明显渗漏段长48 m，左岸坝面有2 m2明显渗漏。左岸坝基表层为淤泥质壤土，最大深度约19 m，经振冲碎石桩加固处理后作为大坝基础。由于左岸长期渗漏和坝基沉降造成坝面局部沉降较大，起伏不平，左岸预制板与趾板错台明显，最大错台约为30 cm，加之左岸边坡上部掉石块砸坏坝面保护盖板，造成复合土工膜破损而引起渗漏。

综上所述，左岸土工膜及土工膜与趾板接头破损是左岸渗漏的主要原因。

(2)趾板帷幕缺陷。左岸基岩为深灰色中厚层～巨厚层变质砂岩夹薄层板岩，岩体裂隙发育，风化、卸荷强。因岩体较破碎，其透水性较好，强卸荷一般属严重透水，弱卸荷以中等透水为主，弱透水及微透水带埋深较大。

在大坝左岸趾板帷幕和防渗墙端头附近布置Z1～Z5检测孔，各孔段压水试验成果大部分小于5 Lu，基本满足设计要求。但Z1孔埋深9.96～15 m透水率为6.21 Lu、Z2孔埋深8.13～13.2 m透水率为6.7 Lu、Z3孔埋深1.05～15 m透水率为5.51～7.74 Lu、Z4孔埋深0.95～5 m透水率为8.48 Lu、Z5孔埋深1.05～5 m透水率为6.72 Lu，超过设计要求，其他段岩体整体较完整，局部破碎，透水率满足设计要求。

经综合分析全景图像、压水试验、单孔声波及电磁波层析成像等检测资料，左岸趾板表部岩体张开较明显，局部岩芯较破碎，且表部均有1～2段岩体透水率大于5 Lu，浅表部岩体中可能存在渗漏。

4 河床部位坝基及坝体渗漏分析

河床部位渗漏现象主要为坝后局部低洼处出现渗水。土工膜与防渗墙接头后的渗压计水头4～33 m，水头折减不明显，河床部位坝基防渗墙后坝0+208.00 m、坝0+304.37 m、坝0+364.37 m处，P4、P6、P7渗压计实测水位较高，且与库水位相关性较好，这几处防渗墙基础部位渗透性比其他部位大。

1-1～3-3监测断面坝基渗压计水位从上游到下游逐渐降低，4-4监测断面坝基水位在2 909.4～2 910.1 m之间，较河床及左岸坝基水位高约22 m，且靠下游侧坝基水位相对略高。2-2、3-3监测断面防渗墙前后水位水力联系更强，表明该部位防渗墙或防渗墙底部存在相对薄弱部位。

根据河床部位渗漏现象，防渗墙、帷幕施工及检查情况，渗流通道检测及历次处理和效果，监测资料，渗流计算分析情况，综合分析河床部位主要渗漏原因有以下几点。

4.1 坝体缺陷

2010年4月对大坝右岸“坝0+791.46 m～坝0+828.33 m”坝段的复合土工膜进行了检查，检查统计结果显示，该范围的复合土工膜存在约18处大小不等的孔洞，孔洞最大尺寸45 cm，最小尺寸1 cm；分布高程从2 916.25～2 930.44 m，2 925 m高程以上孔洞有14处，占77.7%；靠右岸的孔洞尺寸较大。大坝渗漏一期处理时揭开坝面老复合土工膜发现，无砂混凝土表面平整度差，浮石及尖石较多，骨料超径多，无砂混凝土表面有大量泥浆，复合土工膜被垫层顶破、盖板砸坏的孔洞数量较多，土工膜渗漏现象明显。

4.2 土工膜与防渗墙接头缺陷

2018年6月27日，库水位上升至2 910 m时，右廊0+187.0 m～右廊0+195.0 m、右廊0+275.0 m～右廊0+285.0 m上下游侧边墙出现渗水，上游侧比下游侧略严重，此水位高程与防渗墙与土工膜交接部位接近，可能为搭接部位土工膜破损而引起廊道上游侧边墙渗水。右廊0+187.0 m～右廊0+195.0 m、右廊0+275.0 m～右廊0+285.0 m对应大坝桩号坝0+690 m～坝0+705 m以及坝0+785 m～0+795 m，与第3次渗水处理时的物探结果相吻合。

根据防渗墙后渗压监测成果发现，P6(坝0+304.37 m)渗压计在2 913.26 m水位下，比两侧渗压计高出8～16 m，P4(坝0+208.00 m)渗压计比两侧渗压计高出2～4 m。该部位土工膜与防渗墙搭接部位存在破损，靠近左廊0+163 m廊道的P77渗压计2 887 m，高于左廊0+163 m廊道底板高程和PLD-9渗压计测值为2 886.4 m。故可能为坝0+208.00 m～坝0+304.37 m土工膜与防渗墙交接部位破损。

2018年4月库水位降至死水位后，现场检查发现，防渗墙顶存在大量渗漏漏斗，且越靠近左岸渗漏漏斗越大、越深、越密集，挖开防渗墙顶垫层料发现，土工膜与防渗墙接头有撕坏现象。2018年7—8月潜水员水下检查时发现，坝0+261.8 m～坝0+266.8 m和坝0+599.8 m部位防渗墙下游侧墨汁吸入较快，渗漏明显，其余部位防渗墙下游侧总共有300 m长范围墨汁缓慢吸入，存在轻微渗漏。以上现象表明防渗墙与土工膜接头存在缺陷，导致渗漏。

三维有限元渗流反演分析成果表明，当土工膜与防渗墙交接部位存在缺陷时，与监测渗流场的拟合较好。

综上所述，土工膜与防渗墙交接部位存在渗漏通道。

4.3 防渗墙缺陷

防渗墙顶被挖开检查发现，防渗墙存在顺河流向的贯穿性裂缝。根据历次检测成果，并结合监测资料，在桩号坝0+186 m～坝0+215 m、坝0+290 m～坝0+318 m段布置了物探检测孔，分别进行地震波层析成像(CT)、钻孔声波和钻孔全景图像检测，发现2段防渗墙均存在顶部15 m范围内水平裂缝发育，中下部局部区域混凝土浇筑不密实的现象。库水位下降后，桩号坝0+395 m～坝0+428 m段、防渗墙顶部发现串珠状入渗点，上述现象说明防渗墙局部存在缺陷，这些缺陷为河床部位可能的渗漏通道。

4.4 防渗墙底帷幕缺陷

由于左岸岸坡基覆界线抬高较多，防渗墙下桩号坝0+121.67 m～坝0+163.84 m、高程约2 805～2 837.5 m(面积约800 m2)的基岩因上部防渗墙未预埋灌浆管而未实施防渗墙墙下帷幕，推测该部位岩体以强卸荷岩体为主，基岩透水率大于100 Lu，透水性多属强透水，可能存在渗漏通道，库水可能穿过强透水岩体渗入下游。

5 右岸渗漏分析

右岸渗漏现象主要为库水位升至2 910 m时，右岸坝体交通廊道与下层灌浆平洞交接处下游侧有明显渗水，随着库水位上升，渗水量逐渐增大，廊道顶部、上游侧边墙、灌浆平洞进口段及平洞内绕渗孔孔口均出现较大渗水；库水位升至2 921.2 m时，右岸坝后物探检查孔出现涌水，右岸岸坡坝脚也出现较大渗水。

右岸廊道内渗压计实测水位在2 905.12 m～2 923.35 m之间，越靠近下层灌浆平洞，渗压水位测值越大。右岸下层灌浆平洞帷幕后渗压计水位在2 923.35 m，渗压水头值较周边渗压计水位高，且与库水位相关性更好，测值随库水位变化而同步变化。平洞端头外侧渗压计水位2 913.86 m，较库水位低16 m左右，测值与库水位有一定相关性。

右岸灌浆平洞及坝肩后绕渗孔水位在2 914.79～2 923.90 m之间，坡体内侧水位(RK9、RK10)高于外侧水位(RK21、RK22)，较库水位低5～12 m，与库水位同步变化，两者相关性较好。右岸坝体下游绕渗孔水位在2 910.32～2 918.94 m之间，新增的右岸上坝公路绕渗孔水位在2 917.86～2 918.92 m。其中RK14、RK18绕渗孔水位测值高于周边其他绕渗孔水位4～5 m，也高于左岸绕渗孔水位30 m左右。总体来看，右岸绕渗孔水位普遍高于左岸绕渗孔水位，水位变幅与库水位变幅比在0.58～0.87，且与库水位相关性很好。

根据右岸渗漏现象、帷幕施工及检查情况、渗流通道检测及历次处理和效果、监测资料、渗流计算分析情况，综合分析右岸主要渗漏原因为以下几方面。

5.1 土工膜与趾板连接缺陷

现场检查发现，右岸坝面预制盖板与趾板错台较明显，可能造成土工膜锚固接头破损而引起渗漏。

5.2 帷幕灌浆缺陷

右岸基岩为深灰色中厚层～巨厚层变质砂岩夹薄层板岩，构造部位上贡嘎山复向斜核部，岩体裂隙发育，风化、卸荷强。因岩体较破碎，其透水性较好:强卸荷一般属严重透水，弱卸荷以中等透水为主，弱透水及微透水带埋深较大。岸坡岩体结构面发育，裂隙连通性较好，层面裂隙和河谷呈小角度相交，对防渗不利，可能存在的局部灌浆缺陷及帷幕底界外的破碎岩体会增大库水渗流量。

(1)防渗帷幕连接缺陷。右岸下层灌浆平洞内PLD-2在库水位高于2 904 m时渗压水位快速上升，比同期库水位低3 m，而位于右侧的PLD-1比同期库水位低6.5 m，表明渗漏不是通过绕防渗帷幕端部，该库水位高程与上层防渗帷幕底线高程2 903 m接近。由渗压水位大小来看，PLD-2>PLD-3>PLD-1>PLD-4>PLD-5>PLD-6(PLD-7在库水位升至2 918 m时仍表现为无压)，渗压水位最高的部位在右廊0+302 m，对应大坝桩号坝0+825.37 m，物探检测发现右岸趾板边坡为渗流异常区，考虑采用最短渗漏路径，该渗漏通道可能为趾板防渗帷幕与上层防渗帷幕交接部位。

(2)右岸趾板及防渗墙下帷幕缺陷。右岸岸坡防渗墙底部坝0+791.97 m～坝0+797.47 m、高程2 882～2 884 m间钻孔全景图像显示为砂层，坝0+791.97 m～坝0+814.47 m、高程2 876～2 905 m之间区域岩体钻孔全景图像显示岩体破碎、裂隙发育；上述两区域钻孔压水试验岩体透水率为32.75～72.49 Lu之间，严重漏水。

(3)右岸灌浆平洞帷幕缺陷。正常蓄水位工况下，下层灌浆平洞绕坝孔RK11R、RK12R比库水位低15 m，而上层灌浆平洞绕坝孔RK9R、RK10R孔水位仅比库水位低6～7 m，该区域可能存在漏水通道。

物探检测发现，在右岸码头附近存在一重度入渗区域，分析可能为远端绕坝渗漏的入渗口。

右岸灌浆平洞钻孔压水试验成果表明，下层灌浆平洞在X1～X3孔孔深35～45 m段透水率较高，最高达29.18 Lu；X4孔钻进至11～18.5 m段时，岩体极破碎，芯样呈碎块、碎粉状，钻进过程中，孔口可见细砂伴随返水返出，推测强透水；X5孔0.6～2.5 m、15.3～18.4 m段，X7孔19.7～25.2 m段芯样较为破碎。监测成果表明，库水位在2 911 m以上时，右岸下层灌浆平洞位于X4孔附近的新增2号渗压计水头增长很快，仅比库水位低2～7 m，与库水位存在明显相关性。以上现象表明，右岸灌浆平洞局部岩体破碎，透水性强，可能存在较大的渗漏通道。

检测和监测成果显示，右坝肩可能存在较严重的绕渗问题。

6 结 语

仁宗海水库大坝自2008年蓄水以来，截至2021年已运行13年，经过4次检测和局部处理，总渗流量仍较大，部分坝基渗压计和绕渗孔水位也较高。目前渗漏的主要原因已基本查明，大坝渗漏是由土工膜锚固接头拉裂、坝面复合土工膜破损、两岸坝肩防渗帷幕和坝基防渗墙存在缺陷等综合原因造成。

虽然目前坝后渗水情况仍较严重，但渗流量主要来自右岸坝肩绕渗，且坝基浸润线总体较低，最高水位在反滤层内，坝后渗水无明显的细颗粒带出。大坝应力变形监测成果未见有位移或变形突变等现象。大坝的异常渗流暂未带来涉及到整体稳定等安全问题，但长期渗透会使大坝安全性及长期运行安全存在隐患。

为解决大坝长期安全稳定运行问题，增加发电效益，需对大坝进行渗漏处理十分必要。考虑到仁宗海大坝渗漏情况十分复杂，结合大坝渗漏的特点和对工程安全的影响程度，渗漏处理考虑分两期进行。一期处理主要针对水下喷墨检测、钻孔取芯及压水试验发现的对大坝安全运行影响较大的缺陷，包括土工膜与趾板及防渗墙连接部位渗漏处理、左岸坝面土工膜破损修复、右岸连接帷幕局部渗漏处理、左岸边坡冲沟掉石处理、右岸坝后设置排水井降低坝内水位等项目。如一期处理后未达到预期效果，大坝长期安全运行还存在隐患，二期再进行坝面土工膜系统更换、防渗墙和两岸帷幕系统补强灌浆等必要的处理。