西藏新建大坝渗漏成因分析与处理.docx
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西藏新建大坝渗漏成因分析与处理
西藏XX水库新建大坝渗漏成因分析与处理
摘要：
XX水库蓄水初期，随着库水位逐渐上升，观测孔内水位壅高，坝下游陆续出现的渗漏量不断增大，量水堰最大渗漏量达到300L/S的异常现象，影响大坝安全。
通过大坝监测系统、电法探测、连通试验等成果，分析了坝基、绕坝、溢洪道、输水洞等渗漏主因，查找到主要渗流通道。
为大坝堵漏处理方案设计提供了决策依据。
本文还提出了安全渗流对保护下游生态有巨大作用的观点。
关健词：
大坝渗漏成因分析处理
theNewDamLeakageAnalysisandTreatmentatTibetJiangxiongReservoir
KeyWords:
Dam,Permeability,Cause，Analysis,Treatment
Abstract:
Atinitialstageofstoring,thewaterlevelinobservationboreholewasatahighlevelwiththewaterlevelofReservoirgraduallyrising,andleakagecontinueincreasingatthedownstreamofthedam,maximumwaterflowraisedupto300L/Satthemeasuringweir,whichaffectadamsafety.ThroughanalyzingthemajorcausesofdamfoundationanddameabutmentandspillwayandwaterintaketunnelonthebasisoftheresultsofdamobservationsystemandElectricitydetectionandinterconnectiontest,andfoundthemainseepagechannel.Thispaperprovideareferencefordamimpermeableschemeandproposethatsafetyseepagewouldprotecttheentironmentofdownstream.
1工程概况
XX水库位于西藏山南地区贡嘎县境内，在朗杰雄曲上游河段XX雄曲上。
坝址海拔3790m，以上流域面积154.17km2，河道长18.58km,比降47％。
坝高33.66m，长691.5m，总库容1169.19万m3，坝顶高程3824.15m，宽5.0m，正常蓄水位3821.05m。
有挡水坝、输水洞、溢洪道等建筑物，大坝为土工膜心墙土石坝。
坝基防渗为“上墙下帷”，即河间地块深厚复盖层段，设砼防渗墙，最深40米，墙下设有帷幕灌浆，最深35米。
左右坝肩库岸设有单排帷幕灌浆防渗体。
左岸布置溢洪道。
右坝肩设穿山输水隧洞，洞长136m，进出口段属V类围岩；洞身段属Ⅲ类围岩。
2坝址地质条件
2.1地形地貌
坝址区位于横向河谷地段,为高山深切宽谷,谷底宽约400m;左坝肩羊达帮山海拔4460m，右坝肩协帮日山，海拔4561m。
坝区右段为冲洪积扇，左段为河床漫滩。
2.2地层岩性
坝址区地层，为第四系冲积、冲洪积松散堆积地层和晚三迭系浅变质岩地层。
全新统冲积与冲洪积，由含漂石砂卵石组成，分选较差、磨圆较好，粒径0.5～20cm，厚7～16m；
下部上更新统冲积或冲洪积，为含粘性土砂砾卵石层、砾质壤土等组成，粒径0.5～7cm，厚度20～30m；底部中更新统冲积，含粘性土砾卵石夹微含粘性土砂砾卵石层、砾质壤土等组成，粒径0.5～10cm，厚32～43m。
晚三迭系XX组基岩地层岩性为薄层泥质板岩、砂泥质板岩和中-厚层砂岩、薄-中厚层砂质板岩等。
2.3岩体风化带
左岸地表残积层厚5.4～6.1m，强风化带厚7.7～23m，右岸地表基岩裸露，强风化带厚10～23m。
强风化带均为泥质板岩，呈片状碎石夹土状，渗透系数为1.1×10-2cm/s～5.6×10-3cm/s。
弱风化带呈片状碎块及岩屑，为泥、砂质板岩、砂岩等组成。
38m以上岩体透水性3.55×10-2cm/s；44.75～47.25m岩体透水率15.7Lu；
49.15～54.05m岩体透水率9Lu。
2.4水文地质
朗杰雄曲有常年流水，两岸冲沟汇集季节性流水。
河滩及右岸水沟均有地表水流入施工区后汇入河床。
地表渗水能力强，降水直渗地下，洪水汇流、起涨、流速快等特点。
最大日降水量35.9mm/日，最大年降水量549.6mm/年。
冻土深度1.5m。
坝址区地下水主要为松散介质孔隙水与基岩裂隙水，水量较丰富。
岩体构造作用强烈，裂隙发育，部分裂隙张开，倾角约45度，垂直裂隙多。
强风化带及弱风化带中赋存有裂隙潜水，与松散介质孔隙潜水为同一潜水面，同XX河水及右岸支流等地表水存在补排关系。
3大坝渗漏观测
2003年8月，XX水库开工建设；2006年9月主体工程完工，2007年7月，大坝自动监测系统建成完工。
2007年7月20日，水库初次蓄水。
9月上旬，库水位3813m时，大坝下游渗水量加大，量水堰渗漏量为200L/s～300L/s，相当年渗漏量600多万m3，大于设计充许渗漏量180万m3/年。
3.1右岸坝下渗流
2007年7月31日，库水位达到3805m，水深15m时，右岸坝下量水堰开始有渗流现象，其渗流量90L/s～100L/s；8月3日，库水位达3807m时，8#观测孔涌水较大。
渗漏量110L/s～120L/s；9月16日，水库最高蓄水位3813m，最大水深23m时，最大渗流量300L/s。
9月底水库开始加大放水流量。
10月中旬，水位回落至3811.20m，减小放流至关闭水闸阀，保持库来水量与放水量基本平衡，维持库水位稳定。
量水堰渗漏量为180L/s～220L/s。
11月初，上游来水量逐渐减小时，闸阀全部关闭，库水位每天下降约1～2cm。
右岸坝下量水堰渗漏量160L/s～200L/s，渗漏水流为清泉水，不含泥砂。
11月上旬，沿坝下游平行坝脚线，间距2m位置为轴线，开挖深2m的探渗沟观测渗水情况。
库水位3811m时，坝右侧桩号：
0+410～0+550、0+615～0+650渗漏量约占探渗沟流量的50%和30%，渗流水情，具有面宽、点多、分散的特点，见表1。
表1主要透水点漏水状况表
序号
桩号
渗水高程（m）
渗水形态
备注
1
0+416
3784.5
片状
渗量较大
2
0+418
3784.3
片状
渗量大
3
0+467
3783.4
线状
渗量较大
4
0+470
3784
带状、线状
渗量大
5
0+486
3783.6
面状
渗量大
6
0+503
3783.5
径流
渗量特大
此间渗漏水流，来自输水洞山体绕右坝肩渗流的可能性及大。
3.2左岸坝下渗流
2007年8月13日，左岸溢洪道出口，下游约52米处，距坝脚146.36m，开始产生渗水现象，渗流量为80L/s至130L/s，平均渗流量：
105L/s，出水点高程3794.51m。
左岸坝下游，桩号：
0+066～0+289，均设8个探坑；溢洪道坡角设3个探坑。
各探坑均有不同程度渗水，高程为3783m～3785m。
坝后溢洪道中部冲沟的左侧约50米处，观测孔内发出水流声响。
3.3坝基渗流
坝脚下游距离400米处为旱地农田，水位明显抬升，有地表径流，漫浸范围逐步扩大，有沼泽化地象。
农田水位高程为3783.27m，此时，输水渠水位高程3784.51m，相差1.24米。
冰封期坝上游水面观测，桩号0+410处，冰层下有微弱小股旋窝状水流，至接近坝基部位流向下游。
3.4输水洞渗流
库水位为3811.1m时，洞身两侧及洞顶有8个透水点，均在砼接缝处，分布帷幕轴线上下游，渗流量约100～120L/s。
局部呈线状射流，截水环部位渗水量较小。
4大坝渗漏及成因分析
4.1安全监测布置
大坝安全监测系统主要内容包括：
中心站、变形、浸润线、视频等监测项目，坝体和表面均布置有监测仪器。
滑坡体位移监测，采用视准线及三角网控制相结合的方法。
布置有12个觇标点，周边布置有6个控制觇标点。
内部断层、夹层监测布置有2套测斜仪，测斜方向平行于坝轴线。
大坝变形观测觇标布置有大坝两端控制点N3和N5，施工控制点JX7和JXs-4，坝两侧各埋设了3个校核标点，下游空旷地带埋设有2个校核标点，共12个标点，采用视准线和水准测量等方法观测。
大坝渗流监测布置有6个断面，共24个浸润线监测孔，见图1。
监测仪器有水位传感器、绕坝渗流监测孔、渗流收集三角量水堰。
新增探渗沟一条，探渗坑10个，勘探及连通试验孔16个。
图1大坝浸润线监测孔平面布置示意图
4.2勘探及连通试验
取可疑点设钻孔，钻探取芯率低，钻液漏失量大，揭露岩层破碎，垂直裂隙多。
桩号0+684.5～0+715.5段6个孔的压水试验表明，岩层20～35米透水率为14.36Lu～9.2Lu＞5Lu。
经过多次连通试验，示踪剂表明9#、10#、11#孔，同坝后探渗沟之间有良好的连通性。
其透水率至9#孔～10#孔～11#孔，呈渐进增大趋势。
通过计算、分析、对比，观测孔、探渗沟、量水堰及库内水温、电解质、电阻等指标变化规律，获得渗流层边界成果：
（1）高温渗流层在22m以上，浅部渗漏通道在25m以上，范围较宽广；
（2）低温渗流层为22m～45m，深层渗流在45m以下，划定强渗漏层应在35m以上。
4.3渗流与库水位关联曲线
库水位与量水堰观测到的渗漏量之间，大致呈正相关系，见图2。
库水位高，渗漏量大，库水位下降，渗漏量随之减小。
图2库水位与渗漏量关系变化曲线图
2007年7月31日～8月3日，库水位从3804.90m上升到3806.60m时，库水位上升1.7m，渗漏量由95L/s增加到115L/s，渗流量增加20L/s；库水位上升1m，渗流增量约11L/s，渗流增量与库水位增量比值约11:
1。
2007年8月3日～9月16日，库水位从3806.60m上升到水库最高水位3813.12m，渗漏量由120L/s增加到最大渗流量300L/s。
库水位上升6.52m，渗流量增加约180L/s，渗流增量与库水位增量的比值约28:
1，库水位上升1m，渗流增量约28L/s，说明高水位下，渗流量变化明显。
库水位在3798m以下时，未见量水堰有明显水流现象，其流量减小几乎为零，说明量水堰高程以下渗漏量，无法获取监测数据，此前观测到的最大渗流量仅是“相对值”，实际渗漏量要大于“相对值”。
4.4渗漏主因分析
依据监测数据分析，库水位逐步上升的同时，坝体及左右库岸围岩内水位抬高，原地质构造固有的渗流通道，开始发挥作用，加之占全年降水总量89%的大气降水补给，促成渗流量汇集增大。
4.4.1地质构造成因
XX水库实际位于两条断裂带之间的地块上。
北则约2km处，有多条次级断层，主破碎带宽40m。
坝址冲沟切割深度20～50m。
左岸强风化带厚23m，裂隙张开，充填岩屑，线密度5～10条/m。
右岸基岩裸露，为泥质板岩，坝肩处褶皱、破碎带、裂隙发育。
褶皱平卧或倒转，裂隙张开，充填岩屑，线密度5～15条/m。
河间地块，砂砾卵石层厚72.31m（未见底），整个坝区无相对隔水层，河水及右岸支流补给地下水，工程地质条件较差。
由于坝址山体构造运动剧烈，造就的深切割河谷、褶皱、破碎带、裂隙等，分布坝轴线上下游，形成良好的导水构造。
库水位抬高后，在上下游水位差的作用下，库水沿着坝基深厚“砾卵石层”或大坝两端岩体中的空隙、古泉水道、裂隙、破碎带等通道向下游渗漏。
是坝基和绕坝肩渗漏主要地质因素。
4.4.2坝基渗流成因
（1）水库挡水大坝为土工膜粘土芯墙碾压土石坝。
“芯墙”同大坝基础防渗墙顶部联接方式为“倒八字”榫头连接。
“芯墙”埋设及大坝填筑施工时，没有拆除坝基防渗墙的施工“导墙”，残留防渗墙顶部的施工“废弃物”和“松散体”有效清除难度大。
“导墙”同地层接触带未作任何处理。
（2）河间地块，为深厚复盖层，209m长坝基轴线，防渗采取“上墙下帷”防渗方案。
墙厚60cm，墙体施工时，未埋设钢管，预留墙下帷幕施工通道。
成墙后，为进行墙下“帷幕”施工，用金钢石钻头，钻取防渗墙的210个芯孔，其孔斜率很难满足﹤0.71%，因此，一般在35m以上，钻头即漂出墙体，为墙体与上游“松散层”留有人为通道，库水位压力作用下，沿“芯孔”环状间隙，形成毛细渗流上升通道的可能性及大；
（3）坝基ⅠⅡ序防渗墙“接头”处理，采用“平接+高压旋喷桩”工艺封闭接头。
此种“接头”处理“新工艺”，未见有效验证资料，还缺现行有效规程规范支撑，防渗墙体接头处，必然存在软弱夹层；规范要求，高水位下，深厚砾卵石层中，慎用、不宜使用高压旋喷。
其成桩质量差，难以达到补强封闭的初衷。
由于“接头”处理工艺缺陷，造成ⅠⅡ序墙体接头未能有效封闭；
（4）冰封期坝上游水面观测，桩号0+410～0+460，冰层下有多处微弱小股旋窝状水流，说明该处大坝土工膜芯墙存在缺损。
综合上述因素，都为坝基渗流，提供了导水构造条件，形成坝基汇集渗流。
4.4.3右岸绕坝渗流成因
大坝共布置有6条剖面，24个水位观测孔。
右岸二条剖面，观测孔内水位，随库水位升高而抬升，应能说明库水位变化对大坝渗流量变化之间存在的关联作用。
2007年8月～10月，水库蓄水前后，右岸坡观测孔内水位变化明显（见表2）。
观测
时间
迎1#孔
（右）
背2#孔
背3#孔
背4#孔
迎5#孔
（右）
背6#孔
背7#孔
背8#孔
2007.08.11
3802.47
3802.05
3801.7
3800.25
3799.6
3799.28
3798.65
3798.616
2007.09.04
3805.56
3803.07
3802.867
3802.504
3801.657
3801.99
3800.744
3800.011
2007.10.3
3806.11
3803.3
3803.133
3802.193
3801.342
3801.46
3801.117
3800.408
最大增量
△3.64
△0.8
△1.43
△1.94
△1.74
△2.18
△2.47
△2.47
表2右岸主要观测孔内水位情况表
库水位上升期间，迎水面和背水面观测孔内水位随库水位上升而逐次抬升。
库岸水位升高，库水沿输水洞山体原生古泉水通道、破碎带、裂隙等导水构造，以近似平行坝轴线方向，流动一段路径后，遇阻隔岩层，转向流入坝下游洼地“探渗沟”内，这是大坝浇渗水流的主要渗源路径，见图3。
图3右坝肩渗源路径示意图
4.4.4左岸溢洪道渗流
左岸明显出水点在溢洪道消能段下52m左右的位置处，距坝脚线146.36m，出水点高程3794.51m，出水点流量随着库水位的降低而有明显的减少。
排除地表水因素影响，此处渗水与库水位相关。
左坝肩桩号0-107～0＋055，两侧南东、东西向分布两条冲沟，同左库岸水位存在补排关系，库水位高时，向冲沟补水，库水位低时，冲沟向库内补水。
现场观测发现，雨季蓄水期，冲沟向库内补水，然后沿左库岸山体透水层向下游排泄。
4.4.5放水洞渗流
放水洞截水环处渗流较小，该处辐射灌浆深度为3米。
不能排出
截水环与防渗体连接部位能有效封闭。
洞身两侧及洞顶共有8个透水点说明，洞体防渗帷幕存在缺陷，没能有效封堵岩层导水构造。
通过物探手段查明该处有来自山体的渗漏通道。
5渗漏处理
在分析连通试验、电法勘探，钻探点岩层压水试验等成果，又结合分析原防渗体系薄弱部位的基础上，查明渗源及渗流路径后，确定施工处理方案。
5.1处理方案设计
（1）右岸，0+558～0+716原孔距1m的单排灌浆段，再进行加排灌浆，按孔距1m，排距0.5和2m两种型式布置；轴线向上游偏移1m。
（2）右岸0+716～0+770原孔距2m的单排灌浆段，再进行加密灌浆，孔距按1m布置；
（3）左岸0+008～0-079原孔距1m的单排灌浆段，再进行加密灌浆，孔距按0.5m布置；
（4）桩号0+401～0+556段，坝体直接渗漏，帷幕灌浆处理范围，为防渗墙顶以上2m至防渗墙底以下2m。
孔距1m，轴线向上游偏移1.1m～1.5m。
（5）输水洞桩号0+233～0+268段洞体两侧进行固结灌浆，孔距2米；灌浆轴线输水洞桩号0+270～0+278洞身两侧进行三排固结灌浆，排距均为1m，梅花型布置。
灌注材料选用抗冲蚀，抗浠释性能强的浆液；灌浆孔深按岩层透水率＜5Lu线控制。
5.2渗漏处理效果评价
堵漏处理时，主要串浆位置发生在坝基防渗墙顶接触带或以下25m～40m部位。
桩号0+479，灌浆28m～30m处时，探渗沟0+467串浆；0+493灌浆43m～46m处时，探渗沟0+430串浆，见图4。
串浆现象表明，坝基、右坝绕渗探测无误，其堵漏效果明显。
图4桩号0+493处灌浆，探渗沟0+430处串浆
XX水库后续监测结果说明，大坝渗漏处理前后比较，同一库前水位3813m，由原来的300L/S，减少到101L/S，对比减少了66%，堵漏
效果明显。
大坝变形、沉降量观测稳定，无异常现象。
2011年，水库正常蓄水后，库水位3815m，渗漏量85L/S；12月库高水位3815m，渗漏量68L/S。
排除右坝肩水渠渗漏、地表水影响，渗漏量对比不断减小，满足设计充许渗漏量60L/S，达到了预期效果。
但应该看到水库深层渗漏依然存在，不影响大坝安全且水库仍能发挥效益的情况下，可考虑暂不作处理，适宜的安全渗流对保护下游生态，有巨大作用。
水库运行管理，在做好疏导排渗的同时，应加强对大坝渗流、变形、沉降监测，保证水库安全运行。
6结语
（1）XX水库位处高海拔地区，施工季节性强，年施工期不足8个月，多在丰水期施工，地下水力坡降大，径流大，水泥浆液经过钻具通道，泵入地下，进入裂隙、破碎带后，易被地下水流浠释，地下水力作用下，部份浠释浆液被带走，流向下游，滞溜岩层中的浆液所形成的帷幕，完整性较差。
（2）坝址左右岸，河间地块，分布岩层具强透水性；古泉水道、裂隙、破碎带等地质构造发育，在坝轴线上下游，形成立体网状水力通道，其导水构造的复杂性，隐蔽性，极大增加了防渗难度。
（3）XX水库的堵漏经验表明，施工前应专题研究坝址区地层构造、生成机理；地下水高程、流向、流速、路径等规律后。
制定堵塞岩层通道、截断地下水流的防渗方案。
通过试验，选择适合施工的材料、工艺、机械、参数等，评估方案，确认过程。
实践证明，前期工作研究充分且可靠，是实现预期目标的保证。
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黄河水利出板社，2006.
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