第二部分　沥青混凝土心墙坝类

下坂地沥青混凝土心墙砂砾石大坝渗漏安全分析

汤洪洁

（水利部水利水电规划设计总院）

摘　要：下坂地水利枢纽工程大坝为沥青混凝土心墙坝，2010年蓄水后发现廊道存在漏水现象。2012年、2014年分别对基岩、砂砾石基础以及廊道结构采取补强加固处理措施后，目前渗漏量稳定，2015—2017年最大渗漏量在库水位2955.00m左右时约20L/s；且坝体变形量较小，大坝总体安全可控。

关键词：渗漏；灌浆；安全监测；变形；安全分析

1　工程概况

1.1　工程基本情况

下坂地水利枢纽工程位于新疆塔里木河源流叶尔羌河主要支流塔什库尔干河中下游，主要任务是以生态补水及春旱供水为主，结合发电。水库正常蓄水位2960.00m，总库容8.67亿m3，工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

枢纽工程为大（2）型Ⅱ等工程，主要包括沥青混凝土心墙砂砾石坝、右岸侧槽溢洪道+导流泄洪洞、左岸引水发电洞和地下厂房等建筑物，主要建筑物拦河坝、溢洪道、泄洪洞、引水发电洞进口为2级建筑物。沥青混凝土心墙砂砾石坝坝顶高程2966.00m，坝顶宽10m，坝顶长460m，最大坝高78m。

沥青混凝土心墙下游侧设置灌浆廊道（3.5m×5.0m），底厚1.2m，壁厚1.0m，总长度为463m。廊道基础桩号0+053～0+240为坝基覆盖层，桩号0+240～0+373为回填砂砾石。廊道与心墙之间采用沥青砂浆填塞，上部结合处用沥青砂浆回填形成的沟槽，用来沿心墙轴线分段收集心墙渗水，通过排水孔进入廊道，以监测心墙渗漏情况。

下坂地水利枢纽工程批复总投资为19.89亿元，总工期为55个月。下坂地水利枢纽工程于2007年5月26日开工，2007年9月26日完成了截流阶段验收，并顺利实现了截流；坝体填筑于2008年9月3日开始，2012年5月24日填筑至设计高程。下坂地水利枢纽工程于2010年1月24日下闸蓄水，2010年4月25日首台机组发电。

1.2　坝基主要地质问题

（1）稳定问题。大坝坝基河床覆盖层最深达150余m，物质组成及地层结构较为复杂，既有两岸崩坡积物，也有河流冲积沉积物，还有冰积物和堰塞湖期沉积下来的湖积相岩软黏土或淤泥质黏土，岩性成分杂乱，粒径大小悬殊，均一性差，最大粒径达10.0m以上。

河床坝基较大范围内分布的第四系松散层和2层软黏土，强度低，构成了坝基稳定问题；软黏土上覆崩坡积物和冲积层，结构松散，不能直接建坝；河床坝基覆盖层中还有两层砂层透镜体对坝基稳定不利。以上坝基地质缺陷需进行工程处理。

（2）渗漏问题。冰碛与冰水堆积层为河床覆盖层主要组成物，厚度80～148m。大坝建基面以下的深厚覆盖层具有强透水性工程特性，冰碛、冰水积层中存在局部架空，坝基存在渗漏问题，渗透破坏形式以管涌为主，应采取相应的防渗工程措施。

两岩坝肩岩体中风化卸荷裂隙发育，是绕坝渗漏的岸边通道，需进行防渗处理，处理原则按岩体透水率5Lu控制即可满足防渗要求。

1.3　坝基处理措施

覆盖层采用“上墙下幕”垂直防渗措施，基岩采用帷幕灌浆。

（1）混凝土防渗墙。混凝土防渗墙厚为1m。在防渗墙内预埋1排灌浆管，预埋管间距2m。深槽段防渗墙（起止桩号为0+153.00～0+299.00）墙体混凝土强度指标为C20，且R180≥25MPa。两岸坡段墙体混凝土强度指标为C25，且R180＞35MPa。混凝土抗渗等级为W10，渗透系数K≤10-8cm/s。

（2）砂砾石帷幕灌浆。坝基砂砾石层帷幕灌浆位于桩号0+148.00～0+300.00的混凝土防渗墙下面，布置4排灌浆孔，Ⅰ排、Ⅱ排间距2.5m，Ⅱ排、Ⅲ排间距3.2m，Ⅲ排、Ⅳ排间距2.5m；Ⅰ排、Ⅲ排、Ⅳ排孔距2.5m，Ⅱ排为防渗墙下灌浆，与基岩主帷幕灌浆相对应，孔距2.0m；灌浆孔最大深度156.0m。入岩深度Ⅰ排、Ⅲ排不小于5.0m，Ⅱ排达到主帷幕底线，Ⅳ排达到基岩面即可。墙幕搭接长度为10m。

（3）基岩帷幕灌浆。左岸防渗帷幕包括高程2966.00m和高程2900.00m灌浆洞、斜坡段、露天段3部分；高程2966.00m灌浆洞向山体延伸132.0m，高程2900.00m灌浆洞向山体内延伸111.0m，帷幕灌浆深度为75.0～150.0m。右岸防渗帷幕包括高程2966.00m灌浆洞、斜坡段、露天段3部分；高程2966.00m灌浆洞向山体延伸130.0m，灌浆深度为30.0～110.00m。左岸基岩风化严重节理裂隙发育，帷幕布置3排孔，孔距2.0m；右岸布置1排孔，孔距1.5～2.0m。左岸高程2900.00m灌浆洞中设置搭接帷幕，连接上下2层帷幕。帷幕与引水发电洞相交的部位，在发电洞内进行该段帷幕的灌浆。

（4）右岸防渗墙未封闭段处理。右岸浅槽段防渗墙施工完成后，在进行基岩帷幕灌浆钻孔时发现芯样采取率低，且灌浆时吃浆量大，经进一步补充地质勘探工作发现实际基岩面高程低于原设计基岩面高程，最深处达26.0m，导致右岸浅槽段已成防渗墙底与勘探的基岩面之间未封闭。未封闭段位于坝轴线坝0+304.00～0+357.00之间，长度约53m，在垂直方向已成防渗墙底距基岩面的高度约为21m，面积约813m2。对该部位的防渗及加固处理采用多排帷幕灌浆的防渗及补强方案。即在未封闭段部位原设计的单排帷幕（防渗墙及大坝轴线）上下游侧各增加2排帷幕灌浆，增加排与原设计单排形成5排帷幕体，从上游向下游排距依次为2.5m、2.5m、3.2m、2.5m。第Ⅰ排、第Ⅱ排、第Ⅳ排、第Ⅴ排孔距2.5m，第Ⅲ排孔距为2.0m。第Ⅰ排、第Ⅴ排灌浆范围上下均超出天窗范围5.0m，第Ⅱ排、第Ⅳ排灌浆范围上下均超出天窗范围10.0m，第Ⅲ排孔深达到原设计帷幕底线。

1.4　坝基渗流监测

为监测坝基渗流，在坝0+160、坝0+221、坝0+294设3个监测断面，每个断面在坝上6m、坝下10m、坝下70m、坝下140m各埋设3支渗压计。

防渗墙（坝上6m）上游侧的9支渗压计受库水位影响，所测地下水位较高，且随库水位变化波动，2017年年底验收鉴定时当前值为2930.9～2940.5m；防渗墙下游地下水位较低，基本不受库水位影响，当前值为28850～2903.7m。防渗墙下游水位变化与仪器埋设高程关系很小，且基本不受库水位影响，表明大坝防渗系统工作正常。

2　渗漏安全分析

2.1　工程主要问题及处理

下坂地水库2010年1月下闸蓄水，初期蓄水水位保持在高程2915.00m左右，水库初期运行后发现坝基廊道0+384.00处变形缝变形较大，5个月后发现该处变形缝开裂，并出现渗水（滴水）情况，且随着水库蓄水高程的增加，该处变形缝渗水量亦随之增大。为了保证水库的蓄水及水库的安全，经专家会咨询意见，在2012年4—7月采取帷幕补强灌浆的方式进行了处理，并取得了一定的效果，坝基右岸交通洞内渗漏得到了控制，灌浆前后廊道结合部的渗漏量在同一库水位情况下水量明显减少。2014年的监测资料对比分析，右坝肩渗漏量较理论值大，在库水位高出高程2942.00m，渗漏量增幅明显变大，初步推断高程在2940.00m及以上依然有渗漏通道。2012年的加固处理只进行了对出现裂缝段廊道的钢拱架支护，其二次衬砌及底板挤密加固并未实施。根据以上情况对渗水处理实施提出以下施工方案：大坝右坝肩渗水按2012年的处理原则和范围，继续进行补强灌浆处理；廊道加固段的二次衬砌；廊道底板下地层进行灌浆加固处理。

经上述两次处理，经现场观察，原漏水点基本上已不漏水，交通洞和廊道其他各处也未发现大的新漏水点；廊道变形稳定。

廊道渗漏情况：2014年水位较低，渗漏量较小；2015—2017年最大渗漏量在库水位2955.00m左右时约20 L/s，渗漏量总体可控。根据监测资料，渗漏量与库水位相关性较好。现场廊道中发现诸多析出物，说明仍然存在渗漏通道，且可能与基岩裂隙成分有关。

2.2　右岸渗漏原因分析

（1）右岸安全监测布置。在两坝肩防渗帷幕范围内各布置7根测压管，共计14根测压管，位于帷幕灌浆上下游侧，监测坝肩帷幕效果及绕坝渗流情况（见图1）。

根据2017年8月前监测资料，右岸坝下30m和坝下60m处的测压管（即L、M、N）水位变化值不大，基本保持在2894.5～2895.7m的水平。坝下地下水位较低，可能跟廊道内漏水有关（廊道相当于排水孔）。右岸廊道绕坝渗流测压管受灌浆影响已损坏，即H、I、J、K，宜择机修复。

（2）渗漏原因分析。右岸漏水部位主要是交通廊道内、基岩与覆盖层廊道交汇处，以及右侧坝基廊道排水孔，约50m范围。交通廊道中漏水有白色析出物，初步判断为基岩裂隙中物质。交汇处廊道漏水为清水，水量稍大。排水孔出水水量不大，压力不大。

经初步判断，可能漏水部位包括：基岩浅部帷幕灌浆、两岸基岩与心墙混凝土基座之间结合部位、或者未封闭段部位帷幕灌浆、或者该部位心墙混凝土基座存在贯穿性裂缝，以及深厚覆盖层与心墙混凝土基座结合部位受廊道变形影响连接密封关系等。

分析如下：

（1）变形监测资料表明，截至2017年8月5日，除左岸高程2960.00m测点JZ-J1有0.2mm张开，其他左右岸开合度均表现为挤压，挤压变形范围在-0.12～-0.74mm之间，其中右岸挤压变形最大值发生在高程2900.00m处J9测点，最大变形值为-0.74mm，左岸挤压变形最大值发生在高程2930.00m处J3，变形值为-0.54mm。左右岸沥青心墙与基座的剪切变形均表现为向河槽方向变形，其最大剪切变形值为-0.05mm和-0.44mm。心墙与基座错位变形不存在拉开的情况。

（2）右岸绕坝渗漏监测坝下地下水位基本保持在2894.50～2895.70m的水平，低于廊道底高程2897.00m，表明下部帷幕灌浆效果良好。

（3）埋设于坝0+220和坝0+300桩号的测斜管大部分表现为向下游位移，其中坝0+300轴线下游8m处下游变形最大，累计变形量达到119mm。假设沥青心墙位移119mm，挠跨比为0.17%，可以满足变形要求（以小梁弯曲破坏时的挠度和跨度的比值，即挠跨比作为评定沥青混凝土变形能力的指标，设计报告提出为3%）。

（4）防渗墙未封闭段约位于坝轴线坝0+304.00～0+357.00之间，廊道转弯处桩号0+373.00，该范围内排水孔出水，故对该范围内帷幕灌浆存在质疑。

（5）右岸岸坡较陡，混凝土基座与基岩间应布置接触灌浆。根据旁多工程（同样高海拔、高严寒地区）施工状况，可能出现结合部位不良以及混凝土基座裂缝的情况。

2.3　左岸渗漏原因分析

左岸漏水部位主要是灌浆廊道内、排水孔出水量较大、0+145桩号有压水、廊道顶部及下游侧漏水、上下廊道连接井。灌浆廊道中漏水有白色析出物，初步判断为基岩裂隙中物质。其余为清水。

原因初步分析：由于灌浆廊道中白色析出物较多，存在基岩水进入坝体的可能性。该地下水可能为绕坝渗流，也可能是坝下哈姆勒提沟通过基岩裂隙反渗入坝体中。

绕坝渗流监测资料表明：左岸坝下30m和坝下60m处的UP-E、UP-F两个测压管水位基本保持在2917.00～2920.00m，左岸坝下100m处的UP-G水位在2894.00m左右。哈姆勒提沟的2组测压管水位保持在高程2897.20～2898.20m的范围。

坝下近坝区基岩中地下水位较高，坝下水位高于廊道顶约15m，如果存在较大裂隙通道，可能会反渗入坝体，从廊道中漏出。

3　渗漏安全分析

渗漏经过2014年处理后，总的渗漏量基本稳定。由于砂砾石砂浆灌浆的部位不处于右岸防渗墙未封闭段（约位于坝轴线坝0+304.00～0+357.00之间），因此建议在该范围内增加渗流观测孔。

由于沥青心墙与廊道之间在施工时采用沥青混凝土回填且与心墙一并碾压，廊道中部排水孔没有水排出，且防渗墙下游渗压计水位较低，可以判断渗漏水来自两岸岸坡位置。交通廊道洞口与心墙混凝土基座之间回填的是混凝土，在出水点附近堵漏完成后，加强了该部位回填混凝土的防渗效果。但沥青混凝土心墙起坡点与底部交通廊道在平面位置和高程上有一定距离，起坡点一定范围内的基岩防渗可能无法得到有效加固处理。因此，目前可判断为沥青混凝土心墙起坡点附近浅层基岩渗漏或心墙混凝土基座与基岩结合面渗漏。

坝底廊道渗漏量过程线见图2，由图2可知，渗漏量与库水位相关性较好，可以判断存在上游至下游的渗漏通道，该通道在右岸可能性较大。但量水堰渗漏量不大，且防渗墙后的渗压计水位较低，判断砂砾石层渗漏水处于正常状态。

根据坝体内部变形监测，各沉降管累计为106～267mm，最大沉降267mm发生在坝0+300距坝轴距35.6m处的ES06，约占填土坝高的0.36%，坝体、心墙及防渗墙的变形量均较小，因此工程目前的安全状态可控，但耐久性可能会有所降低，随着时间的推移，如不采取工程措施，安全性会随之降低。

4　建议

根据旁多水利枢纽廊道内渗漏灌浆的经验，在高水位下进行灌浆，可能会由于渗漏缝内流速较高，灌浆效果不好。目前渗漏量稳定，可采取导排水措施，同时加强监测。

重点关注右岸在0+300～0+373之间的渗漏水监测，可能的话在廊道中补设测压管，了解防渗墙未封闭段帷幕灌浆的效果。进一步加强右岸岸坡基岩浅部位灌浆。

对于左岸，可加强对哈姆勒提沟的水文监测，必要时采取导截流方式防止哈姆勒提沟的水反渗入坝体内部。查明基岩渗水通道，对基岩采取灌浆封闭措施。

建议下一步工作如下：

（1）查明白色析出物的物质组成，判断来源。

（2）查明左岸上、下连接井间漏水高程分布，查明哈姆勒提沟与大坝的相对位置和高程关系，据此判断左岸渗漏水主要来源。研究导截流工程措施以及基岩灌浆措施的可行性，可采取导排水措施，同时加强监测，必要时增设渗流及变形观测点。

（3）补充右岸防渗墙未封闭段的渗压监测。必要时加强基岩浅部灌浆处理。恢复右岸灌浆平硐中的四支绕坝渗流渗压计布置。

（4）加强对廊道变形稳定的检测，及时补强加固。