某水電站上游圍堰漏水原因分析

1前言

某電站上游圍堰堰頂高程為1250.0m，頂寬10.0m，長271.7m，最大底寬247.8m，最大堰高55.0m，采用復合土工膜斜墻與塑性混凝土防滲墻防滲。迎水面坡度為1:2.25，背水面布置有8m寬下基坑道路，坡度不陡于1:1.80。堰體采用350g/0.8mmHDPE/350g的復合土工膜斜墻防滲，最大防滲高度36.0m，表面噴15cm厚混凝土保護。堰基采用塑性混凝土防滲墻防滲，堰肩采用墻下帷幕灌漿（預埋灌漿管）和岸坡帷幕灌漿（并利用灌漿平洞）防滲。防滲墻施工平臺高程為1214.0m，混凝土防滲墻厚度0.8m,最大深度45.26m，成墻面積5010m2。右岸利用過壩交通洞作為灌漿平洞，長度為26.00m。帷幕灌漿最大造孔深度33.1m。左岸灌漿平洞長度為48m，帷幕灌漿最大造孔深度30.61m。墻下帷幕最大造孔深度21.2m。堰體堆筑總量為100.3萬m3。

2圍堰工程地質條件

2.1 圍堰地基

根據實際沖擊進尺情況以及兩岸靠近河床的明挖揭露情況表明，實際圍堰覆蓋層地質情況與前期地質情況基本一致。第Ⅰ層厚度小，局部分布。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層厚度相對較大，分布連續，總體以大粒徑組成格架，結構較松散，局部架空。上游圍堰防滲墻軸線剖面見圖1。

Ⅳ層（分布于河床最上部）：人工棄渣，孤塊石，直徑較大，結構松散。

Ⅲ層(分布于河床上部）：含漂卵礫石層，漂塊石較多，結構松散，漂石成分為玄武巖，卵礫石主要為玄武巖等。

Ⅱ層（分布于河床中部）：孤塊碎石夾砂礫石層（局部為含泥塊碎石），結構較松散，局部架空。孤塊石較多，孤塊石及碎石成分主要為斑狀玄武巖，新鮮堅硬。

Ⅰ層（分布于河床底部）：卵礫石夾砂層，含漂卵石，局部為粉細砂層。

圖1  上游圍堰防滲墻軸線剖面

2.2 堰肩接頭

2.2.1左堰肩

開挖揭露后的地質情況與前期的基本一致，開挖揭露邊坡以巖質邊坡為主，上部為薄層覆蓋層及少許開挖棄渣，巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類及全風化，強～弱上風化，強卸荷，巖體破碎，結構松散，節理發育，銹染嚴重。

2.2.2右堰肩

開挖揭露后的地質情況與前期的情況基本一致，開挖揭露邊坡以巖質邊坡為主，上部為薄層覆蓋層及少許開挖棄渣，巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類，強～弱上風化，強卸荷，巖體破碎，節理發育，銹染嚴重。

3圍堰施工期工程檢測成果分析

3.1 物探檢測分析

對上游圍堰防滲墻QX-W-J-5鉆孔進行聲波測試和全景圖像檢測，成果分析如下：⑴、聲波測試成果分析：QX-W-J-5孔測試段為0.60～18.4m，該孔波速穩定，聲波測試曲線起伏變化不大。相對而言，孔底18.4～15.0m段波速稍高，平均為2813m/s左右；16m以上局部見2500m/s的低波速異常，累計約12m，占全孔的70%左右。全孔平均波速2323m/s，混凝土波速總體較低。⑵、全景圖像檢測成果分析：從QX-W-J-5孔鉆孔電視可以看出，混凝土防滲墻存在密實度差、夾泥等不良現象，鑒于檢測點數的不足，尚不能根據個別情況完全反映防滲墻的整體情況，需今后根據大壩開挖出現的實際情況進行進一步的佐證。

3.2防滲墻注水試驗

上游圍堰進行了一個鉆孔注水試驗。根據對施工單位提供防滲墻的注水試驗成果分析，最大滲透系數為5.78×10-8m/s，最小滲透系數為3.89×10-8 m/s，平均為4.6×10-8 m/s。檢查孔透水性滿足設計要求小于10-7 m/s的標準。

3.3固結灌漿檢查孔壓水試驗

根據對施工單位提供固結灌漿后的壓水試驗成果分析，上游圍堰固結灌漿共布置11個檢查孔，共壓水19段，最大透水率為8.37Lu,最小透水率為1.99Lu,平均透水率為4.95Lu。11個檢查孔各孔段壓水透水率均小于10Lu的設計防滲標準，檢查孔透水性達到或接近相對弱透水狀態，滿足設計要求小于10Lu的標準。圍堰巖體基本處于弱透水狀態。

4上游圍堰漏水情況及出水點地質情況

從大壩基坑開始開挖以來，上游圍堰下游坡滲水點少，滲流量基本恒定，且為清水。2009年7月1日14時出現滲漏水量突然增大的現象，其中點6漏水量最大，點7漏水點高程最高，其它各點（點1～點5，點8～點10）均有明顯漏水。開始水較渾濁，很快水變清，至目前一直都是清水，上游圍堰出水點實測圖見圖2。根據現場滲水出水部位情況以及剖面分布來看，出水點大多位于河床沖積層Ⅲ層頂部。

圖2  上游圍堰出水點實測圖

5漏水檢測成果分析

為了查明圍堰漏水情況，開展了出水點流量觀測，水質簡易分析、滲壓測量等工作。

5.1水質簡易分析

對上游圍堰滲水點、上游圍堰迎水面的雅礱江水、黑水溝泄水槽、竹子壩分別進行了水質取樣。根據水質分析資料可以看出：竹子壩不容物最大，原因受施工及砂石系統影響，溝水處理后流向圍堰上游；各取樣部位的PH值除竹子壩拌和樓較大外，其余基本一致，范圍在7.7～8.2之間；氯化物含量在上游圍堰背水面右岸側滲水點最大，上游圍堰背水面中部滲水點、上游圍堰背水面左岸側滲水點略低于上游圍堰迎水面左岸側；可容物各漏水點都是基本一致的；硫酸鹽含量出水點都偏高，其中上游圍堰背水面右岸側滲水點、上游圍堰背水面左岸側滲水點基本一致，上游圍堰背水面中部滲水點略高；硫化物含量上游圍堰背水面中部滲水點、上游圍堰背水面右岸側滲水點、上游圍堰迎水面左岸側一致，而竹子壩拌和樓與上游圍堰背水面左岸側滲水點一致。把3處出水點的水質分析與另外3處可能的水源來看：①出水點各檢測成果與黑水溝泄水槽出入太大，排除滲水點的來源為黑水溝泄水槽；②出水點檢測成果表明: 出水點的PH值、硫化物與江水基本一致，滲水點的來源最大可能是上游庫水。

5.2出水點流量觀測

承包商從7月5日起已開始對點6的滲漏量進行了系統觀測，其中7月5日18時所測的最大滲漏量為2317m3/h，對應圍堰堰前最高水位1223.9m。上游圍堰水位與圍堰堰后點6滲水量關系見圖3。

圖3  上游圍堰水位與點6滲水量對照圖

根據提供的上游圍堰不同時間段測量的上游水位、堰后滲水量資料分析，從圖3可以看出：（1）上游圍堰滲水點及測試點的滲流量總體隨著上游庫水位的變化而變化，隨水位升高流量變大，隨水位降低流量減少。但7月12日之前滲流量的變化較庫水位變化有滯后現象，經分析可能受滲流孔隙通道及流過通道時間等影響；7月12日以后出水點的峰值與庫水位峰值基本對應。（2）庫水位低于1214m高程時，上游圍堰也有漏水，但滲水量??；上游庫水位超過1220m高程后，滲水量明顯增加；當庫水位低于1220m和1218m時，滲水量及滲壓計都明顯降低，說明在1218～1220m高程左右可能出現滲流通道。

5.3滲壓測點分析

P6測點高程1198.5m，位于防滲墻部位；P5測點高程1214.5m，位于防滲墻與土工膜接觸部位；P5、P6測點基本位于圍堰中間部位；P2測點位于左堰肩部位，P8測點位于右堰肩部位，高程均為1214m。上游圍堰滲壓計觀測成果見圖4。

圖4  上游圍堰滲壓計觀測成果

根據上游圍堰滲壓計與水位高程數據及圖4可以看出：

（1）P6測點監測成果與堰前水位變化的關系：從6月19日后，P6測點與堰前水位的變化有較好對應關系，變化趨勢一致，在時間上P6測點要滯后1～2天；枯水期時（2008年11月～2009年3月），P6測點位置水頭高程在1200m左右，2009年首次洪峰時的高程為1205.58m（7月12日）,從枯水期到首次洪峰，圍堰后水位升幅約5.6m。堰前水位從枯水期到首次洪峰水位升幅約13.6m。從P6測點監測成果和堰前水位的變化關系上可以看出，防滲墻工程存在一定的滲流現象。P6測點最高水位為1205.58m，距1214.5m高程的滲壓計（P5、P2、P8）仍差近9m，所以P5、P2、P8三個測點出現的滲壓水頭與防滲墻繞滲沒有關系。

（2）P2測點監測成果分析：堰前水位在1220m以上時，P2點立即出現水頭壓力；當堰前水位在1220m以下時，P2測點位置顯示無水，即7月4日出現水頭壓力，7月18日消失。堰前水位在1200m以上時，滲壓計水頭變化與堰前水位變化在時間上高度相關。2009年首次洪峰時P2測點最大水頭壓力約1.72m，測點位置水位高程1216.22m，對應當天堰前水位1224.85m。

（3）P5測點監測成果分析：堰體內水頭壓力變化與堰前水位有良好的對應關系。P5點位置在2009年首次洪峰最水位高程1218.47m時，最大水頭壓力約4m。2009年第一次洪峰結束后，當堰前水位降至1217.62m以下，P5點水頭壓力消失。

（4）P2、P5、P8測點均在防滲墻附近，且滲壓計水位較高，從一定程度上說明上游圍堰復合土工膜滲漏的可能性較大。中部以右堰體擋水面上可能存在多處滲漏點，主要滲漏位置更靠近點5，滲漏點高程在1217m左右；右岸（P8）滲漏點高程低于1217m，2008年監測成果反映滲漏點高程在1215m左右；從P2測點水頭壓力變化與堰前水位變化的敏感度上看，此處滲漏點離P2測點不遠。

6圍堰漏水原因分析

由于最大出水點靠右側，因此初步判定漏水的來源可能有上游河水、鄰近出水點上游側的竹子壩溝的地表水或承壓水?，F分析如下：

6.1竹子壩溝水處理水或承壓水漏水的可能性分析

根據上游圍堰出水點部位及竹子壩溝水示意圖可以看出，出水比較集中的部位大多位于竹子壩溝口的下游側。竹子壩溝地表水和施工用水情況的調查表明地表水和施工用水總體較少，與主要出水點流量相差較遠，且大部分已隨埋設的涵管流入了庫內，因此可以排除地表水和施工用水流入的可能性。另外，竹子壩溝內的鉆孔提示存在覆蓋層承壓水，若出水點為承壓水把土體擊穿而形成股狀流水的話，考慮到竹子壩溝規模較小，地表水入滲少，且因土體的過濾阻擋作用，出水點的水量應該逐漸減少，而實際是出水點水量沒有逐漸減少，出水點不具上升泉的特性，而是隨著上游庫水位的變化而變化，因此承壓水的可能性基本排除。水質分析也基本排除了竹子壩溝水處理水或承壓水漏水的可能性。

6.2上游河水漏水的可能性分析

6.2.1巖體滲漏的可能性

上游圍堰工程部位的基巖主要為P2β21杏仁狀玄武巖、斑狀玄武巖。根據巖體類別對應的透水率綜合分析計算以及下游透水點的滲流量，加之已對Ⅳ、Ⅴ類巖體進行了灌漿處理，因此可以判斷，基巖滲漏的可能性較小，基本可以排除。

6.2.2堰體與堰肩連接部位

若是堰體與堰肩連接部位發生滲漏，由于防滲墻與左、右堰肩部位是采取的明挖方式，可以比較容易判定，因此應排除。

6.2.3上游圍堰防滲墻右側底部突變部位

在上游防滲墻施工過程中，未鉆前期先導孔，對于出現在右側16～20號槽段的平臺由于與前期推測出入較大，因此在該部位布置了相應的鉆孔進行鑒定及驗證。但受各種原因的影響，鉆孔取芯率很低，巖芯破碎～較破碎，根據沖擊巖芯及鉆孔取芯可以判定該部位為陡崖、倒傾鷹嘴或者為大孤石。由于出入大，上游圍堰水頭壓力高，巖芯差等不確定因素，因此對上游整體考慮了灌漿處理，灌漿處理的深度滿足小于設計要求10lu的深度。施工期檢測結果表明：物探檢測、注水試驗、固結灌漿試驗均滿足設計要求，圍堰巖體基本處于弱透水狀態。因此該部位存在滲漏的可能性不大。

6.2.4上游圍堰防滲墻頂面以上復合土工膜滲漏的可能性

上游圍堰6月25日～7月20日時間段的水情與時間對應關系以及出水時間的對應關系見圖5。

圖5 上游圍堰水情與時間對應、出水時間對應關系

從圖5可以看出，6月30日后受降雨影響，上游圍堰水位升至1220m高程左右，超過了1214m高程；而6月30日前上游圍堰水位基本低于1215m高程，上游圍堰防滲墻的頂部高程為1214m。另外，從出水時間對應關系來看，2009年7月1日14時出現滲漏水量突然增大的現象，出水時間點僅晚于水位變化1天。對應于出水點6高程1193m算出的水頭損失，5月29日前約21 m左右，6月30日～7月3日水頭損失約27m左右，7月5日～7月13日水頭損失約29～33m。5月29日前與后的水頭損失高程差不是很大，水頭壓力約3m。上游圍堰滲水點及測試點的滲流量總體隨著上游水位的變化而變化，隨水位升高流量變大，隨水位降低流量減少；但滲流量的變化較水位變化較慢，有明顯的時間差。從16～20日上游水位與滲流量隨時間變化曲線可以看出，隨上游水位的回落，滲水量降低。

根據對出水點的觀測上游圍堰滲水點及測試點的滲流量總體隨著上游水位的變化而變化，水位超過1220m后，滲水量明顯增加，在堰后出水點流量與庫水位關系曲線上可以看出，流量有2個明顯的突變點，一個是庫水位1220m，另一個是1218m，滲水量及滲壓計都明顯降低，因此可以判定1218～1220m高程附近是出現滲流的主要通道高程。根據滲壓計分析，P2、P5、P8測點均在防滲墻附近，且滲壓計水位較高，從一定程度上說明上游圍堰復合土工膜滲漏的可能性較大。中部以右堰體擋水面上可能存在多處滲漏點，主要滲漏位置更靠近P5，P5滲壓計水位高程在1217m左右；右岸（P8）滲壓計水位高程低于1217m，2008年監測成果反映滲漏點高程在1215m左右；從P2點水頭壓力變化與堰前水位變化的敏感度上看，此處滲漏點離P2測點不遠。

7圍堰滲透穩定性分析

出水點除突然涌水很短的時間為渾水外，其余時間均為清水。至目前為止（7月23號）上游河水非常渾濁，而出水點的水確異常清澈，說明涌水是通過一定的孔隙（過濾）滲流。從出水點觀測，滲透途徑主要是Ⅲ層中的卵礫層，從圖5可以看出：2009年7月11日16時和7月12日14時上游圍堰水位相對高位時，堰體滲水量未達到最大，略滯后2小時，7月13日以后堰前水位峰值與堰后滲水量峰值時間對應很好，說明堰體已形成了很好的滲透通道，而Ⅲ層中的卵礫石具有很好骨架作用，滲透穩定性較好，上游圍堰堰體滲透失穩的可能性較小。上游水位超過1224m，下游滲流量增大趨勢明顯，尤其是超過1225m高程后，2號滲流量明顯增大，超過1000m3/h。因此對于常年洪水位1228.92m以及20年一遇的設計洪水位1247.93m，滲流量可能存在爆增的可能，應加密觀測頻次，實時掌握圍堰的運行狀態，并做好應急預案及搶險措施。

8結論

（1）水質分析表明滲水量來源于上游庫水，圍堰漏水部位主要集中在圍堰右側；

（2) 滲流量隨上游水位的變化而變化；

（3) 圍堰滲水的可能來源通道，初步判定為圍堰右側，上游圍堰防滲墻頂面以上復合土工膜滲漏，尤其是1218～1220m高程的復合土工膜發生破壞導致滲漏。

（4）在目前水位情況下，圍堰尚不致發生滲透失穩的可能，但離20年一遇的設計洪水位1247.93m差距很大，江水隨時有來大洪水的可能，初步估算出上游堰前20年一遇洪水的設計位1247.93m時堰體滲流量在2600～5100m3/h，因此圍堰在汛期仍面臨較大的風險，在整個施工期間需要采取應急處理措施。