水利枢纽工程大坝左岸渗漏补充地质勘察方法与成果分析
——以内蒙古赤峰市三座店水库为例

赵允亮，徐永江，梁龄予，李 娜

(1.辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006；2.辽宁宏禹水利工程建设监理有限公司，沈阳 110006)

水利枢纽工程大坝左岸渗漏补充地质勘察方法与成果分析
——以内蒙古赤峰市三座店水库为例

赵允亮1，徐永江1，梁龄予2，李 娜2

技术论坛

(1.辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006；2.辽宁宏禹水利工程建设监理有限公司，沈阳 110006)

2010年经巡查发现三座店水库主坝左岸坝坡与岸坡692.0m高程连接处有一明显渗漏通孔，经有关方面论证：由于坝肩附近地质条件复杂，原防渗处理有一定的难度，渗漏属绕坝渗漏。设计方案是先打检查勘探孔对上游渗漏通孔进行充填封堵，用以查明左坝头基础情况及其渗透性，为设计堵漏提供地质基础数据。本次勘察范围不大，但勘察精度高，且钻孔需精确地穿越沥青混凝土心墙下(高程为682.35m)的混凝土基座，钻孔上下游误差仅有25cm。

三座店水利枢纽；绕坝渗漏；检查勘探孔；充填封堵

1 工程概况

内蒙古赤峰市三座店水利枢纽工程是以城市防洪和供水为主，兼顾生态农业灌溉和发电等综合利用的大(2)型工程，由主坝、副坝、泄洪冲砂洞、溢洪道、发电引水洞及电站厂房等主要建筑物组成。

2010年3月，发现大坝下游原渡汛围堰坡脚处有1处渗漏水流出，且在其它坡脚处有积水现象，同时对坝上游巡查发现在主坝左岸坝坡与岸坡692.0m高程连接处有一明显渗漏通孔，且孔前有漩涡，其水流流向山岩体内，伴有小型漂浮物被吸入。

为此，管理局及时组织各参建单位赴现场处理有关事宜，并邀请有关专家对左岸渗漏水进行分析讨论，基本结论意见为由于坝肩附近地质条件复杂，防渗处理有一定的难度，渗漏属绕坝渗漏具体措施有：①应加强主坝左岸坝肩与副坝的防渗处理；②应加深主坝左坝肩附近帷幕深度；③加深副坝帷幕深度与长度；④增加地质钻孔检查以指导帷幕灌浆；⑤对上游渗漏通孔进行充填封堵，有利于帷幕灌浆的实施；⑥适当增加或改造利用原绕坝渗流观测孔。

2 检查勘探孔布置、钻孔方法及设计工程量

2.1 检查勘探孔布置

鉴于大坝已建成，检查勘探孔布置在坝面上，其布置利用帷幕灌浆先导孔，即是检查勘探孔也是注浆孔。在主坝左坝肩位置(桩号：0+040.000-0+000.000)布置3个孔，距离心墙中心线下游侧1.0m处，孔底深入原帷幕灌浆底线下5.0m；在与主坝相接的副坝位置(桩号：0+377.208-0+310.000)布置6个孔，距离复合土工膜轴线下游1.4m处，孔底高程为665.0m。设计钻孔进尺共655.0m[1]。各孔终孔孔深可根据地质构造情况及渗透情况适当调整。

2.2 钻孔方法

根据钻孔位置及坝体结构判断：钻孔揭露的岩性(层)主要有人工过渡料层(主坝还包括原河床含泥砂卵石层)、混凝土及基岩等；主坝过渡料层最厚可达47.6m左右，且要求钻孔铅直、精确地穿越沥青混凝土心墙下(高程为682.35m)的混凝土基座，钻孔上下游误差仅有25cm。可见，钻孔的难点主要集中在穿越主坝段的人工过渡料层及保证钻孔铅直方向钻进以避免碰到沥青混凝土心墙。为保证钻进时不破坏坝体心墙及过渡料等易损结构，钻孔施钻前及钻进过程中均采取了特殊措施。

2.3 过渡料层钻进措施

左坝肩的3个检查勘探孔过渡料厚度在13.0-55.0m间(包括原河床含泥砂卵石层)， 钻孔采用金刚石钻头，回转式钻进的方法。为保证钻孔铅直钻进，施钻前对坝面尚未铺盖沥青、不平整的左坝肩3个孔及副坝J4孔浇筑混凝土钻机平台，长、宽、高规格均为2m×2m×0.5m=2.0 m3，以保证钻机座落在平整坚实的基础上，钻机四角以锚锁固定，使钻机稳固；考虑到过渡料中局部可能有漂石存在，采用了大口径开孔(φ246mm)、低压慢钻的方式，即可保证处理漂石后钻孔不至于偏斜，为下多重套管提供了空间，又可减少对过渡层造成过大的扰动；为避免钻进过程中过渡料流失，采用了泥浆护壁，紧跟套管的方法，且套管跟下至基岩下0.5m左右。

3 基岩的钻进措施

套管固在基岩下0.5m左右，基岩的钻进即改为φ75mm，采用清水钻进，以保证压水试验值的真实性。钻孔设计工作量见表1。

表1 三座店水利枢纽工程检查勘探孔(补充灌浆先导孔)工程量表

4 该部位前期施工情况

本次检查勘探主要针对主坝左端、左坝肩及与之相连的部分副坝进行，主坝部分自桩号0+040.000-0+000.000，副坝部分自桩号0+377.208-0+310.000。主、副坝以混凝土连接墙衔接。

4.1 主坝施工情况

主坝布置在右岸山体与左岸条形山体之间的主河床部位，主坝坝型为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶长614.40m，坝顶宽8.00m，最大坝高52.40m，坝顶高程为730.80m。防浪墙顶高程为732.00m。

防浪墙底部通过铜片止水与沥青混凝土心墙连接，沥青混凝土心墙采用变截面形式：高程682.35m墙厚1.50，至高程685.35m渐变为0.80m，高程685.35-704.00m墙厚均为0.80m，高程704.00-729.40m墙厚为0.50m。沥青心墙上下游两侧为厚度4.00m的过渡料，填筑高度自原地面高程681.32m至坝顶高程730.80m。上下游过渡料外侧为堆石区及堆石护坡，坡比1:1.5，坝底最大厚度188.074m。

沥青心墙底部通过断面宽2.50m高2.00m的混凝土基座与混凝土防渗墙相接，沥青心墙底高程682.35m，与混凝土基座呈弧形面接触，接触面刷沥青玛蹄脂。心墙底部的混凝土基座底高程为680.50m，基座通过止水胶条与混凝土防渗墙相接。防渗墙起始点自桩号0+037.600，厚度0.80m，最大墙高30.00m，墙底深入基岩0.50-1.00m，混凝土防渗墙设计指标为C108W8，防渗墙上下游即为原河床含泥砂卵石。

4.2 左坝肩施工情况

左岸山体呈条形分布，底宽约300-400m，顶宽约100-200m，前缘呈陡坎状与河谷相接，迎水坡坡度为1:0.5。沥青混凝土心墙底部的混凝土基座自桩呈0+030.258沿岩面开始爬坡，厚度不等，约2.80-5.50m，座于强风化岩下限，部分段座于强风化岩内。心墙在距岸坡1.0m处，厚度由0.5m渐变为1.0m，连接处设铜片止水，接触面呈弧形，刷沥青玛蹄脂。主副坝间由混凝土连接墙衔接， 连接墙断面为：顶宽0.5m，两侧边坡为1:0.25，墙底高程725.00m。

4.3 副坝施工情况

副坝布置在左岸条形山脊上，呈折线型布置，坝形为复合土工膜心墙堆石坝，坝顶长377.00m，顶高程730.80m，防浪墙顶高程732.00m，坝顶宽8.00m，最大坝高4.50m。

副坝防浪墙底部与复合土工膜相连，土工膜底部与坝基灌浆盖板相接(部分段无混凝土盖板，如本次勘察孔J4、J6孔未揭露)，灌浆盖板下为第三系上新统玄武岩，强风化。

4.4 基础处理施工情况

主坝段、主坝左右坝肩均布置一排帷幕灌浆孔，孔间距2.0m，主坝帷幕轴线位于沥青心墙中心线、左坝肩帷幕轴线位于沥青心墙迎水面0-003.950m处；副坝布置一排帷幕灌浆孔，孔间距2.0m，帷幕轴线位于土工膜心墙中心线，灌浆长度77m(桩号约为0+377.208-0+300.000)。

左岸帷幕底高程自主坝桩号0+042.400-0+011.000由620.00m高程上升至678.80m高程，其余左坝肩帷幕与副坝帷幕底线高程均为678.80m。

主坝沥青混凝土心墙、副坝土工膜心墙、主坝坝基混凝土防渗墙、基岩的灌浆帷幕、坝肩的灌浆帷幕、副坝的灌浆帷幕即组成了主、副坝坝体、坝基的一个完整的防渗体系。

4.5 钻孔压水试验

钻孔压水试验依据《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL31—2003)进行。钻孔孔径φ75mm，采用自上而下，用单栓塞分段隔离进行压水。压力表安设在与试段连通的测压管上，作用在试段上的压力按下式计算：

P=Pp+Pz

(1)

式中：P为试段压力，MPa；Pp为压力表指示压力，MPa；Pz为压力表中线至压力计算零线的水柱压力，MPa。

通过压水试验资料整理，绝大多数压水段P—Q曲线为E型(充填型)，仅少部分为C型(扩张型)及A型(层流型)。这与玄武岩地层构造有关，多气孔状玄武岩风化节理裂隙发育，张开，起伏粗糙状，多充填黄泥，部分气孔内半充填黄色黏土；少气孔状玄武岩主要发育平直粗糙状张开裂隙，主要由钙质、碎屑岩及泥充填；9个钻孔中有6孔揭露到了玄武岩多次间歇喷发所形成的间歇层面，该层面多充填有黏土、砂砾岩等，从干钻取出的岩芯来看，呈短柱状，含水性大。

4.6 水位观测

水位观测内容有各孔水位、库区水位、大坝下游水位及渗流量的观测，观测日期自2010年5月16日到27日。受库区放水、降雨等因素影响，库水位、坝下水位及各孔地下水位均有一定的起伏，在此选定5月25日水位进行对比分析。

各孔压水试验成果及水位观测记录见表2。

4.7 成果分析

本次勘察范围不大，但勘察精度高，孔间距在12.0-16.0m间，涉及主坝左坝肩及部分副坝，主坝桩号0+040.000-0+000.000，副坝桩号0+377.208-0+310.000，共计约107m左右，主要目的为查明左岸渗漏问题。

1)根据钻孔揭露的地层岩性及压水试验，在634.80m高程以下为第三系中新统(N1)土黄色细粉砂砾岩及微弱胶结的杂色尚有黏性的砂砾岩，钻孔揭露厚度3.6m(J1孔未穿透该层)。该层近水平分布在坝址区整个河谷第三系上新统玄武岩(N2)底部，渗透性强(透水率为31.89Lu)，但该层埋深大，且上覆厚层第三系上新统玄武岩，其渗漏对大坝安全运行影响甚微，在此不予考虑。

2)第三系上新统玄武岩(N2)少气孔状与多气孔状呈互层频繁交替出现，受喷发次数、流动速度、前期地形、地物、冷凝时间等多种条件影响十分复杂，无明显的层序变化规律。

少气孔状玄武岩岩石一般较完整，岩石渗透性一般不大，但从钻孔岩芯来看：局部段岩芯破碎，且发育倾角50°-85°结构面，张开状，平直粗糙，主要为钙质胶结，部分充填黄泥，厚度多在2-5mm间，其即可构成地下水的渗流通道。

多气孔状玄武岩岩石完整性一般较差，岩体多处存在破碎带；气孔一般连通性很差，但少数尚有连通性；节理裂隙发育，主要发育2组结构面，一组为倾角5°近水平结构面，另一组为倾角为50°-85°结构面，两组结构面均呈张开状，起伏粗糙，充填黄泥，厚度2-10mm不等，部分面可见铁锈色，说明常有地下水活动；多气孔状玄武岩流层发育，沿流层层面附近有岩洞存在，尤其左岸坝端，流层层面明显，层间裂隙甚为发育，沟通情况明显。

3)从压水试验数据来看：第三系上新统玄武岩共进行99段压水试验，其中透水率<5.00Lu的有29段，占全部压水总数的29.3%；透水率5.00≤q<20.00Lu之间者有60段，占全部压水总数的60.6%；透水率q≥20Lu的有10段，占全部压水总数的10.1%。从绘制的“左岸渗透剖面图”可以看出：较大渗漏区B区(透水率5.00≤q<20.00Lu)含强透水区A区(透水率q≥20Lu)在659.80-725.10m高程内大范围、连续性分布。从各孔地下水位与库水位比较来看：库水位高于各孔地下水位2.09-5.11m，说明B+C区为绕坝渗漏的主要断面。

尤为注意的是，左坝肩0+0400.00m延展至副坝0+366.00m，长约51.0m，高程约675.8-703.2m之间的范围存在一强透水区A区。经水位观测比较，该区地下水位高程为688.46m(J2孔观测值)，仅低于库水位(库水位高程为690.55m)2.09m，说明该区为绕坝渗漏的主要断面。该区渗漏水对大坝安全影响极为严重，因为库水绕渗出此渗漏断面后，即进入心坝后过渡料，将带走过渡料中的细小颗粒，久之，可造成溃坝。

图1 线坝渗漏断面区对大坝影响示意图

4)从“左岸渗透剖面图”可以看出：坝基高程659.8-687.9m间连续分布一相对弱透水层(C区)，据钻孔揭露的岩芯可知，该层主要为灰色少气孔状玄武岩组成，其渗透性主要受节理裂隙控制。

5)通过连线各孔地下水位，发现其在平面上呈舒缓波状，相对高差约3.0m左右。第三系多气孔状与少气孔状玄武岩渗透规律不明显，存在不同透水性，其空间分布关系复杂，无明显层序，受节理裂隙和风化作用的影响很大。各孔地下水位连线呈舒缓波状与地下水渗流途径所遇到的不同渗透介质、节理裂隙的多少与连通性及渗径长短所造成的不同水头损失有关。

6)坝下水位及渗流量受大气降水影响很大，观测期间有降雨过程；另外；施工用水、放水也对观测结果影响较大。因此，坝下水位及渗流量与库水位变化关系尚未明确，但观察与量水堰相连的排水沟渗流水，发现沟底由渗流水携带出的细砂有微增趋势。

7)根据钻孔过程中出现的特殊情况分析：钻孔穿越渡料时均采用泥浆护壁、跟管钻进的方式进行，J1孔在9.0m处、J3孔在10.0-13.0m出现坍孔丢浆现象，说明该部位过渡料级配极不均匀，有一定的孔隙率。

5 结论及建议

1)左岸坝基多气孔状与少气孔状玄武岩空间分布关系复杂，呈互层状，无明显层序规律，且频繁交替。少气孔状玄武岩透水性差，但局部有破碎带或节理裂隙发育；多气孔状玄武节理裂隙发育，多处出现破碎带，且流层间风化裂隙极为发育，沟通情况明显。总体来看坝基岩石有蓄存地下水和地下水渗流的地质条件。

2)左岸坝基岩石自高程659.8-725.1m范围内，存在连续性渗透断面。其中左坝肩675.8-703.2m高程范围内，坝体与山体连接部位渗漏最大，对大坝安全运行影响极为严重，应尽快彻底解决该部位的渗漏问题。

3)坝基下高程659.8-687.9m间连续分布一相对弱透水层，基础的防渗处理底线建议不高于659.8m高程，且局部应适当加深，如J1、J3、J8等3孔的控制区。

4)左坝肩心墙后的过渡料，应进行回填充实处理。

[1]赵勇.地质物探综合勘察在水库大坝漏水中的应用[J].煤炭与化工，2014，37(02)：110-113.

1007-7596(2016)11-0043-05

2016-10-12

赵允亮(1963-)，男，辽宁沈阳人，高级工程师；徐永江(1965-)，男，辽宁锦州人，教授级高工；梁龄予(1989-)，女，辽宁沈阳人，助理工程师；李娜(1986-)，女，辽宁沈阳人，工程师。

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