河口村水库初期蓄水渗漏与变形安全评价

刘耀宗++翟春明+李陆明

【摘要】河口村水库大坝为混凝土面板堆石坝，自2014年9月25日正式开始下闸蓄水，大坝目前发现三段渗水处，渗水量占沁河多年平均径流量的0.93%。大坝整体最大沉降量占坝高（含基础）的0.74%，坝体及坝基变形趋于稳定。坝肩绕渗测压管水位和上游水位总体变化正常，随上游水位的变化而变化。坝基应力均处于受压状态，混凝土面板大部分呈受压状态，防渗墙钢筋拉、压应力均有，但应力值普遍较低，总体变化较小。根据对坝体、坝基、混凝土面板及防渗墙的变形、应力及渗漏情况分析，大坝目前工作状态正常，大坝是安全的。

【关键词】渗漏；变形；评价包含

【Abstract】Hekoucun Reservoir is a concrete face rockfill dam. Three water penetration points have been found since September 25， 2014， the official start of the brake under water. The water seepage flow account for 0.93 percent of annual average runoff volume of Qin river. The maximum settlement value of the dam account for 0.74 percent of the dam height （include basic）. The deformation of the dam body and the dam foundation have been stabilized. The change of the piezometric level and the upper level is normal along with the change of the upper level. Stress in the dam foundation and the concrete face is in a state of compression. There are tensile stress and pressure stress in the rebar of the diaphragm wall， but the stress value is low general and the change is less overall. According to the transformation and stress of the dam body ， the dam foundation， the concrete face and the diaphragm wall， working condition of the dam is normal. The dam is safe.

【Key words】Leakage；Deformation；Assessment

1. 工程概況

（1）村水库位于黄河一级支流沁河上，控制流域面积9223 Km2，是控制沁河洪水的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。河口村水库以防洪供水为主，兼顾灌溉、发电、改善下游生态基流。

（2）河口村水库工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等，由大坝、泄洪洞、溢洪道及引水电站组成，总投资约27.75亿元，总工期60个月。水库按500年一遇设计，2000年一遇校核，设计（校核）水位285.43 m，正常高水位275.0 m，死水位225.0 m，总库容3.17亿 m3。

2. 坝址区地质概况

2.1地质概况。

（1）大坝左右岸地层由馒头组板状白云岩、泥灰岩及页岩、汝阳群石英砂岩及登封群花岗片麻岩及第四系覆盖层组成。左坝肩属褶皱断裂发育区，构造发育，岩体破碎，F11、F12、F14断层、龟头山褶皱束分布在其间其次左坝肩分布有古滑坡体及其他第四系堆积物。右岸坝肩存在寒武系∈1m3地层易风化、泥化及发育岩溶现象，易产生渗漏。

（2）河床存在基岩深槽，上部为覆盖层，由漫滩及高漫滩河流冲积、洪积层组成。一般厚30 m，最大厚41.87 m。岩性为含漂石及泥的砂卵石层，夹4层连续性不强的粘性土及19个砂层透镜体。

2.2坝址区水文地质概况。

2.2.1通过对库区地形地貌及水文地质条件的调查与分析，水库蓄水后可能发生永久性渗漏的地段，应在大坝左岸老断沟～谢庄～山口河、左岸老断沟～谢庄岸坡库水向五庙坡断层带、右岸圪料滩～余铁沟（右岸远岸）库岸段及右岸吓魂滩～余铁沟（右岸中远岸）渗漏段等近坝库区附近。大坝右岸渗漏区域分（1）疙料滩～余铁沟段渗漏（远岸段）；（2）吓魂滩～余铁沟段渗漏（中远岸段）；（3）右岸近岸区向余铁沟渗漏段。其中右岸近岸区向余铁沟渗漏段位是可能产生右坝肩绕渗的重点地段。

2.2.2右岸为～向北缓倾的单斜构造，出露岩层自下而上有登封群变质岩、汝阳群碎屑岩、寒武系碳酸盐岩与页岩，透水层与隔水层相互成层分布。寒武系馒头组下部构造含水岩组（或透水层）。此层为构造作用形成的拖曳褶皱层及上、下影响带，主要包括∈1m1～∈1m4下部约10 m，厚32 m～34 m，岩性为白云岩、泥灰岩及页岩，底板高程200m～230 m，顺河延伸长度5.0 Km，至张庄附近潜入河底，主要强透水层为∈1m4下部至∈1m1岩层组成的构造透水层，是坝肩绕渗的主要通道。

2.2.3考虑到水库蓄水后，承受高水头作用，径流带大部分属于层间承压性的渗流形式，而下游出溢段为潜流渗流形式。其渗流途径，一种可能是绕坝肩呈半园弧形自上游向下游坝后河谷排泄，另一种可能是上游呈弧形，下游呈直线向余铁沟方向排泄。经比较，在其它条件不变的情况下，前者平均坡降为0.129，后者为0.09，渗漏量最大的属前一渗透途径。经估算近岸段渗漏量为0.192 m3/s=691.2 m3/h =16576 m3/d。

3. 大坝及防渗体系设计简介

3.1大坝布置。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高122.5m，坝顶高程288.5 m，防浪墙高1.2 m，坝顶长530.0 m，坝顶宽9.0 m，上、下游坝坡均为1：1.5。坝体从上游至下游依次布置为混凝土面板、挤压边墙、垫层料、过渡料、主堆石、次堆石及下游护坡。上游死水位以下设粘土、粉煤灰及石渣压盖，坝后设弃渣压戗平台。河床段面板基础设在深覆蓋层上，面板前基础设混凝土防渗墙，防渗墙及其以下53 m范围河床基础采用高压旋喷桩加固。

3.2坝体防渗（面板）体系。主要有面板及趾板组成；布置在大坝上游坡面，面板顶部厚0.3 m，底部厚0.72 m；面板混凝土强度等级C30，采用双层双向配筋。河床部位面板基础趾板坐落在深覆盖层上，两岸趾板坐落在基岩上；两岸趾板后设防渗板以延长渗径，趾板、防渗板及连接板混凝土强度等级均为C25。

3.3坝基防渗体系。

3.3.1防渗墙。由于河床段面板基础（趾板）未挖到基岩，直接坐落在河床深覆盖层上，为防止大坝基础漏水，在大坝面板趾板前沿河床全断面做一道混凝土防渗墙，墙长114 m，墙厚1.2 m，墙底嵌入基岩1.0 m，最大墙高28 m，河床趾板与基础防渗墙通过4.0 m宽连接板连接。

3.3.2坝基基础帷幕。

（1）大坝河床段设防渗墙，左、右岸趾板基础下均设帷幕灌浆，提高基岩的整体性和防渗能力。大坝基础帷幕布置从左岸溢洪道至右岸坝肩，并向右岸坝肩延长210 m，左岸山体由于受五庙坡断层影响，导致库区渗水严重，帷幕向左岸库区延长1200 m。

（2）帷幕深度根据大坝建筑物级别及规范要求按3Lu控制，帷幕布置1～2排，间排距1.5 m～2.0 m，灌浆压力0.3～3MPa。

4. 初期蓄水渗水情况

自2014年9月25日正式开始下闸蓄水，大坝目前发现渗水的地段有三段：大坝右岸下游坝脚山坡侧地质探洞、大坝右岸坝肩帷幕延伸段2#灌浆洞、坝后围堰下游量水堰蓄水池。

4.1地质探洞渗水。水库从2014年9月25日正式下闸蓄水，2015年4月上旬发现大坝右坝肩坝下约135 m处地质探洞出现渗水，渗水早期不很大，随着水位上涨略有增加，早期监测渗水量约在11 m3/h（3 L/s，库水位243 m左右）；中间到达最大20 m3/h（约6 L/s，库水位达到250 m左右），并随库水位的变化而变化。2015年6月份因汛前库水要放至238 m高程以下，以满足度汛要求，从2015年6月23日水库开始放水至6月29日，库水位降到233.64 m时，探洞渗水量已降到7 m3/h（约2.5 L/s）。后期一直到今年汛期，地质探洞的渗水量基本稳定在10 m3/h左右，直到前一段随着库水位的升高，地质探洞渗水渐渐有所增加，但相对于去年增加幅度不很大，当库水位达到260 m高程时，前几天观测探洞渗水约为24.4 m3/h（约6.8 L/s），这两天又观测探洞渗水下降为14.6 m3/h（约4 L/s），但库水位没有下降，说明地质探洞前一段渗水较大与降雨影响有关。

4.2坝后围堰处量水堰蓄水池渗水。坝后量水堰设在坝后围堰下游，距坝轴线约600 m，其中大坝坝基排水带延至坝后围堰从坝后围堰穿出，即在坝基排水带末端设置渗水蓄水池。蓄水池排水口处设置量水堰。该量水堰于2015年初建成使用，随着库水位的上升，量水堰蓄水池开始积水，2015年2月下旬蓄水池积水漫过量水堰，根据3月初监测的量水堰最大渗水达200 m3/h（56 L/s，库水位约242 m左右），以后基本维持在该标准左右。2016年后，随着汛后水位的逐渐上升，近期监测渗水量达到507.6 m3/h（141 L/s，库区水位约260 m左右）。

4.32#灌浆洞渗水。2#灌浆洞位于大坝右岸，和坝顶上层1#灌浆洞同轴布置，主要为大坝右坝肩为防止绕渗进行帷幕的低层灌浆廊道。水库至2104年蓄水以来，2015年水库蓄到250m高程时，2#灌浆洞进本不渗水，仅局部裂缝处有微小渗水，后对裂缝进行了处理。2016年以来，由于水库蓄水位的增加，最高蓄到260 m高程时，前一段发现2#灌浆洞出现明显渗水。洞内明显渗水12处，其中5处是由于灌浆洞衬砌裂缝导致，还有7处位于混凝土伸缩缝处。有2处渗水稍大，一处位于机窝处，在机窝内洞顶混凝土纵横向接缝处都有渗水；另一处是在衬砌伸缩缝处。渗水位置分别出现在洞顶，上游墙、下游墙等位置。根据渗水后汇集到排水沟检测，渗水量约1.54 L/s，约为5.5 m3/h。

5. 水库初期蓄水渗漏与变形安全评价

5.1观测资料分析评价。为观测大坝坝体及坝基、面板及基础设施的变形及渗漏等情况，均埋设有观测仪器。下面根据主要观测资料分析大坝的工作状态。

5.1.1坝体变形。根据近期观测资料分析，大坝自下闸蓄水以来，坝体及坝基沉降变形很小，蓄水两年多来，虽库水位有所增加，但坝基沉降变形相对于刚蓄水时累积增加了20 mm左右，目前坝基最大沉降789 mm，大坝整体最大沉降1126 mm，现阶段大坝整体最大沉降约占坝高（含基础）的0.74%，坝体及坝基变形已趋于稳定。

5.1.2坝基渗漏。坝基及趾板根据观测资料分析，2015年第一季度的坝基渗水水位在169.63 m～180.08 m之间，当前坝基渗水水位在168.43 m～185.58 m之间，变化不很大。

5.1.3坝肩绕渗。坝肩绕渗测压管水位和上游水位有一定相关性，个别点受雨水季节岩体渗水影响，但总体变化正常，随上游水位变化而变化。

5.1.4坝基应力。监测结果表明，当前应力测值在-27.39 MPa～-15.19 MPa之间，应力均处于受压状态，总体变化量较小，测值变化稳定。

5.1.5面板变形。混凝土面板当前钢筋应力测值在-48.32 MPa～15.77 MPa之间，且大部分呈受压状态，普遍较小，混凝土微应变当前测值在-46.8 με～28.41 με之间，总体变化不大。局部面板脱空变形2015年年初观测最大约为20 mm，两年后脱空变形值约28 mm，增加约8 mm。面板挠度早期变形微小，近期随着蓄水升高而有所反应，但挠度不是很大，上述值均在设计控制范围之内。

5.1.6防渗墙。

（1）防渗墙内渗压除有几只墙后仪器因在安装埋设时可能被混凝土或水泥浆液包裹，测值较异常，其他仪器监测正常，个别点墙后与上游水位有一定相关性，其余基本上与上游水位变化影响不大，说明墙体防渗效果良好。防渗墙钢筋拉、压应力均有，应力测值在-37.06 MPa～4.05 MPa之间，但应力值普遍较低，总体变化较小。

（2）根据上述大坝近期的观测资料分析，坝体、坝基、面板及防渗墙的变形、应力及渗漏情况分析大坝目前工作状态正常，是安全的。

5.2坝后渗漏对水库影响分析评价。据前面所述分析，虽然坝后存在渗水现象，但大坝目前工作状态正常，是安全的。但由于三处渗水（除坝后量水堰蓄水池渗水不能真实反映，但也从侧面反映了坝基是存在渗水的）是真实存在的，虽然尚未影响大坝的安全，但渗水可能影响水库的蓄水及兴利作用。

5.2.1大坝右岸渗漏原因初步分析。除坝基外，地质探洞和2#灌浆洞渗水均位于大坝右岸，初步判断应是坝肩绕渗造成，根据现场查看情况，结合已有的观测资料初步分析，认为本次渗漏原因存在以下几种可能：

（1）右岸山体防渗帷幕施工过程中可能有部分地段灌浆效果不好，留有“空窗”，帷幕未达到封闭效果，近岸库水通过帷幕间的缺陷段绕渗至坝下。这种原因已得到部分验证，根据2#灌浆洞的渗水现象，说明至少在这些地方附近帷幕是有渗漏的，且有一定的渗压。

（2）右岸原有防滲帷幕范围不够，库水绕过帷幕渗漏所致。主要依据是根据现场对右岸帷幕端点外30m左右的原ZK67地质钻孔观测水位，发现其与库水基本保持同步升降，水位差保持在1～4 m。考虑到该孔位于山体内部，距最近的库岸也有200 m远，说明该孔处与库水连通性较好，库水与该孔间可能存在较为通畅的渗漏通道。但ZK67与地质探洞的渗漏是否存在渗漏通道尚不能确定。

（3）库水通过右岸中远岸发生的渗漏。根据前期勘察结论，右岸中远岸的渗漏因渗漏总量较小且距离水库建筑物较远，防渗代价高，因此没有针对这部分进行防渗。坝下的余铁沟附近是库水中远岸渗漏出口所在，地质探洞虽然不在余铁沟内，但其距余铁沟口也不过200 m远，完全有可能成为右岸中远岸渗漏出口的一部分。根据目前的库水位高程和构造透水层的高程，也不能排除这种可能。

5.2.2坝后量水堰蓄水池渗漏原因分析。坝后量水堰蓄水池渗漏，但由于该量水堰蓄水池基础做在河床深覆盖层上，蓄水池基础并未把河床砂卵石基础截断，两端也未与山体连接，并且该量水堰蓄水池距离坝基较远，中间尚有大坝右岸余铁沟冲沟天然渗水，因此该量水堰不能完全反映坝基渗漏，但存在坝基渗漏的事实，且随库水位升高有增大趋势。一是可以从坝基埋设渗压计监测的渗压水头目前在185.5 m左右，而量水堰蓄水池底高程为168.5 m，存在一定水头差，根据量水堰的观测今年渗水量明显比去年增大；其次早期量水堰蓄水池渗水点一般都在蓄水池水面以下，但近期渗水点明显有所提高，个别点已出现在水面以上；当然也不排除近期降雨较为频繁，余铁沟及两岸岩体渗水加大有一定影响。

5.2.3水库允许渗漏控制标准及评价。任何一个水库建成后，不可能完全不渗水，但需控制在允许范围内，否则影响水库的作用。根据《水利水电工程水文地质勘查规范》[]，当渗漏量小于河流多年平均流量的3%时为轻微渗漏，渗漏量在3～10%之间为中等渗漏，渗漏量大于10%为严重渗漏。正常水库的渗漏量应控制在河流多年平均流量的3%以内，河口村水库多年平均流量为15.85 m3/s，计算水库允许渗漏量为0.476 m3/s；另外根据水库有关设计规范，水库渗漏另一种控制标准是按水库库容的十万分之2～5控制，如按最小的十万分之二控制，计算水库允许渗漏量为0.58 m3/s。目前地质探洞和2#灌浆洞渗水量累积为30m3/h，换算为0.008 m3/s，从这两处渗水来看渗水量是很小的。如果考虑坝后量水堰的渗水，由于坝后量水堰的渗水不能真实反映坝基的渗水量，有一部分渗水来自两岸岩体以及坝后右岸余铁沟，即使把坝后量水堰的渗水都算作是坝基渗水，其目前坝基最大渗水量为0.14 m3/s，加上右岸两处渗水为0.148 m3/s（占多年平均径流量的0.93%），也未超出水库允许的渗漏量。当然目前水库尚未达到最高蓄水位275 m，还差15 m，但目前坝前水头已经达到95 m。

5.2.4水库渗漏计算控制的标准。

（1）在建设早期，曾对河口村水库进行了库坝区渗漏专题研究，研究专题进行了水库采取防渗措施和不采取防渗措施比较分析计算。水库目前已经实施的防渗措施就是计算采取的防渗措施，该防渗措施沿整个坝基一直到左右岸，并向左右岸各延伸一段进行帷幕灌浆。并采用解析法与数值模拟法两种方法进行比较，两种方法计算结果相近，以采用数值法计算为准。

（2）数值法计算是委托华北水利水电学院利用国际上常用的地下水模拟系统GMS（Groundwater Modeling System）软件对水库库坝区进行了三维地下水渗流数值模拟，对近库坝区不同工况条件下的右岸、左岸和坝基渗漏量分别进行了计算，计算结果见表1。

（3）根据上表计算结果，按照目前的防渗体系，水库的最大允许渗水量应为0.412 m3/s（占河道多年平均流量的2.6%），因此即便是坝基量水堰的渗水都认为是坝基的渗水包括右岸的渗水加起来也只有0.148 m3/s，未超出计算控制的标准。

6. 结语

根据以上所述，目前观测到的渗漏及变形量基本在前期勘察计算的范围内，也在规范允许可控范围之内，对水库发挥其既定功能无大的影响。

参考文献

[1]高广礼，李清波等.SL 373-2007水利水电工程水文地质勘查规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[文章编号]1619-2737（2017）06-20-504

[作者简介] 刘耀宗（1972-），男，汉族，籍贯：河南省光山县人，职称：高级工程师，工作单位：河南省前坪水库溢洪道工程项目经理，研究方向：长期从事水利水电工程施工与技术工作。