馬 龍，擺艷虎

(1.國(guó)電新疆開(kāi)都河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，新疆庫(kù)爾勒市 841000；2.新疆兵團(tuán)第二師塔里木墾區(qū)水管處，新疆巴音部楞州 841500)

新疆察汗烏蘇水電站混凝土面板壩滲漏分析

馬 龍1，擺艷虎2

(1.國(guó)電新疆開(kāi)都河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，新疆庫(kù)爾勒市 841000；2.新疆兵團(tuán)第二師塔里木墾區(qū)水管處，新疆巴音部楞州 841500)

新疆察汗烏蘇水電站自建成后，大壩滲漏水量較中國(guó)同類(lèi)規(guī)模工程偏大。通過(guò)資料及壩區(qū)滲流狀態(tài)反演分析，同位素示蹤檢測(cè)，聲納滲流檢測(cè)等綜合手段的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了滲漏分析手段互相彌補(bǔ)、成果相互印證的效果，并得到察汗烏蘇水電站大壩處于滲透穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)論，為進(jìn)一步處理提供了依據(jù)。

混凝土面板砂礫石壩；深覆蓋層；滲漏；綜合分析

0 前 言

中國(guó)混凝土面板堆石壩建設(shè)已有30年歷程，建設(shè)水平和數(shù)量均居全球領(lǐng)先地位，據(jù)2011年不完全統(tǒng)計(jì)，全球已建、在建和擬建混凝土面板堆石壩約600座，中國(guó)占據(jù)1/2[1]。十幾年前，在深厚覆蓋層的地基上建設(shè)高壩，一般要對(duì)覆蓋層進(jìn)行大量清挖，工程量大、成本高且工期長(zhǎng)。但是進(jìn)入21世紀(jì)后，中國(guó)筑壩技術(shù)飛速發(fā)展，一舉攻克了深厚覆蓋層上建設(shè)高壩的關(guān)鍵技術(shù)，以云南那蘭壩和新疆察汗烏蘇壩為代表的一批深厚覆蓋層上百米級(jí)面板堆石壩陸續(xù)建成[2]，降低造價(jià)和縮短工期效果顯著，加之其良好的抗震穩(wěn)定性和變形適應(yīng)性，使面板堆石壩成為強(qiáng)震區(qū)深厚覆蓋層上的首選壩型[3]。優(yōu)點(diǎn)明顯的同時(shí)，由于深厚覆蓋層的存在，導(dǎo)致此類(lèi)壩的滲漏問(wèn)題更為凸顯，其滲漏安全問(wèn)題更加引人關(guān)注。當(dāng)前，深厚覆蓋層面板堆石壩建成數(shù)量仍然較少，投運(yùn)后的資料更是匱乏，了解、分析具有代表性的察汗烏蘇大壩滲漏情況，對(duì)于今后同類(lèi)壩型的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、運(yùn)行管理等方面具有重要參考意義。

1 工程概況

察汗烏蘇水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)和靜縣與焉耆縣交界處的開(kāi)都河上，距巴音郭楞蒙古族自治州首府庫(kù)爾勒市140 km，是開(kāi)都河中游河段規(guī)劃中的第7個(gè)梯級(jí)電站。壩址以上流域面積17 735 km2，多年平均流量105 m3/s，年徑流總量33.16億m3，樞紐分別由攔河壩、溢洪洞、泄洪洞、發(fā)電引水隧洞、壓力管道、地面式廠房等建筑物組成，屬Ⅰ等大(2)型項(xiàng)目[4]。

攔河壩為趾板建在深覆蓋層上的混凝土面板砂礫石壩，壩基覆蓋層厚達(dá)47.6 m，覆蓋層以上最大壩高110 m，壩長(zhǎng)352 m，壩底最大寬度約400 m。表孔溢洪洞、深孔泄洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)均設(shè)置在右岸。河床覆蓋層采用混凝土防滲墻處理，防滲墻底部進(jìn)行帷幕灌漿，兩岸趾板(墻)下進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。水庫(kù)總庫(kù)容1.25億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.74億m3，正常蓄水位1 646.00 m，為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。大壩平面及剖面見(jiàn)圖1、2。

圖1 察汗烏蘇水電站大壩平面圖 單位：m

圖2 察汗烏蘇水電站大壩剖面圖 單位：高程，m；其它，cm

察汗烏蘇水電站工程施工總工期為47 個(gè)月，施工準(zhǔn)備期13 個(gè)月，主體工程施工期26個(gè)月，第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為39個(gè)月(開(kāi)工后)。2005年11月中旬截流；2007年11月底具備下閘蓄水條件，2007年12月下旬首臺(tái)機(jī)發(fā)電；2008年8月底工程竣工[5]。

2 大壩滲漏問(wèn)題

察汗烏蘇水電站混凝土面板砂礫石壩，壩后量水堰從2010年5月開(kāi)始監(jiān)測(cè)滲流量，同年10月26日出現(xiàn)最大滲流量735 L/s，遠(yuǎn)大于施工詳圖階段三維有限元滲流分析首部樞紐滲流量值150 L/s(相應(yīng)水位1 649.00 m)。隨著時(shí)間推移，近3 a滲流量大多在190～380 L/s，最大值為450 L/s，滲漏量仍然偏大。為工程安全計(jì)，需分析出大壩滲漏原因及通道，分析較大滲漏水量對(duì)大壩安全運(yùn)行的影響，并采取經(jīng)濟(jì)實(shí)用的處理措施。2010年8月—2013年1月壩后量水堰滲流量過(guò)程線見(jiàn)圖3。

圖3 壩后量水堰滲流過(guò)程線圖

3 滲漏分析

中國(guó)面板堆石壩滲透破壞情況比較常見(jiàn)，此類(lèi)問(wèn)題引發(fā)的后果也相當(dāng)嚴(yán)重，當(dāng)滲透水溢出點(diǎn)的滲透坡降較陡時(shí)，壩坡可能會(huì)發(fā)生流土、管涌現(xiàn)象，更有甚者會(huì)出現(xiàn)滑坡、垮壩等嚴(yán)重后果。混凝土面板堆石壩滲漏按發(fā)生部位可分為：壩體滲漏、伸縮縫滲漏、壩基滲漏和繞壩滲漏4種。

壩基滲漏通常是由于基礎(chǔ)防滲處理不當(dāng)造成；繞壩滲漏與兩岸地質(zhì)條件、大壩與山坡接頭清基處理措施不當(dāng)或帷幕灌漿質(zhì)量有關(guān)；壩體滲漏主要是面板裂縫或止水損壞造成；伸縮縫滲漏常因大壩伸縮縫部位止水老化、破壞產(chǎn)生。若不查明大壩滲漏原因、類(lèi)型及程度，會(huì)直接影響工程安全運(yùn)行和效益發(fā)揮。為徹底破除疑慮和擔(dān)憂，必須采取綜合分析檢測(cè)手段，得到準(zhǔn)確、可靠的大壩滲漏分析結(jié)論。為徹底查明察汗烏蘇大壩滲漏情況，綜合采取以下方法。

3.1 資料分析

通過(guò)查閱工程檔案，察汗烏蘇水電站大壩填筑采取了分段進(jìn)行，2期面板在澆筑前也經(jīng)歷了近5個(gè)月的沉降期，而長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)成果也證明大壩沉降在合理范圍內(nèi)，因沉降造成大壩裂縫引發(fā)大量滲漏的可能性不大。壩體填筑過(guò)程線見(jiàn)圖4。

施工期大壩面板分為2期澆筑，據(jù)蓄水前面板裂縫共711條，累計(jì)長(zhǎng)度3 067.2 m，主要都是溫度裂縫和干縮裂縫，均未貫穿面板；趾板有9條短小裂縫，合計(jì)長(zhǎng)度10.2 m，也未貫穿。所有裂縫均為表面裂縫，已進(jìn)行灌漿和貼縫封閉處理[6]。結(jié)合監(jiān)測(cè)顯示浸潤(rùn)線不高，壩體滲漏未見(jiàn)異常，面板裂縫導(dǎo)致滲漏量大的可能性較小。

圖4 壩體填筑過(guò)程線圖

察汗烏蘇大壩的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較為健全，并保持著良好運(yùn)行維護(hù)條件[7]。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)系列的監(jiān)測(cè)資料及施工檔案分析，水庫(kù)首次蓄水及平時(shí)運(yùn)行均較為合理，大壩主體結(jié)構(gòu)未見(jiàn)顯著異常，壩身及周邊伸縮縫部位滲漏水量不大[8]。初步分析察汗烏蘇大壩滲漏水主要來(lái)自繞壩滲漏和壩基滲漏。

3.2 技術(shù)檢測(cè)分析

為查出滲漏產(chǎn)生的具體原因、部位和影響，采用反演分析和直接探測(cè)的方法更有說(shuō)服力。在資料分析結(jié)果基礎(chǔ)上，察汗烏蘇大壩滲漏檢測(cè)采取了以下技術(shù)手段。

3.2.1 壩區(qū)滲流狀態(tài)反演分析

利用整編分析后的滲流監(jiān)測(cè)成果，對(duì)壩區(qū)滲流狀態(tài)進(jìn)行反演分析，量化壩基、壩體、左右岸山體的滲漏量，著重分析大壩在正常高水位穩(wěn)定滲流狀態(tài)下的壩體、覆蓋層、防滲體滲透穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)正常高水位條件下大壩及岸坡滲流安全狀況[9]。此階段初步分析出河床趾板存在局部滲漏通道，該滲漏通道基礎(chǔ)部位墊層料(厚度1 m)滲透坡降較大，但范圍小，未超過(guò)破壞滲透坡降。在高水頭滲流量相對(duì)偏大的狀態(tài)下，壩體內(nèi)浸潤(rùn)面仍然較低，大壩內(nèi)部分區(qū)及防滲結(jié)構(gòu)的滲透穩(wěn)定安全。正常高水位穩(wěn)定滲流條件下，兩岸及壩基滲流約710 L/s，約為總滲流量的77%，河床趾板局部滲流量約220 L/s，約為總滲流量的23%。

3.2.2 同位素、天然示蹤等檢測(cè)

同位素示蹤技術(shù)在水庫(kù)大壩滲漏檢測(cè)工作中使用較多，經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)豐富[10]，通過(guò)環(huán)境同位素(溫度電導(dǎo)等)綜合示蹤探測(cè)分析，初步推斷滲流通道主要位于兩岸壩肩(壩基)，次要通道位于壩體原河道附近，且大部分滲流通過(guò)河床水平縱向排水帶匯集至壩腳量水堰。經(jīng)模型和滲流分析，樞紐區(qū)總的滲流量約 943 L/s，兩岸繞滲量約 631 L/s，約占總滲流量的 68%，原河道壩體滲漏量約 312 L/s，約占總滲流量的 32%。其中壩體和兩岸壩基滲流通道主要在高程 1 544.00～1 588.00 m 間，不存在繞防滲墻及其防滲帷幕底部的深層滲漏。

3.2.3 聲納滲流檢測(cè)

聲納滲流檢測(cè)能夠?qū)Φ叵滤娜我豢臻g點(diǎn)的水平流速和垂向流速及其矢量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，提供各種水文地質(zhì)參數(shù)[11]。通過(guò)“三維流速矢量聲納測(cè)量?jī)x”對(duì)水下帶土體層鋪蓋和無(wú)土體鋪蓋的混凝土面板以及左右壩繞滲孔進(jìn)行滲流檢測(cè)，得到以下主要結(jié)論：大壩面板無(wú)明顯滲漏區(qū)域，僅存在幾處滲漏流速較小的滲漏點(diǎn)；大壩下游滲漏水主要來(lái)自右壩肩繞壩滲漏，右壩繞壩是左壩繞壩滲漏流速的20倍；繞壩滲漏約占總滲漏水量的65.5%～67%，大壩連接板下混凝土防滲墻存在滲量較小繞滲的可能性。

4 分析結(jié)果

通過(guò)歷史資料和技術(shù)檢測(cè)手段分析，可以判斷察汗烏蘇水電站大壩滲漏的主要方式是繞壩滲漏，占總滲漏量的65%以上，其中，來(lái)自右岸壩肩的繞壩滲漏量最大，大壩連接板下混凝土防滲墻也可能存在少量滲漏。

近8 a的監(jiān)測(cè)結(jié)果反映出量水堰滲流量呈明顯減小趨勢(shì)，滲流量與庫(kù)水位相關(guān)程度密切，滲漏延遲時(shí)間逐漸加長(zhǎng)；根據(jù)巡檢成果，正常運(yùn)行期大壩高水位運(yùn)行時(shí)，未發(fā)現(xiàn)下游坡面滲水，量水堰也未發(fā)現(xiàn)滲水渾濁現(xiàn)象；長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)結(jié)果也表明大壩處于穩(wěn)定狀態(tài)[12]。綜合判斷，可以確定察汗烏蘇大壩目前處于滲透穩(wěn)定安全狀態(tài)[13]。

察汗烏蘇大壩作為深覆蓋層上建設(shè)的面板堆石壩，滲漏量在同類(lèi)工程中相對(duì)較大，其對(duì)滲漏問(wèn)題的調(diào)查方法和成果對(duì)于其他工程可作借鑒。

5 結(jié) 語(yǔ)

察汗烏蘇大壩雖然處于滲透穩(wěn)定安全狀態(tài)，但鑒于其滲流量仍然較大，為工程運(yùn)行安全計(jì)，需持續(xù)關(guān)注其發(fā)展情況，并適時(shí)采取處理措施。具體建議如下：

(1) 右岸引泄水工程集中，且滲透水流速快、滲漏量大，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)高，目前應(yīng)對(duì)滲漏最好的辦法仍然是“堵”?？衫糜野秹渭绻酀{平硐對(duì)該部位進(jìn)行灌漿處理，封堵滲漏通道，減少滲漏水量[14]。

(2) 防滲墻部位滲漏量雖小，但由于壩基坐落在深覆蓋層上，一旦滲漏情況發(fā)展，影響較大，目前可僅對(duì)該部位進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)測(cè)，趨重時(shí)再進(jìn)行處理。

(3) 大壩安全工作應(yīng)防患于未然，應(yīng)防止面板出現(xiàn)滲漏。察汗烏蘇大壩在冬季常會(huì)出現(xiàn)冰蓋砸、拉壞面板橡膠止水的情況，此類(lèi)情況在寒冷地區(qū)較多發(fā)生，目前無(wú)很好的處理辦法，應(yīng)加強(qiáng)春冬季節(jié)對(duì)面板的巡視檢查，及時(shí)采取修復(fù)措施[15]。

[1] 中國(guó)水利發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 國(guó)際混凝土面板堆石壩的發(fā)展[C]//中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司.土石壩技術(shù)2012年論文集.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

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[4] 苗喆,李學(xué)強(qiáng),王君利.察汗烏蘇水電站趾板建在深覆蓋層上混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)[C]//面板堆石壩年會(huì)暨深厚覆蓋層筑壩技術(shù)研討會(huì), 2006:94-101.

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[8] 孫大偉,劉君健,驪能惠,田斌.察汗烏蘇水電站深覆蓋層上面板堆石壩三維有限元分析，混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐與進(jìn)展[C]// 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專(zhuān)業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研討會(huì),北京：國(guó)水利水電出版社，2010.

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Analysis on Seepage of Concrete Faced Dam, Chahanwusu Hydropower Station

MA Long1, BAI Yanhu2

(1. Guodian Xinjiang Kaidu River Catchment Hydropower Development Co., Ltd., Korle, Xinjiang 841000,China;2. Water Administration of Tarim Reclamation Area, 2nd Division, Xinjiang Corps, Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture, Xinjian 841500,China)

Since the construction completion of Chahanwusu Hydropower Station, the dam seepage is quite high compared with the similar scale stations. Through inversion analysis on data and seepage status in dam area as well as application of isotopic tracer technique and sonar seepage detection, the seepage analyzing means are mutually complemented, and the seepage analyzing results are mutually verified. It concludes that the dam seepage is stable. This provides basis for further treatment.Key words: concrete faced gravel dam; deep overburden; seepage; general analysis

1006—2610(2016)06—0040—04

2016-11-03

馬龍(1989- )，男，甘肅省平?jīng)鍪腥耍砉こ處?，主要從事水利水電工程工?

TV641.43;TV698.12

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.010