张文双

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

水库工程作为关系国际民生和经济社会发展的关键性重大工程，在防洪、蓄水供水、水力发电、航运等方面发挥了重大作用[1]。针对水库大坝的安全性问题，李宗坤等[2]构建了与现行安全施工标准衔接的中国水库大坝风险标准，对相关参数进行了针对性的分析论证。陈述平等[3]引入了云架构技术，对水库大坝安全性监测并对大坝信息化管理提供了借鉴模式。郑守仁[4]依托三峡工程水库大坝，分析了水库大坝的稳定性、泄洪能力、混凝土耐久性、抗震性等安全指标。袁坤等[5]利用系统工程的原理和方法，对拟建和已有的水库大坝工程存在的事故风险和安全性问题进行了分析。寸银川[6]、张通[7]等分别分析了地震、行车荷载对大坝路面、稳定性的影响，提出了提高大坝稳定性的施工方法。王凯等[8]以掺气的渗流监测数据以及二维有限元模拟对大坝渗流情况进行了分析及应用。马宏新等[9]应用探地雷达和高密度电法等检测方式，对水库大坝混凝土防渗墙和帷幕灌浆的防渗效果进行了检测和分析。寸银川等[10]通过三维有限元模型分析了水库大坝的抗渗性能。

本文基于松茂水库大坝工程，对水库大坝的工程地质条件进行了分析，并结合示踪试验及理论计算，对大坝渗漏量及安全性进行了分析，为大坝的安全运行提供依据。

1 工程概况

松茂水库位于呈贡区东南12km刘家营村，属金沙江流域滇池水系，集水面积30.6km2，多年平均降水量800mm，多年平均径流量419万m3。水库建于1957年10月，1958年10月主体工程完工，1959—1982年对工程进行除险、加固、续修配套。2010年11月完成除险加固工程。水库大坝坝顶长267.9m，最大坝高29.7m，总库容1203.20万m3。大坝正常库容859.08万m3，相对应的水面面积0.782km2。

大坝坝面为水泥路面，坡面为水泥花砖，较完整，未发现坡面坍滑，坝体开裂等严重不良现象。在坝脚出现渗流现场，存在多处出水点，长期流水不间断，丰水期日溢出量约为213m3。

1.1 库区基本地质条件

水库坝区为构造断陷盆地边缘侵蚀中山地貌，山顶高程2100～2300m，谷底高程1990～2010m，谷底属条带状坝子山谷型。库区内主要地层为二叠系上统峨眉山玄武岩组(P2β)，并间夹基性凝灰岩、凝灰角砾岩等。

水库库区在坝址存在一条断层斜穿坝基，属于构造相对较稳定的地段。岩体节理裂隙发育，风化强烈。

1.2 水库稳定性分析

库区地形切割相对高差小，山坡角度为15°～25°，地表出露地层岩性为全强风化玄武岩，岸坡岩土强度较高，稳定性较好。水库蓄水后，未发现较大的岸坡坍塌现象，库岸稳定性较好。

近坝库岸两岸为浑圆状山包，地形坡度较缓，右岸平均坡度为20°，左岸平均坡度为18°，右岸边修建有水上运动观看台。地表主要为碎石土，水库下伏全强风化玄武岩，未发现岸坡坍塌现象。

1.3 水库淤积性分析

库区两岸山体冲沟较发育，地表岩体风化破碎，地表水侵蚀作用较强。库岸稳定性较好，岸坡未出现崩塌、滑坡现象，支流冲沟中未见严重淤泥沉积。因此，水库周边破碎的风化岩体及第四系松散覆盖层是径流的主要来源。

坝体填筑前，原覆盖层地面高程1983～1984m，最低1977.18m。坝前库底高程为1987.0m，库区坝前淤积厚度为3～4m，最大淤积厚度大于10m。由此可见，水库淤积问题较弱。

水库已建成并蓄水多年，运行期间按低水位运行，无淹没和浸没问题。分析水库区地层岩性及实际情况，库区内无含矿地层分布，同时没有具有开采价值的矿产资源或矿点分布，因此不存在库区矿产淹没问题。

2 水库大坝地质条件分析

2.1 大坝外观

大坝坝顶为混凝土路面，路面平整完好，高程2016.0m。坝顶长267.9m，宽7m，最大坝高29.7m。防浪墙采用C25钢筋混凝土衬砌，表面采用拉丝面人造石铺装，无较大的裂缝。局部出现贴面砖掉落，表面拱起，顶部石材出现细小裂缝。坝顶下游侧挡墙表面出现细小裂缝，局部出现不均匀沉降。上游坝坡坡比1∶3，采用C15预支块护坡，无凸起、开裂松动现象。下游坝坡坡比1∶3，采用C15混凝土预支块空心砖植草护坡，外观质量较好，坡面整体较为平整，无明显塌陷、隆起现象。

2.2 坝体填筑土分层

大坝填筑土料由两坝肩的残、坡积土料及右岸山体的全强风化玄武岩风化料填筑。坝体填筑土层土体性状可塑，局部为软塑状和硬塑状，结构均匀性较差。

2.3 坝基清基质量

松茂水库大坝基坑开挖与清基处理采用人工开挖。坝体填筑前，河床冲、洪积层和左、右岸坝基残、坡积层未清除干净。河床残留冲、洪积层厚度不均，最厚达4.0m，向左右岸坝肩方向延伸。左坝肩残、坡积层厚0.0～3.5m，右坝肩残、坡积层厚近4.0m。所处地层为中等透水层。清基不彻底为大坝渗漏的原因之一。

3 坝体渗漏分析及计算

3.1 渗漏现状分析

坝前蓄水位为2007.20m，蓄水位较低且变幅不大。下游排水棱体前部沟槽出现明流，出水点共分4处，分别为D1、D2、D3及D4，每处均分布多个出水点，如图1所示。D1、D4两处出水量较大，丰水期流量分别为57L/min和48L/min。4处总流量为148L/min。坝体其它部位未发现浸散区。

图1 坝体出水点分布图

3.2 示踪试验分析

示踪试验为向大坝钻孔内投入示踪剂，并对坝脚渗水点进行取样，检测坝下渗漏水的电导率、盐度、水中溶解固体总量(TDS)变化情况，并与库水指数进行对比分析，确定渗漏通道。本次试验共7处取样点，分别为D1、D2、D3、D4、坝下排水汇总处及左右两侧库水。分别对7个投源孔进行1～2次示踪试验，共试验10次。钻孔施工至设计孔深后采取直接投放NaCl盐水，随即对渗漏点取样检测，盐度、水中溶解性固体总量TDS及电导率检测结果如图2—4所示。

由图2—4可见，各检测点数据较为稳定，不受天气、水位等因素影响。左右两侧库水3项指标基本一致，表明库水的均一性。钻孔投盐后，坝下4个取样点3项指标均未检测到明显变化，钻孔内地下水与下游出水点关联度不大。对坝下4个取样点进行对比，D1、D4点检测指标比D2、D3点检测指标小，即两侧点位地下水盐离子浓度较中间小，左右岸坝肩地下水存在补给迹象。D1点水体指标与库水指标基本一致，说明D1点位水体与库水相近，左侧坝肩可能存在渗漏情况。

图2 盐度分析统计图

图3 TDS分析统计图

图4 电导率分析统计图

3.3 渗漏量计算

大坝两侧坝肩岩体破碎，节理裂隙发育，在高程1989m以上透水率介于15.6～83.2Lu，均为中等透水，地下水水位与库水位一致，可能与库水连通，存在绕坝渗漏问题。根据《水利水电工程地质手册》，边界条件按无压流、层流计算，如式(1)所示。

Q=0.336K·H·(H1+H2)·lg(B∕r0)

(1)

式中，Q—渗漏量，m3/d；K—渗透系数，m/d，以透水率<10Lu作为平面护底；H—水头差，m；H1—坝址渗漏层厚度，m；H2—下游渗漏层厚度，m；B—绕渗带长度，m；r0—绕渗半径，m。

计算结果见表1，蓄水位2011.80m时，坝体两侧绕坝渗漏年渗漏量为3.04万m3；蓄水位2007.2m时，坝体两侧绕坝渗漏年渗漏量为2.48万m3。由于坝体本身及坝基覆盖层已设置防渗墙，因此按不透水考虑。坝基下部基岩岩体呈中等透水层，厚度4～12m不等，因此坝基基岩渗漏透水层厚度采用平均厚度法，如式(2)所示。

表1 绕坝渗漏量估算成果表

Q=B·K·H·M∕(2b+M)

(2)

计算结果见表2—3。蓄水位2011.80m时，总渗漏量为8.80万m3。水位高程2007.2m时，年渗漏量为7.17万m3。坝脚中间部位D2、D3渗漏点年渗漏量为2.26万m3，两点位于坝体下游中间部位，该位置渗漏基本为坝基岩体渗漏。

表2 坝基渗漏量估算成果表

水库库水排干以后，两侧坝肩山体亦有地下水流出。雨季大坝右岸山体有泉水流出，说明渗漏点溢出水量包括两岸山体的地下水补给量。钻孔13m以上岩体为中等透水性，右侧山体地下水存在通过地下渗漏通道向坝体方向排泄的可能。因此，坝脚渗漏明流部分流量是两侧山体地下水补充。

D1位于坝体下游左坝脚，年渗漏量为3.0万m3，而左坝肩绕坝渗漏年渗漏量为1.32万m3，且存在部分渗漏通过地下渗漏流失，该点溢出量明显高于绕坝渗漏量。因此，该点渗漏量中包含山体地下水补充。

D4位于坝体下游右坝脚，年渗漏量约2.52万m3，右坝肩绕坝渗漏年渗漏量为1.16万m3，且存在部分渗漏通过地下渗漏流失，该点溢出量明显高于绕坝渗漏量。因此，该点渗漏量中包含山体地下水补充。

表3 坝脚渗漏明流渗漏量统计表

4 结语

本文依托于松茂水库大坝工程，首先对大坝地质条件进行了分析，对坝体外观、筑填土分层、清基质量进行了分析，为水库大坝稳定性影响因素进行了总结。同时，结合示踪试验及渗流量理论计算，分析得到水库大坝左侧坝肩存在渗漏情况。对不同测点的渗漏量进行了计算，分析了坝体不同位置存在的渗漏问题及其形成原因。水库大坝实际运行过程中，应针对不同坝体水文地质条件及周围环境的不同，综合应用试验检测及理论计算，对工程可能存在的渗漏情况进行分析，确保水库大坝运营期间的稳定性及安全性。