田国民，田宇东

（中国水电顾问集团桃源开发有限公司，湖南 桃源，415700）

1 工程概况

桃源水电站为低水头径流式水电站，二等大（2）型工程。枢纽工程坝址河床由双洲岛分隔成左右河槽，枢纽总平面布置从左至右依次为：左槽左岸土石副坝、左槽14孔泄洪闸坝、左槽右岸土石副坝（以下简称：右副坝）、船闸、双洲土石副坝、河床式发电厂房、右槽11孔泄洪闸坝、右槽右岸土石副坝。水库于2014年3月正式下闸蓄水，同年7月经历重现期超50年设计洪水。

桃源水电站建成蓄水3年多以后，左槽右副坝与左槽泄洪闸坝下游结合部位的坝坡脚排水棱体出现了一处渗漏点，水库降低水位后该渗漏点停止渗水，回蓄至一定高程后又出现渗水。笔者分析筑坝材料类型和可能出现的渗透破坏形式，结合部位渗流监测结果和不同水头变化下的渗漏变化情况，计算坝体渗透系数和水力坡降，分析渗流稳定性。

2 右副坝设计

右副坝位于左槽泄洪闸坝右边墩与船闸上闸首之间，为碾压式土石坝，最大坝高27.7 m，坝顶长度122.5 m，填筑后形成的上下游边坡坡比为1∶2.5。

（1）坝基地质条件。设计对坝基承载力要求不高，开挖未出现地质缺陷，坝基坐落在砂质低液限黏土及级配不良砂卵砾石层上，对表层耕植土进行清除，按照设计要求碾压5遍后填筑。

（2）坝体填筑料。坝体按填筑材料特性分为4个填筑区。坝体中部（IA区）采用天然砂砾石填筑，IA区与左槽泄洪闸坝右边墩和船闸上闸首结合部位（IB区）过渡区采用黏土料进行填筑，坝体主填筑区（ⅢA区，位于IA区与IB区上下游）采用以砂砾石料为主的任意料填筑，坝坡表层过渡区（ⅡA区）采用级配砂砾料设置反滤，坝坡表层水下部分采用大块石护坡，水上部分采用六面体预制混凝土块护坡。右副坝与左槽闸坝结合部位坝体填筑料分区如图1所示。

图1 右副坝与左槽闸坝结合部位坝体填筑料分区Fig.1 Zones of dam filling materials at the connection of the right auxiliary dam and the left gate dam

（3）坝体防渗体系。IA区中间设置高压旋喷防渗墙，墙顶高程49.7 m，墙底部深入基岩相对不透水层1.5 m，旋喷成墙厚度大于0.3 m。防渗墙与左槽泄洪闸坝右边墩和船闸刚性部分采用刺墙衔接，刺墙与土石坝采用塑性指数Ip≥17的黏土连接防渗，黏土填筑宽度为3.0 m。

（4）坝体反滤排水体系。坝体填筑料、基础开挖面及上下游坝坡设置排水反滤层，在坝坡脚高程32.0 m以下设置了排水棱体。

（5）渗流监测布置。右副坝与左槽泄洪闸坝右边墩结合面部位高程28.0 m布置1组4支渗压计：刺墙上游侧1支，刺墙下游侧3支（分别距离刺墙下游面2 m、9 m、16 m），用于监测结合面的渗流分布。

3 右副坝渗透破坏形式判断

土的特性和渗透破坏形式有很大关系，一般黏性土和不均匀系数Cu<10的匀粒砂，在一定水力坡降下，容易发生流土；Cu>5的不匀粒砂砾石土，既可能发生流土也可能产生管涌，这种情况关键在细颗粒的含量。根据右副坝坝基及坝体填料的特性，进行室内试验，参数如表1所示。

3.1 地基-上部细颗粒土层渗透破坏判断

从表1可知：地基-上部细颗粒土层（黏土质砂）中细粒含量Pc为93.7%，孔隙率n为0.31，相应1/［4（1-n）］×100%＝36.3%，采用DL/T 5395—2007《碾压式土石坝设计规范》流土判别公式：

式中：Pc为土的细颗粒含量，以质量百分率计，%；n为土的孔隙率（以小数计）。由此判定地基-上部细颗粒土层渗透破坏形式为流土破坏。

3.2 坝基-下部及坝体填料砂砾料渗透破坏判断

从表1可知：坝基-下部及坝体填料砂砾料为级配不良砾，Cu＞5，细粒含量Pc为21.3%～23.3%，孔隙率为0.07~0.25，相应1/［4（1-n）］×100%＝26.9%～33.3%。

表1 右副坝坝基及坝体填料室内试验参数Table 1 Test parameters of materials at the foundation of the right auxiliary dam and dam body

依据DL/T 5395—2007《碾压式土石坝设计规范》不均匀系数大于5的不连续级配土的渗透变形判别方法进行判断：粗细粒区分粒径df=0.5 mm，土的细颗粒含量Pc=21.3%～23.3%，满足Pc＜25%，其渗透破坏形式为管涌。

4 右副坝渗漏调查及计算

2017年8月，右副坝与左槽泄洪闸坝下游结合部位的坝坡脚排水棱体出现了一处渗漏点，通过长期观察和调查，主要情况如下。

4.1 边界条件

本工程为径流式电站，当洪水入库流量达到8 800 m3/s以上时，机组全部停机，左右槽25孔泄洪闸全敞泄流，恢复天然河道状态，对应上下游水位37.2 m左右。设计正常蓄水位39.5 m，死水位39.3 m，下游常年枯水位30.0 m。2016年8月交通部门对枢纽下游3.0 km处河口航道浅滩进行疏浚，改变了河口至枢纽段比降，据统计最枯时段下游水位降低至28.13 m。

4.2 渗漏描述

进入2017年8月，下游水位降低到29.25 m左右时，右副坝与左槽泄洪闸坝下游结合部位的坝坡脚排水棱体出现了一处明显渗漏点。渗漏逸出高程29.5 m左右，距防渗墙水平距离约62.0 m，渗漏量较为稳定，约为1 L/s左右，渗水较清澈，水温与河水相当。

4.3 渗漏变化

当下游水位高出渗漏逸出点时，渗漏现象仍然存在，但无法有效监测，表现为渗水翻涌，清澈度与河水相当。2017年12月2—5日，停机降低库水位，库水位降至36.5 m后（对应下游水位为28.56 m左右），该渗水点停止渗水，当回蓄至37.5 m左右（对应下游水位为28.87 m左右）时，渗漏点又出现渗水，渗漏量、清澈度和水温无变化。

4.4 监测结果分析

从表2可知：

表2 结合部位渗流监测结果Table 2 Monitored seepage at the connection area

（1）2017年8月1—31日（初次发现结合部位渗漏点），结合部位渗压计Pa0-2~4最大渗压水位31.4~30.8 m，最小渗压水位30.0~28.7 m，对应时段上游水位39.7~39.5 m、下游水位34.1~32.6 m，计算渗透系数为0.29~0.66 m/d。

（2）2017年12月2—18日（停机降低库水位），结合部位渗压计Pa0-2~4最大渗压水位30.8~30.0 m，最小渗压水位30.0~28.5 m，对应时段上游水位39.2~37.6 m、下游水位29.3~29.2 m，计算渗透系数为0.01-0.15 m/d。

（3）2021年1月1日—3月31日，结合部位渗压计Pa0-2~4最大渗压水位30.8~30.3 m，最小渗压水位30.5~29.7 m，对应时段上游水位39.6~39.2 m、下游水位32.9~28.9 m，计算渗透系数为0.01~0.39 m/d。

综上所述，右副坝结合部位渗压计在不同时段的监测结果表明，渗压对上下游水位变化敏感性较小，渗流分布持续稳定，渗透系数较小，未见渗透破坏。

4.5 渗透坡降计算

（1）当上游高水位39.5 m、下游最低水位28.13 m（对应最大水头差）时，坝坡脚距高喷防渗墙水平距离约62 m，计算坝基上部细粒土层水力坡降为0.16，小于坝基上部细粒土层发生流土破坏的临界水力坡降0.55，表明坝基上部细粒土层渗透稳定性较好。

（2）当上游高水位37.5 m（起渗高程）、逸出点高程29.5 m时，逸出点距高喷防渗墙水平距离约62 m，计算副坝填筑坝体水力坡降为0.13，基本处于坝体和坝基不连续级配砂卵砾石发生管涌破坏的临界水力坡降经验值0.1～0.2之间，存在一定的管涌风险。

（3）当上游高水位39.7 m（高水位）、坝坡脚渗漏逸出点高程29.5 m时，逸出点距高喷防渗墙水平距离约62 m，计算副坝填筑坝体水力坡降为0.17，处于坝体和坝基不连续级配砂卵砾石发生管涌破坏的临界水力坡降经验值0.1～0.2之间，渗漏逸出点存在管涌风险较大。

5 结语

（1）从右副坝结合部位的渗流监测结果分析，结合部位渗流稳定，对上下游水位变化敏感性较小，未发生渗透破坏。

（2）右副坝坝基上部细粒土层水力坡降为0.16，小于坝基上部细粒土层发生流土破坏的临界水力坡降0.55，表明坝基上部细粒土层渗透稳定性较好。

（3）右副坝坝体和坝基下部砂卵砾石层水力坡降为0.17，处于坝体和坝基不连续级配砂卵砾石发生管涌破坏的临界水力坡降经验值0.1～0.2之间，渗漏逸出点存在管涌风险较大。

（4）建议采取工程措施查找渗漏源后补强防渗体，在未做好防渗补强之前，应做好不同边界条件变化情况下的渗漏观察和记录，发现渗漏水浑浊、渗漏量加大，应立即采取抢护措施处置，确保不发生垮坝。