马 龙1，摆艳虎2
(1.国电新疆开都河流域水电开发有限公司，新疆库尔勒市 841000；2.新疆兵团第二师塔里木垦区水管处，新疆巴音部楞州 841500)
摘 要：新疆察汗乌苏水电站自建成后，大坝渗漏水量较中国同类规模工程偏大。通过资料及坝区渗流状态反演分析，同位素示踪检测，声纳渗流检测等综合手段的运用，实现了渗漏分析手段互相弥补、成果相互印证的效果，并得到察汗乌苏水电站大坝处于渗透稳定状态的结论，为进一步处理提供了依据。
关键词：混凝土面板砂砾石坝；深覆盖层；渗漏；综合分析
中国混凝土面板堆石坝建设已有30年历程，建设水平和数量均居全球领先地位，据2011年不完全统计，全球已建、在建和拟建混凝土面板堆石坝约600座，中国占据1/2[1]。十几年前，在深厚覆盖层的地基上建设高坝，一般要对覆盖层进行大量清挖，工程量大、成本高且工期长。但是进入21世纪后，中国筑坝技术飞速发展，一举攻克了深厚覆盖层上建设高坝的关键技术，以云南那兰坝和新疆察汗乌苏坝为代表的一批深厚覆盖层上百米级面板堆石坝陆续建成[2]，降低造价和缩短工期效果显著，加之其良好的抗震稳定性和变形适应性，使面板堆石坝成为强震区深厚覆盖层上的首选坝型[3]。优点明显的同时，由于深厚覆盖层的存在，导致此类坝的渗漏问题更为凸显，其渗漏安全问题更加引人关注。当前，深厚覆盖层面板堆石坝建成数量仍然较少，投运后的资料更是匮乏，了解、分析具有代表性的察汗乌苏大坝渗漏情况，对于今后同类坝型的设计、施工、维护、运行管理等方面具有重要参考意义。
察汗乌苏水电站位于新疆维吾尔自治区和静县与焉耆县交界处的开都河上，距巴音郭楞蒙古族自治州首府库尔勒市140 km，是开都河中游河段规划中的第7个梯级电站。坝址以上流域面积17 735 km2 ，多年平均流量105 m3/s，年径流总量33.16亿m3，枢纽分别由拦河坝、溢洪洞、泄洪洞、发电引水隧洞、压力管道、地面式厂房等建筑物组成，属Ⅰ等大(2)型项目[4]。
拦河坝为趾板建在深覆盖层上的混凝土面板砂砾石坝，坝基覆盖层厚达47.6 m，覆盖层以上最大坝高110 m，坝长352 m，坝底最大宽度约400 m。表孔溢洪洞、深孔泄洪洞、发电引水系统均设置在右岸。河床覆盖层采用混凝土防渗墙处理，防渗墙底部进行帷幕灌浆，两岸趾板(墙)下进行固结灌浆和帷幕灌浆。水库总库容1.25亿m3，调节库容0.74亿m3，正常蓄水位1 646.00 m，为不完全年调节水库。大坝平面及剖面见图1、2。
图1 察汗乌苏水电站大坝平面图 单位：m
图2 察汗乌苏水电站大坝剖面图 单位：高程，m；其它，cm
察汗乌苏水电站工程施工总工期为47 个月，施工准备期13 个月，主体工程施工期26个月，第1台机组发电工期为39个月(开工后)。2005年11月中旬截流；2007年11月底具备下闸蓄水条件，2007年12月下旬首台机发电；2008年8月底工程竣工[5]。
察汗乌苏水电站混凝土面板砂砾石坝，坝后量水堰从2010年5月开始监测渗流量，同年10月26日出现最大渗流量735 L/s，远大于施工详图阶段三维有限元渗流分析首部枢纽渗流量值150 L/s(相应水位1 649.00 m)。随着时间推移，近3 a渗流量大多在190～380 L/s，最大值为450 L/s，渗漏量仍然偏大。为工程安全计，需分析出大坝渗漏原因及通道，分析较大渗漏水量对大坝安全运行的影响，并采取经济实用的处理措施。2010年8月—2013年1月坝后量水堰渗流量过程线见图3。
图3 坝后量水堰渗流过程线图
中国面板堆石坝渗透破坏情况比较常见，此类问题引发的后果也相当严重，当渗透水溢出点的渗透坡降较陡时，坝坡可能会发生流土、管涌现象，更有甚者会出现滑坡、垮坝等严重后果。混凝土面板堆石坝渗漏按发生部位可分为：坝体渗漏、伸缩缝渗漏、坝基渗漏和绕坝渗漏4种。
坝基渗漏通常是由于基础防渗处理不当造成；绕坝渗漏与两岸地质条件、大坝与山坡接头清基处理措施不当或帷幕灌浆质量有关；坝体渗漏主要是面板裂缝或止水损坏造成；伸缩缝渗漏常因大坝伸缩缝部位止水老化、破坏产生。若不查明大坝渗漏原因、类型及程度，会直接影响工程安全运行和效益发挥。为彻底破除疑虑和担忧，必须采取综合分析检测手段，得到准确、可靠的大坝渗漏分析结论。为彻底查明察汗乌苏大坝渗漏情况，综合采取以下方法。
3.1 资料分析
通过查阅工程档案，察汗乌苏水电站大坝填筑采取了分段进行，2期面板在浇筑前也经历了近5个月的沉降期，而长期的监测成果也证明大坝沉降在合理范围内，因沉降造成大坝裂缝引发大量渗漏的可能性不大。坝体填筑过程线见图4。
施工期大坝面板分为2期浇筑，据蓄水前面板裂缝共711条，累计长度3 067.2 m，主要都是温度裂缝和干缩裂缝，均未贯穿面板；趾板有9条短小裂缝，合计长度10.2 m，也未贯穿。所有裂缝均为表面裂缝，已进行灌浆和贴缝封闭处理[6]。结合监测显示浸润线不高，坝体渗漏未见异常，面板裂缝导致渗漏量大的可能性较小。
图4 坝体填筑过程线图
察汗乌苏大坝的安全监测系统较为健全，并保持着良好运行维护条件[7]。通过对长系列的监测资料及施工档案分析，水库首次蓄水及平时运行均较为合理，大坝主体结构未见显著异常，坝身及周边伸缩缝部位渗漏水量不大[8]。初步分析察汗乌苏大坝渗漏水主要来自绕坝渗漏和坝基渗漏。
3.2 技术检测分析
为查出渗漏产生的具体原因、部位和影响，采用反演分析和直接探测的方法更有说服力。在资料分析结果基础上，察汗乌苏大坝渗漏检测采取了以下技术手段。
3.2.1 坝区渗流状态反演分析
利用整编分析后的渗流监测成果，对坝区渗流状态进行反演分析，量化坝基、坝体、左右岸山体的渗漏量，着重分析大坝在正常高水位稳定渗流状态下的坝体、覆盖层、防渗体渗透稳定性，评价正常高水位条件下大坝及岸坡渗流安全状况[9]。此阶段初步分析出河床趾板存在局部渗漏通道，该渗漏通道基础部位垫层料(厚度1 m)渗透坡降较大，但范围小，未超过破坏渗透坡降。在高水头渗流量相对偏大的状态下，坝体内浸润面仍然较低，大坝内部分区及防渗结构的渗透稳定安全。正常高水位稳定渗流条件下，两岸及坝基渗流约710 L/s，约为总渗流量的77%，河床趾板局部渗流量约220 L/s，约为总渗流量的23%。
3.2.2 同位素、天然示踪等检测
同位素示踪技术在水库大坝渗漏检测工作中使用较多，经验也相对丰富[10]，通过环境同位素(温度电导等)综合示踪探测分析，初步推断渗流通道主要位于两岸坝肩(坝基)，次要通道位于坝体原河道附近，且大部分渗流通过河床水平纵向排水带汇集至坝脚量水堰。经模型和渗流分析，枢纽区总的渗流量约 943 L/s，两岸绕渗量约 631 L/s，约占总渗流量的 68%，原河道坝体渗漏量约 312 L/s，约占总渗流量的 32%。其中坝体和两岸坝基渗流通道主要在高程 1 544.00～1 588.00 m 间，不存在绕防渗墙及其防渗帷幕底部的深层渗漏。
3.2.3 声纳渗流检测
声纳渗流检测能够对地下水的任一空间点的水平流速和垂向流速及其矢量进行准确测量，提供各种水文地质参数[11]。通过“三维流速矢量声纳测量仪”对水下带土体层铺盖和无土体铺盖的混凝土面板以及左右坝绕渗孔进行渗流检测，得到以下主要结论：大坝面板无明显渗漏区域，仅存在几处渗漏流速较小的渗漏点；大坝下游渗漏水主要来自右坝肩绕坝渗漏，右坝绕坝是左坝绕坝渗漏流速的20倍；绕坝渗漏约占总渗漏水量的65.5%～67%，大坝连接板下混凝土防渗墙存在渗量较小绕渗的可能性。
通过历史资料和技术检测手段分析，可以判断察汗乌苏水电站大坝渗漏的主要方式是绕坝渗漏，占总渗漏量的65%以上，其中，来自右岸坝肩的绕坝渗漏量最大，大坝连接板下混凝土防渗墙也可能存在少量渗漏。
近8 a的监测结果反映出量水堰渗流量呈明显减小趋势，渗流量与库水位相关程度密切，渗漏延迟时间逐渐加长；根据巡检成果，正常运行期大坝高水位运行时，未发现下游坡面渗水，量水堰也未发现渗水浑浊现象；长期安全监测结果也表明大坝处于稳定状态[12]。综合判断，可以确定察汗乌苏大坝目前处于渗透稳定安全状态[13]。
察汗乌苏大坝作为深覆盖层上建设的面板堆石坝，渗漏量在同类工程中相对较大，其对渗漏问题的调查方法和成果对于其他工程可作借鉴。
察汗乌苏大坝虽然处于渗透稳定安全状态，但鉴于其渗流量仍然较大，为工程运行安全计，需持续关注其发展情况，并适时采取处理措施。具体建议如下：
(1) 右岸引泄水工程集中，且渗透水流速快、渗漏量大，风险相对高，目前应对渗漏最好的办法仍然是“堵”。可利用右岸坝肩灌浆平硐对该部位进行灌浆处理，封堵渗漏通道，减少渗漏水量[14]。
(2) 防渗墙部位渗漏量虽小，但由于坝基坐落在深覆盖层上，一旦渗漏情况发展，影响较大，目前可仅对该部位进行针对性监测，趋重时再进行处理。
(3) 大坝安全工作应防患于未然，应防止面板出现渗漏。察汗乌苏大坝在冬季常会出现冰盖砸、拉坏面板橡胶止水的情况，此类情况在寒冷地区较多发生，目前无很好的处理办法，应加强春冬季节对面板的巡视检查，及时采取修复措施[15]。
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[15] 魏祖涛,张佳,李志军.寒冷地区面板接缝止水防冻害研究[J].西北水电，2014(06)：43-45.
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)
Abstract：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
文章编号：1006—2610(2016)06—0040—04
收稿日期：2016-11-03
作者简介：马龙(1989- )，男，甘肃省平凉市人，助理工程师，主要从事水利水电工程工作.
中图分类号：TV641.43;TV698.12
文献标志码：A
DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.010
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