西北干旱地区某水库渗漏原因分析及处理措施建议_王昊.pdf
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1、第 59 卷 第 5 期2023 年 5 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.59,No.5May,2023DOI:10.19645/j.issn2095-0144.2023.05.011收稿日期:2023-03-14作者简介:王 昊(1980-),男,山西忻州人,高级工程师,学士,主要从事工程地质及水文地质勘察,E-mail:。西北干旱地区某水库渗漏原因分析及处理措施建议王昊,刘荡平(中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津 300222)摘要:通过对西北干旱地区某水库蓄水试运行期间库水渗漏过程、
2、渗漏后库盆沉陷变形和水文地质条件变化情况进行详细调查,同时开展了必要的土工试验研究,基于所获取的试验资料和探测资料,对水库渗漏原因进行了分析评价,提出了具有针对性的处理措施建议。关键词:盐渍土;溶陷变形;孔洞塌陷;库水渗漏中图分类号:TV697.3+2文献标志码:A文章编号:2095-0144(2023)05-0046-041工程概况某水库修建在西北干旱地区,水库库盆是充分利用天然河道进行挖填、围堵、扩建而成,设计采用全断面复合土工膜防渗措施,水库的主要功能是调蓄和灌溉用水。库盆设计正常蓄水深度20 m,水库总库容为980万m3,坝顶高程1 341.4 m,库底高程1 319.0 m,坝内边坡
3、坡比1 2.75,坝外边坡坡比1 2.5。库盆东侧为输水建筑物,由输水塔、输水涵洞以及交通桥组成。2库坝区地质条件及地基处理措施2.1库坝区地质条件库坝区处于低中山山地向冲洪积平原过渡地带上,属典型的河谷地貌单元。库盆所处的天然沟道为季节性河流,水量不大。河床地面高程1 3131 324 m,宽度250300 m,局部发育级阶地,阶面高程1 3211 326 m,沟道两侧普遍发育级阶地,阶面高程1 3291 340 m。库盆地层为第四系全新统冲洪积层,自下而上可以分为3层。第1层(Q41alp):岩性上部以黄褐色壤土、砂壤土为主,夹棕黄色角砾或砾砂透镜体,壤土、砂壤土在库盆西北侧相对较厚,在西
4、南侧相对较薄,具有湿陷性;下部为棕黄色砂壤土、壤土、角砾或砾砂层,呈互层状分布,角砾或砾砂中多含石膏,石膏质量百分比一般在8%30%。第2层(Q42alp):分布在级阶地及高漫滩上,岩性主要为壤土、砂壤土,局部夹粉细砂或角砾。第3层(Q43alp):分布在河床及漫滩,上部岩性主要以灰黄色粉细砂为主,下部岩性为灰色角砾夹粉细砂或中粗砂。库坝区地下水类型属第四系孔隙性潜水,受大气降水、沟道及周边灌溉渠道地表水补给。勘察期间,地下水位埋深1530 m。库盆地层中的角砾、砾砂以及粗砂为强透水层,粉细砂和砂壤土为中等透水层。库坝区级阶地上部分布的壤土、砂壤土存在湿陷性。根据GB 50025-2004 湿
5、陷性黄土地区建筑标准1,按照自原始地面算起,来计算湿陷量和自重湿陷量,在桩号0+0000+200和3+3003+731坝段,湿陷性土层厚度5 m,属级(轻微)非自重湿陷性场地;在桩号0+2001+725和2+2752+475坝段,湿陷性土层厚度719 m,属级(中等)-级(严重)自重湿陷性场地;在桩号2+8753+300坝段,湿陷性土层厚度1321 m,为级(很严重)自重湿陷性场地。前期勘察期间,库坝区西南侧级阶地地表发育有裂缝。在库盆施工开挖过程中,西南侧库底角砾层中揭露出存在裂缝和孔洞。渗漏发生后,在西南侧库底及坝坡段破坏部位进行开挖检查时,均发现了孔洞和裂缝的存在。孔洞高度2060 cm
6、,裂46缝呈陡立竖向分布,裂缝宽度一般210 cm,裂缝壁上多附着石膏晶粒。2.2库坝地基施工处理措施按照设计要求,在施工期间对湿陷性土层进行了针对性的处理,消除或部分消除了湿陷量。处理过程如下:桩号0+0000+200坝段和桩号3+3003+731坝段,将库底以下湿陷性土层全部清除,对坝基段不再进行专门处理;桩号 0+2001+725坝段和桩号 2+2752+475坝段,由于库底以下湿陷性土层已经基本挖除,仅对坝基段上部的湿陷性土层进行翻夯处理;桩号2+8753+300坝段,湿陷性土层下限高程1 306 m,计算得到的湿陷量为1 031 mm,对该段湿陷性土层采取预浸水措施处理。3水库渗漏过
7、程及现状调查3.1水库蓄水试运行及渗流监测水库于2017年11月开始蓄水试运行,初期蓄水高程为1 321 m(库内水深2 m),后期蓄水位最高抬升至1 326 m(库内水深7 m)。根据桩号2+000处渗流断面监测资料,从2019年2月下旬开始,坝基渗压计的监测水位出现明显的上升趋势,截至2019年7月中旬,渗压计水位持续上升,该断面库内侧观测到的水位为1 317.8 m。3.2渗漏发生后库盆沉陷变形情况2019年8月,将库水放空后,检查发现坝坡和库底均存在不同程度的沉陷变形现象(图1)。坝坡沉陷变形主要包括:混凝土竖向隔梁拉裂缝、混凝土砌块沉陷变形、坝脚混凝土水平向底梁及库内倾斜变形、坝脚混
8、凝土底梁沉陷变形以及坝坡下部塌陷。库底沉陷变形主要包括:孤立分布的沉陷漏斗、串珠状分布的沉陷漏斗、沿排气管盲沟形成带状沉陷区以及库底集中沉降变形区。变形破坏主要发生在库盆东南侧输水塔附近和库盆西南侧坝坡坡脚部位,输水塔周边土体变形相对明显,与混凝土构筑物之间产生了错台,一般高差在10 cm左右,最大接近1 m,错台附近的土工布被撕裂。在外侧一定范围内地面发生了下沉,局部出现了裂缝。在库盆西南侧库底多处出现了渗坑,呈串珠状分布,最大深度在10 cm左右,同时在坝坡下部发生了两处塌陷。3.3渗漏前后库盆水文地质条件变化在前期工程地质勘察期间,库坝区地下水位高程在 1 2991 303 m。在库水放
9、空以后,对库坝区进行了补充工程地质勘察。从钻孔内水位观测资料来看,受水库渗漏影响,库内现状地下水位比前期勘察期间有明显抬升;坝基及坝后地下水位仅在库盆东南侧桩号 1+5502+450 坝段和库盆西南侧桩号1+100坝段附近有明显抬升;库底现状地下水位高程在1 3081 315 m,与场地内原始地下水位相比较,抬升了815m。库底地下水位总体高于坝基和坝后。从坝体上的2个渗流监测断面水位观测资料可以看出,桩号2+700的监测断面,在水库蓄水试运行过程中,未监测到坝基及坝体水位发生明显变化;桩号2+200的监测断面,自水库蓄水试运行到补充勘察期间,渗压计监测水位变化显著,水位变化规律与库内蓄水位的
10、变化情况相关性很明显。2019年7月中下旬,水库蓄水位最高时,该断面各渗压计监测水位达到最高值1 315.51 317.8 m,从库内向库外各渗压计监测到的水位逐渐降低,地下水位降落比降为5.3%。水库于2019年8月下旬放空后,截至 10 月底该监测断面渗压计水位在1 312.61 313.1 m。4水库渗漏原因分析4.1库盆地基土可溶盐含量测定与分析从库底沉陷变形情况来看,具有明显的溶陷变形特征。为了全面了解地基土层的工程地质特性,进一步查明库盆地基沉陷变形原因,在库坝区不同部位和深度采集各类土样,进行可溶盐化学分析试验,试验结果见表1、表2。取样深度与易溶盐及中溶盐含量的关系如图2所示。
11、D4N沉陷变形区及编号3+2003+4003+6000+0000+2000+4000+6000+800坝顶1+0001+2001+4001+6001+8002+0002+2002+4002+6002+8003+000C1C2C3 输水塔D8C7D7C5D5坝脚D2D1C8D3图例库坝设计线工程地质单元分区界线D1串珠状沉陷漏斗区及编号C1图1库盆沉陷变形示意图D6第5期王 昊,等:西北干旱地区某水库渗漏原因分析及处理措施建议第59卷47由试验结果可知,易溶盐总含量在 0.3%2.5%,壤土易溶盐含量总体低于砂壤土、砾砂和角砾,其中砂壤土易溶盐含量最高。按照 GB/T50942-2014 盐渍土
12、地区建筑技术规范2有关盐渍土的分类标准,库坝区地基土属中-强硫酸盐渍土。中溶盐含量试验值为0.3%45.5%,不同土样之间试验值相差较大。壤土中溶盐含量总体较低,砂壤土次之,砾砂及角砾等粗粒土的中溶盐含量普遍较高。表1地基土可溶盐化学分析试验地基土壤土砂壤土砾砂角砾易溶盐含量/%最小值0.30.41.10.1最大值2.42.51.51.4平均值0.91.71.31.1中溶盐含量/%最小值0.30.27.90.4最大值5.118.745.545.3平均值1.75.328.924.0地基土壤土砂壤土砾砂角砾易溶盐离子CO32-00.270.000.000.000.27HCO3-1.632.171.
13、082.241.632.331.601.82Cl-1.7726.022.4422.316.1315.682.9911.86SO42-13.08150.4524.39171.5780.43104.556.8192.98Ca2+4.69153.5215.61162.3877.34104.555.8492.98Mg2+2.4312.343.189.193.096.741.273.79K+Na+3.9139.591.5024.474.8144.550.536.20表2地基土易溶盐离子测定结果1 3251 3201 3151 3101 3051 3001 295取样高程/m易溶盐含量0510152025
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