王圪堵水库坝址渗漏问题分析

张首军

（陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院 陕西 咸阳 721000）

坝址渗漏按其发生部位可分为坝基渗漏和绕坝渗漏，坝基渗漏指通过坝基覆盖层及岩体向下游的渗漏，绕坝渗漏指绕过两岸坝肩岩土向下游的渗漏。坝址渗漏不仅影响工程效益，而且威胁建筑物的安全，因此分析坝址渗漏问题、估算渗漏量，对工程建设具有重要的意义。本文对王圪堵水库坝址渗漏问题进行了分析探讨，可供工程建设借鉴。

1 工程概况

王圪堵水库工程位于陕西省榆林市横山县以北黄河右岸一级支流无定河中游，距横山县城约12km，距榆林市约60km。设计坝高44m，坝顶高程1052m，正常蓄水位1046m，死水位1027m，回水长度 13km，是一座以供水、拦沙和灌溉等综合利用的水库工程，工程规模为大（2）型水利枢纽工程。工程区地震动峰值加速度a=0.039g，地震动反应谱特征周期T=0.35s，相应的地震基本烈度＜Ⅵ度。

2 基本地质条件

王圪堵水库工程区地处陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠南缘，地势西北高、东南低，海拔高程1000m～1400m，地形高差约50m～100m。地貌成因种类、形态类型较为复杂，东南部为黄土梁峁、丘陵、沟壑地貌，西北部为风成沙漠地貌。

本区地下水按含水层性质及埋藏条件可分为孔隙、裂隙潜水和基岩承压水两大类。

本区松散覆盖层孔隙潜水主要接受大气降水补给，河谷地带则主要接受地表水的补给。地下水则多以泉的形式排泄于沟谷中；基岩裂隙水主要接受松散层孔隙潜水的补给，受地层结构的控制，多形成局部承压水。

3 坝址渗漏分析

3.1 地形地貌及地层岩性

水库两岸地形地貌条件不对称，左岸为沙漠区，右岸为黄土梁峁区。沙漠区由沙丘、沙梁及洼地组成，右岸残留一、二级阶地，阶地堆积物由冲积成因的细砂夹粉质壤土薄层组成，具二元结构。左岸岸坡地形较陡，自然坡度35°～40°左右，由上更新统冲湖积和全新统坡积物组成，右岸坝肩地形向河床呈微型凸出，上、下游发育小冲沟。

坝址地层由松散覆盖层和基岩组成，其中松散覆盖层分别为人工堆积（Q4s）粉细砂，全新统冲积（Q42-3al）细砂，上更新统冲湖积（Q31al+l）粉细砂。基岩由侏罗系砂岩和泥岩组成，以砂岩为主、泥岩次之，强风化厚度2m～5m，中厚层状，其中砂岩为较软岩，岩体较完整。泥岩为极软岩，易软化，遇水崩解，失水干裂，岩体工程性质差。

3.2 坝址渗漏的工程地质条件分析

由坝址区地层岩性可以把渗漏的形式分为第四系松散细砂层的均匀渗漏及侏罗系砂岩和泥岩受风化、卸荷影响较均匀分布的裂隙产生的较均质渗漏两种。

3.2.1 坝址区松散岩层的渗漏分析

坝址区松散岩层为人工堆积、全新统冲积粉细砂层、冲湖积砂层，颗粒均匀，为相对均质的粉细砂层，厚度7m～11m，根据野外渗水试验成果，结合抽水试验，计算人工堆积（Q4S）砂层，渗透系数K=6.66×10-3cm/s（K=5.75m/d）、属较强透水。河床冲积砂层渗透系数K=3.35×10-2cm/s（K=28.94m/d），属较强透水。冲湖积砂层渗透系数 K=1.94×10-2cm/s～9.82×10-3cm/s，平均值为 1.94×10-2cm/s（K=16.8m/d），属较强透水。以上松散岩层为坝址区主要的渗漏通道。

3.2.2 坝址区基岩的渗漏分析

坝址区地层岩性为侏罗系上统安定组（J3a）中厚层状粉砂岩、泥质砂岩夹泥岩或泥岩夹泥质砂岩，紫红色、浅灰色、暗紫红色，基岩地层呈单斜构造，微向NW缓倾，岩层倾角1°～3°。坝址区断裂构造及裂隙基本不发育。

坝基岩体的透水性特征及透水率主要通过钻孔压水试验成果来体现，钻孔压水试验采用国际上较通用的吕荣试验方法。坝基岩体钻孔压水试验结果显示，坝段岩体透水性具有上部大、下部小的规律性，岩体单位透水率介于1.0Lu～35Lu之间，不同地段（局部）岩体由于裂隙较发育透水率达到11.8Lu～31Lu。根据岩体渗透性分级，岩体属弱透水及中等透水。

表1 坝基覆盖层渗漏计算表

表2 坝基基岩渗漏计算表

表3 绕坝渗漏计算表

表4 坝基渗漏总量统计表

根据水电工程帷幕的一般防渗标准要求；坝高50m以下，可以把q＜5Lu作为相对隔水岩体；因此按土石坝防渗标准，对透水率q>5Lu岩体段作为坝基岩体的渗漏区间。

3.3 坝址渗漏量估算

3.3.1 坝基渗漏量估算

（1）坝基覆盖层渗漏量估算

坝基河床覆盖层厚度7m～11m，为相对均质的粉细砂层，属较强透水，存在渗漏问题。渗漏计算考虑人工堆积砂层和河床冲积砂层两个岩土层。渗透系数分别为：人工堆积砂层 K=5.75m/d（K=6.66×10-3cm/s）、河床冲积砂层 K=28.94m/d（K=3.35×10-2cm/s）。

根据坝基渗漏计算公式：

式中，Q——库水渗漏量，m3/d；

K——土层的渗透系数，m/d；

H——有效水头高度，m；

2b——渗流长度，m；

M——透水层厚度，m；

B——坝线计算段长度，m。

计算示意图如图1所示，计算的渗漏量结果如表1。

图1 坝基渗漏计算示意图

（2）坝基基岩渗漏量估算

坝基基岩透水率q一般为1Lu～30Lu，属中等～弱透水性，渗漏计算按土石坝防渗标准对透水率q>5Lu岩体段进行计算，根据坝基渗漏计算公式：

式中符号意义同前。计算的渗漏量如表2所示。

渗透系数K根据透水率q换算求得q的加权平均值为4.67Lu，大值平均值为9.2Lu。

式中，r——钻孔半径，m。

3.3.2 绕坝渗漏估算

左岸坝肩冲湖积砂层渗透系数K=16.8m/d，为较强透水层。根据均质透水层渗漏计算公式：

式中，Q——绕坝渗漏量，m3/d；

K——土层的渗透系数，m/d；

H——有效水头高度，m；

H1——库水位高出隔水层的高度，m；

h1——河流水边线的含水层厚度，m；

r——坝肩绕渗半径，m；

b——水库沿岸渗漏长度m，b=L/π；

L——绕坝渗漏宽度，m。

计算的渗漏量如表3，存在较严重的绕坝渗漏问题。绕坝渗漏计算示意图如图2、图3所示。

图2 沿坝轴线渗漏示意图

图3 绕坝渗漏平面示意图

综上所述，坝址渗漏总量统计如表4。

综上所述，坝址渗漏量为22409m3/d，年渗漏量约为817.93万m3，约占河流日来水量（90.37万m3/d）的2.48%，渗漏损失量不大。

4 防渗处理建议

河床覆盖层为均质的粉细砂，属中等透水性地层，水库蓄水后，受上游河谷库区水头的影响，既有水量损失，又容易产生渗透破坏，对坝基稳定不利。下伏的中厚层状粉砂岩、泥质砂岩夹泥岩或泥岩夹泥质砂岩属软岩或较软岩，岩层产状基本呈水平状，透水性属弱透水及中等透水。水库蓄水后，在有压渗流作用下，会改变坝基岩土体的组成结构，产生渗透变形及沉降变形，对坝基稳定不利，因此必须进行坝址区的防渗处理。

根据坝址区地层岩性及渗漏特征分析，结合设计坝型、坝体规模、水文地质条件以及地形等综合因素考虑，最终建议对粉细砂覆盖层采取截渗墙等进行处理，对基岩进行帷幕灌浆处理。

5 结语

因为渗漏会造成水库的水量损失，会因渗透水流的潜蚀作用而影响坝基、岸坡岩体或覆盖层的稳定，会因渗透压力而影响坝体或坝后建筑物的稳定，结果可能会危及大坝安全导致工程事故，所以坝址渗漏问题是水库工程重要地质问题之一，应根据坝址区的地层岩性分布特征，结合室内及原位试验，科学合理的确定渗漏范围、防渗边界、岩土渗透参数、计算渗漏量，并最终提出防渗处理建议。只有这样才能取得较为合理的地质资料，为工程设计提供依据。陕西水利

[1]陈德基、司富安等.水利水电工程地质勘察规范（JG50487-2008）[S].

[2]常士骠、张苏民等.工程地质手册[M]，2007年2月.