尼山水库坝前塌陷漏洞分析及处理措施

汪新健，孟凡会，谢 营

（1.中国海洋大学，山东 青岛266100；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南250014）

尼山水库于1958年11月兴建，1960年9月竣工，总库容1.128亿m3，大坝为壤土均质坝，坝长1 805 m，最大坝高22.2 m，是一座以防洪为主，结合城区供水、灌溉、养殖、补充地下水等综合利用的大（2）型水库。水库所在区域属于鲁中南构造侵蚀为主中低山丘陵区，东界为沂沭断裂带，南、西、北侧为断陷环绕，区域整体呈“盾”形山地。山地内部被断陷盆地、河谷平原分割成彼此不相连接的断块山，在全省堪称地势最高、切割最强烈、地貌地质体最复杂的地区。库区山体主要由寒武系灰岩组成，岩溶发育，多条断裂穿过坝址，向库内延伸，地质条件复杂，建库后产生多次坍塌、漏洞的险情。

1 建库运行至今塌陷情况

1.1 右岸塌陷及处理情况

1961—1965年，在大坝桩号0+100～0+135，坝前坝脚50 m以内出现漏水裂缝8处；1976年在坝前150 m内右岸阶地附近出现大塌坑，形成漏水漏斗，1982年以来相继出现漏水洞9处，塌坑位置逼近大坝上游坡脚。对此均做了处理，处理后未再发生。

1986年6月18日，尼山水库大坝0+008，距坝内肩132 m溢洪道进口处，发现漏洞。处理方案：先清除漏洞上石渣及风化层找出漏洞部位，清到新鲜岩石，浇筑素混凝土覆盖，然后用黏土回填夯实。1992年8月5日，溢洪道进口左侧，大坝桩号0+068上游，距坝肩125 m发现一漏水洞。处理方案：先填粗砂，后填碎石至库水面；南部石渣凹处筑坝挡水。1996年3月27日，溢洪道进口左侧，大坝桩号0+068，距坝轴线120 m发现漏洞。处理方法：开挖表层弃渣范围400 m2，深度2 m，堆填砂砾石，厚度2.0 m，其上压碎石1.0 m，最大粒径不超过5 cm。

2013年12月15日，右岸溢洪道进水段内坝前200 m发现漏洞。处理方案为：首先，在漏洞范围用砂袋筑一道围堰，然后分别在漏水点处集中开挖，依次采用抛填块石、浇灌混凝土进行封堵，待混凝土凝固后，再向四周进行开挖，开挖后，依次进行回填碎石、砂、铺设土工膜，最后回填黏土，层层压实，至高出自然地面1.0 m。

1.2 左岸塌陷及处理情况

坝前左岸阶地（桩号1+600），自1977年开始在坝前400 m内出现大漏水洞，1981年汛前又在该位置发现多处塌坑，共计11处，最大直径6 m，深4 m，形成一条垂直坝轴向的直线，并逐渐靠近上游坝脚，经开挖后发现有近似平行F12断层带的大溶蚀型裂缝。洞缝均做了开挖封填处理，处理后未再发生。

1990年11月23日和1996年3月25日，在大坝桩号1+602，坝前541 m处和547 m处发现漏洞。处理方法：前者开挖后对漏水洞缝用块石、石子填实，灌注水泥砂浆。后者对洞缝灌黏土浆封填处理。

1998年6月15日和1999年5月上旬，大坝桩号1+400处，发现漏水坍坑。处理方法：开挖清除淤泥，岩石凿毛处理，洞内抛填块石，以混凝土封堵，回填黏土，铺土工布，之上回填黏土至地面。2013年12月15日，左岸大坝桩号1+600、坝前约500 m处发现漏水，处理方案同前。

2 塌陷漏洞成因分析

2.1 塌陷漏洞分布特点

水库建成至今50多年间，发现的塌陷主要分布在坝前：右岸塌陷分布范围在桩号0+055坝前120～160 m范围内，左岸塌陷分布在桩号1+600坝前80～560 m范围内，呈北西向条带状分布。塌陷处的地层特点是：黏性土直接覆盖于灰岩形成的溶洞之上，黏性土一般有竖向的大孔隙，并且厚度相对较薄，一般4.3～7.5 m，厚度大于10 m的土层地区未发现地面变形；右岸坝前天然铺盖多次产生的塌陷基本沿F1断层上盘影响带呈条带状分布。

2.2 成因分析

1）两岸岩溶裂隙的贯通发育为塌陷物质提供了必要的运移通道和储存空间，是塌陷产生的基础。2）塌陷都分布在黏性土直接覆盖在透水灰岩上的单一结构地层中，黏性土一般有竖向的大孔隙，并且比较薄，一般4.3～7.5 m，厚度大于10 m的土层地区未发现地面变形，孔隙发育的覆盖层是塌陷产生的内因。3）随着库水周期性大幅度升降，上覆黏性土体在水的浮托力、动水压力交替作用下逐渐产生破坏，是塌陷产生的最主要作用力。

3 塌陷漏洞处理措施及建议

1992年3月～2002年11月保安全工程对整个大坝进行了基岩帷幕灌浆及大坝混凝土防渗墙工程处理，基岩帷幕灌浆采用级配灌浆，灌浆底高程最低控制在54.61 m的高程。根据水库运行管理报告，截渗后坝下游10 km内砂砾石层中的机井全部干涸；水库经历了2003—2005年3年的高水位运行，坝后减压沟内无渗水出现。

2002年尼山水库保安全工程完成一直到2012年，未发现有漏洞产生，直到2013年12月因库区降雨偏少，库水位下降后，在库内大坝桩号1+600、坝前约500 m处的左岸滩地发现漏洞4处，于2014年6月已进行处理。

根据上述资料分析，坝体段混凝土防渗墙截渗工程有效的阻滞了坝基上部岩溶发育地段的渗漏通道，极大的降低了塌落洞发生的机率。除了坝体基岩渗漏通道易产生塌陷，坝肩的渗漏也会引起塌陷，为了更全面的查清是否存在坝肩绕坝渗漏通道，山东省水利勘测设计院于2016年对尼山水库两岸坝肩进行了勘察工作，结果表明：大坝左岸坝肩至赵家村，主要分布了震旦系灰岩，赵家村西机井抽水时曾抽出小鱼，说明其与库水连通较好，岩溶裂隙发育，在左岸坝肩进行钻探，在深度22.3～22.7 m、34.4～34.8 m、48.2～48.6 m、54.8～55.0 m出现掉钻现象，钻机钻进不返水，佐证了左岸坝肩灰岩岩溶发育，透水性大，左岸存在绕坝渗漏问题；大坝右岸非常溢洪道北边墙至F17断层长约250 m范围内分布了张夏组厚层灰岩，通过钻探及压水试验，岩溶发育，透水率可达到200 Lu，右岸存在绕坝渗漏问题。建议对两岸坝肩进行灌浆处理，阻滞渗漏通道，减少渗漏量，降低塌陷产生的概率。

4 塌陷漏洞预测

实践证明，坝体基岩帷幕灌浆阻滞了主要的渗漏通道，极大降低了漏洞出现的概率，仅是基岩下部渗漏及绕坝渗漏造成了库区内出现少量的塌落洞。将来水库长期高水位运行时，水动力可能会破坏隐伏溶洞的相对稳定状态，逐渐破坏溶洞的上覆土体，形成新的塌陷。由于岩溶发育的偶然性、独立性、不均匀性，且下部岩溶发育少，渗径长，不会形成集中的渗漏通道，预测将来出现的塌陷也只是独立的个体，不会形成大的渗漏通道，不会出现由点扩散到面的大面积塌方或塌岸现象，不会产生危害附近村庄和大坝安全的次生灾害。