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大草灘水庫南副壩滲漏原因分析及除險加固效果評價

文檔作者：李東東文檔來源：甘肅省水利水電勘測設計研究院		點擊數：	更新時間： 2025年03月03日
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第53卷第7期甘肅水利水電技術V01．53，No．7
2017年7月GANSUWATER R鯔ouR￡Es AND HYl)ROPOWER TECHNOLOGY Jul．，2017
·設計與研究·
大草灘水庫南副壩滲漏原因分析及除險加固效果評價
李東東
(甘肅省水利水電勘測設計研究院，甘肅蘭州730000)
摘要：通過對大草灘水庫南副壩滲漏原因的分析，左、右壩肩繞壩滲漏量及壩基滲漏量的計算，評價了南副壩滲漏對水
庫原設計功能、南副壩運行安全及效益的影響。采用帷幕灌漿等處理措施除險加固后，壩后排水盲溝未發現滲漏和積
水，原來存在的險情基本排除。
關鍵詞：大草灘水庫；南副壩；繞壩滲漏；壩基滲漏
中圖分類號：TV698．2'33 文獻標志碼：B 文章編號：2095—0144(2017)07—0026—03
1 工程概況【1】
大草灘水庫位于嘉峪關市西北約13 km，主要
承擔向酒泉鋼鐵公司動力廠供水任務。工程于
1959—1971年間陸續修建，1972年正式竣工，設計總
庫容6400萬m。。水庫由4個單項工程組成，即主
壩、副壩、埡口、放水系統等，工程等級為Ⅱ等，是一
座注人式水庫。庫水源引自討賴河，水庫庫盤為討賴
河古河道沖淤后形成的天然盆地。當水庫蓄水至正
常高水位(1 749．00 m)時，水庫蓄水面積為4．8 km2。
副壩位于庫區東南方向，距主壩直線距離約2 km，
并分為南北兩段副壩。南副壩長度277．5 m，北副壩
長度331．0 m，中間以天然山頭隔開。壩頂寬度4 m，
設計壩頂高程1 751．5 m。南、北副壩最大壩高分別
為13．5 m、10．5 m。
南副壩屬大草灘水庫二期工程，為短鋪蓋壤土
斜墻砂礫石混合壩，1972年建成投入運行。副壩建
于下志留系砂、板巖和下白堊系砂質黏土巖、角礫巖
地層上，因當時未按原設計施工，施工質量差，壩體
輪廓不滿足設計要求，水庫不能按原設計正常蓄水
位運行，且存在滲漏問題。導致南副壩滲漏原因較
多，主要原因為壩肩繞壩滲漏和壩基滲漏。
2南副壩滲漏分析【1】
大草灘水庫南副壩滲漏問題由來已久，該壩建
成于1972年，至2010年已是38年了，壩后曾發生
較明顯漏水3次。前兩次漏水分別發生于1978年、
1980年(庫水位1 745 m)；第3次為1993年底(庫
水位l 746．2m)。
3次庫水滲漏，積水漫溢，對壩下游的黏土場形
成威脅，引起了酒鋼公司的重視，公司分別于1987
年、1993—1994年委托我院對南副壩進行了勘查和
設計。由于當時資金緊張，于1996年實施了部分加
固工程(如修建混凝土截水墻、排水溝改造等)，但實
際施工時未按原設計方案進行較全面、實質性的治
理，南副壩滲漏依舊。
該次勘察，在參考和分析1987年資料的基礎
上，針對滲漏段又布置了鉆孔和坑探，并進行了相關
試驗工作，在此基礎上，對南副壩滲漏做了分析計
算，并提出防滲處理建議。
2．1繞壩滲漏
南副壩左壩肩出露志留系砂巖、板巖。上部為砂
巖，下部為板巖，強風化層厚度為2～6 m，下部巖石
風化較弱，巖石較完整。因受風化和節理裂隙發育的
影響，巖體透水率上強下弱。根據壩肩4個鉆孑L的
(ZK4、ZK5、ZK6和ZKl0—5)壓水試驗資料，巖體頂
面以下0—6 m為強一中等透水，6～15 m范圍內
(最低高程1 733．6 m)，壓水試驗呂榮值為19．1～
33．2 Lu，屬中等透水向=10一100 Lu)；15 m以下巖體
結構致密且巖芯完整，壓水試驗呂榮值多小于3 Lu，
為弱透水帶(g<3 Lu)，可視為相對隔水層。
按q=3 Lu為巖體相對不透水的隔水邊界，假定
收稿日期：2017—07一11
作者簡介：李東東(1984一)，男，甘肅秦安人，工程師，主要從事水文地質與工程地質勘察，E—mail：375894955@qq．com。
·26·
萬方數據
第7期李東東：大草灘水庫南副壩滲漏原因分析及除險加固效果評價第53卷
水流呈層流狀態，可按維利金公式計算繞壩滲漏量【2】，
計算結果見表l所列。
Q=O．366KH(H,+H2)lg(B／ro) 式中：卜繞壩滲漏量(m3／d)；
卜巖體滲透系數(m／d)；
卜上、下游水頭差m)；
日。——上游滲透層厚度(m)； 日廣下游滲透層厚度m)；
卜繞壩滲漏寬度㈤；
r0_—-繞壩滲漏半徑(m)。
表1南副壩左、右壩肩繞壩滲漏量計算
由表1可知，左壩肩繞壩滲漏量為101．30～
366．10 m3／d，應對左壩肩及左岸近壩部分滲漏帶進
行防滲處理。
南副壩右壩肩出露白堊系黏土巖，地層在此呈
小角度單向傾斜，傾角一般5。～7。，個別見有
100傾角，為北西走向，向南西傾斜，僅于地表3．0 m
深度內發育有陡傾角的風化裂隙。據ZKl號鉆孔壓
(注)水試驗，基巖強風化帶滲透系數為0．026 4 m／d，
屬弱透水層，弱風化帶壓水試驗值小于1 Lu，屬微
透水巖層。
采用上述公式進行計算，右壩肩繞壩滲漏量為
1．23 m3／d(表1)。
2．2壩基滲漏
根據勘探揭示，壩基基巖由志留系砂巖、板巖和
白堊系黏土巖組成。其中志留系砂巖、板巖位于左
側壩基，長56 Ill，為壩基主要滲漏段；白堊系黏土
巖壩基段長241．5 m(1996年實測值)，黏土巖弱風
化巖體滲透性小，但由于接觸面清基和保護措施不
當，也存在接觸滲漏問題。原設計壩基基巖最低點
開挖高程為1 738．0 m，實測黏土巖最低點開挖高
程1 738．61 rn，砂巖、板巖最低點開挖高程1 742 m。
根據該次ZKIO一5孔揭露，砂、板巖段所取巖芯中節
理裂隙較發育，壓水試驗前兩段(孔深4．2—13．7 m)
透水率分別19．1 Lu、26．5 Lu，屬中等透水，據此可知
清基施工時開挖未挖除強風化巖層，造成滲漏。黏土
巖段查得基巖面高程為l 738．6～1 742．5 m，壓水試驗
透水率均小于1 Lu，說明黏土巖段壩基滲漏為淺表層
接觸滲漏。因此，壩基滲漏水在不同巖性層中呈層流狀
態，在該類水文地質條件及邊界條件下，可采用卡明斯
基公式進行計算，壩基滲漏量計算結果見表2所列。
Q=KBMH／(2b+M) 式中：卜卜壩壩基基巖滲體漏滲量透(m系3／數d)(；m／d)；
B——壩基滲漏長度m)； 卜壩基相對透水層厚度m)；
H一壩基上下游水頭差m)；
26——壩底寬度m)。
由表2可知，壩基滲漏量為155．8～613．7
m3／d。由此可見，在水庫高水位運行時，壩基滲漏量
是比較大的。
表2壩基滲漏量計算結果
2．3其他滲漏原因
(1)滲透破壞。該次勘探表明，副壩現狀輪廓尺
寸未達到設計要求，壩后出現滲漏。經取壩殼砂礫
石樣進行室內擾動樣滲透變形試驗，獲得的臨界坡
降矗=0．234～0．450，破壞坡降為0．757，取試驗值
的平均值做為滲透變形臨界坡降矗建議值的基
·27·
萬方數據
2017年第7期甘肅水利水電技術第53卷
礎，根據土的滲透變形判別標準進行判別，破壞類型
為管涌型。建議臨界坡降值兄=0．35，允許滲透坡降
Jo=0．15～0．20。因壩后滲漏水主要來自壩基和壩
肩，且壩后長期存在滲漏現象，管涌型滲漏也影響壩
體穩定。
(2)凍脹破壞。凍脹破壞也是壩體基礎滲漏的
原因之一。壩后滲漏，土體含水量增加，隨著氣溫的
降低，壩坡坡腳的凍脹破壞由淺至深。當氣溫降低
至結冰點以下時，殘留在壩坡坡腳與土層接觸面之
間的孔隙中的水形成冰晶體，在毛細力作用下，土體
中的水分向冰晶體遷移，使冰晶體越來越大。同理，
在毛細力的作用下，更深部位土體中的水分向上部
遷移，使土體中的冰結晶體逐漸增大，破壞了土體的
結構，形成凍土層，土體表面隆起。隨著氣溫繼續降
低，凍土層的深度逐漸加大，因冰凍而產生凍脹力頂
裂或頂起混凝土面板和漿砌石塊，從而發生凍脹性
破壞。根據經驗值毛細上升高度對多層巖性結構取
1．8～2．08 m，單層粉質壤土取1．6 m，粉質黏土取
1．8～2．0 m。在地下水毛細上升高度影響范圍內壩坡
坡腳將產生凍脹破壞。該次現場查看，壩前坡腳混
凝土面板和排水溝漿砌石塊存在鼓脹開裂現象，主
要原因就是凍脹破壞引起的。
(3)巖性影響滲漏。壩基段以白堊系黏土巖為
主，其巖性軟弱，遇水后易崩解軟化；在干濕交替作
用下易龜裂、風化破碎；含鹽量較高，易產生化學管
涌、巖溶破壞等；細小黏土顆粒易懸浮或遇水流動。
由于庫水長期浸潤或壩基防滲保護效果不佳，上述
現象均可能發生，從而造成壩基滲漏加劇。
(4)防滲斜墻厚度不滿足設計要求。防滲斜墻最
薄處僅為O．7 m，而設計最小厚度為2 m，壩前坡腳處
未按設計開挖黏土結合槽，兩岸岸坡未設置黏土齒
槽，縮短滲徑，產生滲漏。此外，壩基、壩肩清基不徹
底，壩后排水溝較淺，積水排泄不出，部分壩基長期
浸泡于水中而軟化等，均是加劇滲漏的原因之一。
3防滲建議
鑒于上述原因，建議采取如下防滲措施：
(1)左壩肩及左壩基段(段長約56 m)進行帷幕
防滲和固結灌漿處理，建議帷幕灌漿鉛直深度15～
·28·
20 m，左壩肩水平方向向岸里延伸長度20～30 m，
并進行固結灌漿、帷幕灌漿，帷幕灌漿深度10～15 m。
(2)因地下水對混凝土具結晶類硫酸鹽型強腐
蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性，對鋼
結構具中等腐蝕性。建議水下砼采用抗酸水泥。
(3)補修混凝土截水墻(二期工程)，并對前期人
工開挖修建的截水墻進行維修處理，完善其配套截
水項目(如黏土結合槽，兩岸岸坡黏土齒槽等)。
(4)原壩前坡無反濾層，現增設困難。建議補修
和完善壩前壤土鋪蓋，并適當加長加厚。
(5)完善壩后貼坡反濾設施，進行排水溝改造，
建議排水溝底部鋪設非凍脹粗粒土墊層，增強水平
排水及垂向排水設施，以減小滲透壓力。
(6)對右壩肩和混凝土壩坡進行防護和維修，右
壩坡前原勘坡腳線探坑未進行回填處理，建議進行
分層夯實回填處理。
4南副壩壩基、壩肩防滲設計
南副壩由于原壩基、壩肩透水率均不滿足規范
要求，是原壩體滲漏的主要滲漏通道，為此需要進行
防滲設計。采用帷幕灌漿，設一排，分序灌漿，孑L距
2．0 m(具體孔距需根據實際情況通過灌漿試驗確
定)。根據滲透性剖面圖，各孔灌漿深度以呂榮值
Lug<5確定，最大深度22．0 m，最小深度6．5 m。帷幕
灌漿標準：通過帷幕灌漿以后，原透水巖層的呂容值
皆小于5 Lu。
5結論
導致南副壩滲漏的原因較多，主要原因為壩肩
繞壩滲漏和壩基滲漏，滲透破壞、凍脹破壞、特殊的
高含鹽地層的化學管涌和巖溶破壞、防滲斜墻較薄
等原因加劇了壩基、壩肩的滲漏。經采用帷幕灌漿等
處理措施除險加固，水庫運行近3年來，壩后排水盲
溝未發現滲漏和積水，原來存在的險情基本排除，達
到了原設計功能、規模、運行水位及效益。
參考文獻：
[1]甘肅省水利水電勘測設計研究院．大草灘水庫除險加固
工程地質勘察報告[R】．蘭州：甘肅省水利水電勘測設計研
究院，2010．
[2]水利電力部水利水電規劃計設院．水利水電工程地質手
冊[K]．北京：水利電力出版社，1985．

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