紀(jì)村水電站防滲墻和鋪蓋廊道揚(yáng)壓力測(cè)試分析

1防雨裝置及防雨效果研究1.1壩體防滲工程吉村水庫(kù)位于安徽省涇縣。水庫(kù)由混凝土重力水庫(kù)和左右岸之間的均質(zhì)土壩組成。最大壩高22.5m,(2)～(7)壩段混凝土壩壩長(zhǎng)66.42m。1977年5月蓄水,同年9月2臺(tái)發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行不久即發(fā)現(xiàn)左岸(6)～(8)壩段壩基滲漏量明顯增大,揚(yáng)壓力超設(shè)計(jì)值,到1994年12月大壩首次安全定檢時(shí)才認(rèn)定為正常壩。在這以前,曾先后進(jìn)行了局部化學(xué)灌漿、永久補(bǔ)強(qiáng)加固工程(防滲墻)、永久補(bǔ)強(qiáng)工程完善化施工、加設(shè)防滲鋪蓋和鋪蓋廊道、左右土壩上游面鋪設(shè)鋼筋混凝土斜墻等。防滲斜墻底面均設(shè)有反濾層,斜墻底坡下均設(shè)有無(wú)砂混凝土管排水設(shè)施,無(wú)砂管由壩肩通過裹頭插入排水廊道排出(圖1)。鋪蓋廊道內(nèi)設(shè)有6個(gè)揚(yáng)壓力觀測(cè)孔,32個(gè)垂直排水孔和2個(gè)斜排水孔,右無(wú)砂管的出滲口在樁號(hào)0+49處的廊道下游側(cè)壁上,垂直壩軸線剖面結(jié)構(gòu)如圖2示。1.2壩上黃鐵礦帶防滲問題是紀(jì)村大壩安全穩(wěn)定的關(guān)鍵問題,原因有兩個(gè):一是壩基白堊系紫紅色泥質(zhì)粉砂巖(紅層)易泥化與軟化,碳酸鹽膠結(jié),壩基斷層有28條,裂隙十分發(fā)育;二是大壩上游900m處的黃鐵礦帶在電站停運(yùn)期間產(chǎn)生pH值最低時(shí)達(dá)到2.9的酸性和強(qiáng)酸性庫(kù)水,沿壩基的滲透將侵蝕壩基紅層。因此,對(duì)紀(jì)村的防滲效果研究多注重從水化學(xué)的角度分析1.3鋪蓋廊道下游排水系統(tǒng)盡管鋪蓋廊道揚(yáng)壓力觀測(cè)值目前仍在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),但近年有增大趨勢(shì);2000年后當(dāng)庫(kù)水位超過54m時(shí),鋪蓋廊道下游壁上用于排泄右土壩表面滲水的右無(wú)砂管出滲口排水量出現(xiàn)陡增。這又引起人們對(duì)防滲墻和防滲鋪蓋防滲性能的關(guān)注,水從何而來(lái),是否存在集中滲漏通道?本文通過示蹤分析回答這一問題。2防滲透墻和人行道滲透化學(xué)區(qū)的分析2.1鋪蓋廊道的溫度變化規(guī)律庫(kù)水與壩基地下水、兩岸土壩地下水的溫度存在差別,是判別滲流場(chǎng)的手段之一。2004年11月26日對(duì)庫(kù)水、鋪蓋廊道揚(yáng)壓力孔、排水孔及左右土壩觀測(cè)孔地下水進(jìn)行三維溫度場(chǎng)測(cè)試,庫(kù)水從水表面到庫(kù)底的溫度為14.7～14.9℃,揚(yáng)壓力孔、排水孔及左右土壩觀測(cè)孔地下水溫度變化可歸納為以下幾點(diǎn):(1)垂向溫度變化曲線有兩種類型,即中間溫度異常型和表面溫度異常型,代表性曲線如圖3。前者主要分布在鋪蓋廊道右側(cè)0+16～0+22,是防滲墻在14m深處存在滲漏的反映。后者分布在鋪蓋廊道的其他部位及土壩觀測(cè)孔中,曲線中部的“高溫異?！睂?shí)際是夏秋季節(jié)氣溫的反映,隨深度增加,地下水溫度降低,接近當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶞囟?。?duì)于曲線淺部的“低溫異?！?土壩觀測(cè)孔反映了氣溫對(duì)淺層地下水的影響,鋪蓋廊道排水孔則是低溫庫(kù)水滲漏所致,是判別鋪蓋(主要是伸縮縫)是否存在滲漏的重要依據(jù)。(2)鋪蓋廊道排水孔表層水溫度變化15.9～18℃,以0+52和0+78.3為最低15.9℃,應(yīng)該是鋪蓋滲漏的位置所在。(3)從鋪蓋區(qū)和左右土壩平均地下水溫度看,在平面上分右土壩區(qū)高溫地下水、鋪蓋廊道低溫地下水和左土壩中溫地下水3個(gè)區(qū)。位于0+49的右無(wú)砂管出滲口排水溫度為19.5℃,十分接近右土壩地下水溫度,而排水孔0+49的溫度為16.1℃,與之相鄰的0+52孔僅15.9℃,這說(shuō)明右無(wú)砂管排水量主要并不來(lái)自于上游防滲墻或鋪蓋滲水。2.2實(shí)踐中的庫(kù)水滲流特征地下水的一些離子成分和總?cè)芙夤腆w具有示蹤意義,而總?cè)芙夤腆w與電導(dǎo)率之間存在相關(guān)關(guān)系(表1),因而可用電導(dǎo)率反映各種水體不同部位總?cè)芙夤腆w的大小,進(jìn)而分析防滲墻或鋪蓋的防滲效果。表1中的4個(gè)水樣具有代表性,0+25水樣的離子含量、總?cè)芙夤腆w及電導(dǎo)率均遠(yuǎn)低于其它水樣,至少說(shuō)明0+25處不存在庫(kù)水滲漏,如此低的含量或總?cè)芙夤腆w與大氣降水相當(dāng),恰好0+25處的右土壩斜墻有一伸縮縫,表面上觀察其止水效果不理想,為雨水的滲入提供了條件,同時(shí)當(dāng)庫(kù)水位超過54m時(shí)使庫(kù)水沿伸縮縫入滲,右無(wú)砂管排水量增大。新右2水樣的總?cè)芙夤腆w和電導(dǎo)率最大,尤其Ca電導(dǎo)率的空間變化有2個(gè)特征:一是垂向上隨深度增加而增大,符合地下水質(zhì)的一般規(guī)律,同時(shí)也反映了由淺部到深部滲流減弱,基巖深部不存在強(qiáng)滲漏通道;二是平面上排水孔電導(dǎo)率變化較大,有些排水孔的電導(dǎo)率值與庫(kù)水比較接近,如0+57孔113uS/cm等,而有些則達(dá)到300以上,如0+80.3孔469uS/cm等?？傮w上是鋪蓋廊道的中部和左側(cè)電導(dǎo)率普遍較大,而該部位恰是斷裂十分發(fā)育的部位(圖4),這說(shuō)明防滲墻和鋪蓋的防滲性能是好的,它使地下水徑流變得十分緩慢。3防滲透墻和人行道空間的地表分析3.1基巖滲透率小采用智能型同位素示蹤儀,按點(diǎn)稀釋公式(1)進(jìn)行流速計(jì)算式中:r(1)地下水流速均非常小,水流基本處于停滯狀態(tài),與絕大部分排水孔都不排水、土壩壩體和紅層基巖滲透性小的實(shí)際情況是一致的;(2)除少數(shù)孔存在弱垂向流外,基本沒有垂向流;(3)右土壩各孔最大滲透流速均在基巖中,基巖滲透性大于土壩壩體本身。這些說(shuō)明防滲墻及鋪蓋的防滲性能總體是好的。3.2孔地下水流場(chǎng)規(guī)律智能型同位素示蹤儀自動(dòng)對(duì)6個(gè)不同方向的計(jì)數(shù)率合成,計(jì)算出地下水的流向,誤差小,精度高。排水孔和右土壩觀測(cè)孔地下水流向測(cè)試結(jié)果見表4。鋪蓋廊道排水孔地下水一般流向NE或NW,屬于正常的流向,看不出防滲墻存在明顯的集中滲漏通道。土壩浸潤(rùn)線觀測(cè)孔地下水流向在比較復(fù)雜中仍顯示出一定的規(guī)律,主要是壩身土體地下水流向與基巖地下水流向存在一定的差別,土體地下水流向一般順坡向,受地形控制,而基巖地下水流向受巖體結(jié)構(gòu)面控制,尤其是斷層的影響。F16斷層基巖面附近若干孔的流向如圖5,可以看出,右土壩中已經(jīng)形成了沿F16斷層的集中滲漏通道,該斷層型通道恰好通向右排水管出滲口。4環(huán)境因子分析利用穩(wěn)定環(huán)境同位素可以進(jìn)行補(bǔ)給水源的判別,在紀(jì)村電站取水樣4個(gè),見表1,右無(wú)砂管的δ5右土壩基巖地下水的入滲通道(1)從物理化學(xué)場(chǎng)分析和地下水流速流向和垂向流的動(dòng)力場(chǎng)分析看,防滲墻和鋪蓋的防滲性能總體是好的,但存在局部小的滲漏點(diǎn),分別是樁號(hào)為0+16～0+22的防滲墻部位、0+52的鋪蓋部位、0+78.3的鋪蓋部位和0+96.5的鋪蓋部位。(2)樁號(hào)為0+25部位附近的土壩混凝土斜墻存在雨水入滲現(xiàn)象,同時(shí)在高庫(kù)水位條件下庫(kù)水通過伸縮縫少量入滲補(bǔ)給右無(wú)砂管。(3)右無(wú)砂管排水量由2部分組成:入滲庫(kù)水和右土壩基巖地下水,前者占25.3%,后者占74.7%。占25.3%的入滲庫(kù)水又主要由3部分組成:0+16～0+22的防滲墻滲水、0+52附近的鋪蓋滲水、0+25部位附近通過土