藤子沟电站大坝左岸绕坝渗流原因分析

屈大海

重庆渝能 (集团 )有限责任公司 重庆 400020

摘 要：藤子沟电站自建成以来在大坝左岸下游边坡发现渗水点，且渗漏量随着库水水位变化较为敏感。通过分析地质资料、监测数据，现场进行钻探、压水试验、示踪试验、钻孔全景成像等手段，对砂、泥岩这类软弱相间的地层，总结了其水文特点，查明了渗漏原因及形成机制，为类似工程提供了经验。

关键词：藤子沟电站；砂岩；水库渗漏；成因机制

Analysis of seepage on the left bank of Tengzigou Hydropower Station

QU Dahai

（Chongqing Yuneng Group Co.，Ltd，Chongqing 400020，China ）

Abstract: Since the completion of Tengzigou Hydropower Station, seepage points have been found on the left bank downstream of the dam, and the amount of seepage is sensitive to the change of reservoir water level. By analyzing geological data and monitoring data, drilling, water pressure test, tracer test and borehole panoramic imaging on site, the hydrological characteristics of weak strata such as sand and mudstone are summarized, and the causes and formation mechanism of leakage are found out, which provides experience for similar projects.

Key words: Tengzigou Hydropower Station; Sandstone; Reservoir seepage; Formation mechanism

1. 前 言

藤子沟水电厂位于重庆市石柱县境内龙河上游河段，以发电为主，兼顾水产养殖等综合利用。工程由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水系统和厂区系统组成。总装机容量70MW，年发电量1.92×10⁸kwh。大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程777.00m，建基高程660.00m，基本最大坝高124m，正常蓄水位和校核洪水位分别为775.00m和776.72m。工程建设于2003年11月开工，2002年12月28日截流，2005年3月25日下闸蓄水，同年5月电厂两台机组全部投产发电，2005年8月竣工。

大坝建成蓄水后就发现左岸坝后边坡有渗漏点，主要分布在水垫塘护坡及以上部位边坡，分布高程698～692m，渗水清澈，沿干砌石缝内多处渗出，呈股状、片状。日常现场巡视检查发现，水库蓄水位在730m以上运行时，左岸坝肩下游边坡渗水量随库水位变化较敏感。

2. 基本地质条件

2.1 地形地貌

大坝左岸777m以上为斜坡地形，坡度在10～15°。水库区内水位消落区域边坡自然坡度陡峻，在70～80°，拱肩槽区域边坡开挖坡比1:0.3。坝后抗力体部位高程777m~754m为一斜坡，坡度约12°，高程754m以下为左岸抗滑置换体。水垫塘边坡高程777m～710m边坡陡峻，坡度约70°，基岩裸露，生长零星杂草和灌木；710m～685m为一斜坡，坡度约25°，其中706m～690m以下为干砌石护坡；高程685m以下为水垫塘开挖边坡，坡度约50°，已进行混凝土贴坡。

2.2 地层岩性

岸出露地层为侏罗系中统上沙溪庙组(J₂s)上亚组6、7层，自上而下分别为侏罗系中统J₂s⁷⁽⁵⁾、J₂s⁷⁽³⁾、J₂s⁷⁽¹⁾灰白色中厚层长石石英砂岩和J₂s⁷⁽⁴⁾、J₂s⁷⁽²⁾、J₂s⁶紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩组成，各层位分布见图1。

图1 藤子沟电站左岸地层分布示意图

2.3 地质构造

坝址区位于石柱向斜南东翼，属单斜地层，断裂构造不发育，规模小。岩层产状N15°～ 35°E，NW∠10°～15°。主要发育3组节理，①N10°～35°E，NW∠75°～88°、②N10°～30°W，SW∠70°～85°、③N50°～75°W，NE/SW∠78°～85°，面多较平直、粗糙，延伸长度多为5～15m，间距一般0.5m～1.0m，2.0m～3.0m，多微张1mm～2mm，充填岩屑和少量泥。J

_2S⁷⁽³⁾层内发育长大裂隙，其裂隙连通率高达95%～100%，走向与拱坝轴线近直交，向拱坝基槽两侧方向延伸数米至十数米。

软弱夹层是长石石英砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质泥岩在层间剪切作用下形成的层间错动带（或构造带）。 主要由片状岩和岩块、泥化带等组成，软弱夹层产状与岩层产状基本一致。J_2S⁷⁽⁴⁾、J_2S⁷⁽²⁾层顶底板和J_2S⁷⁽³⁾层中分别分布有软弱夹层RJ₅、RJ_5-1、RJ₁、RJ_1-1和RJ₄、RJ₂、RJ₆、RJ₁₄、RJ₁₅。

2.4 水文地质

左岸长石石英砂岩、粉砂质泥岩呈层状分布，其中粉砂质泥岩类岩层为相对隔水层，长石石英砂岩为相对含水层，两者之间水力联系弱，亦即具有多层含水特点。在高程710m处地质调查时能在碎石土下部听到水流声，在高程698～692m干砌石护坡上可见多处股状、片状流水，水流清澈，渗漏点流水汇合后最大总流量可达25L/s。

钻孔揭露的地下水位在不同岩层具有不同的高程，亦具有分层特点，根据水位观测数据，稳定水位多在泥岩类岩体附近，岩体内存在两层水位，在靠近岸坡附近由于岩体卸荷作用，上层地下水下渗至下层水位处，见图2。

图2 左岸地下水位线示意图

2.5 岩体风化卸荷

坝址区岩石靠近地表部位的泥岩类岩体表现为由表及里的整体均匀风化，风化特征是岩石碎裂及球状脱落。长石石英砂岩类岩石抗风化能力强，无全、强风化，弱风化主要沿裂隙面、层面等结构面风化，风化特征是沿裂隙面附近岩石变色、碎裂、锈染及充填泥屑。弱风化带下限深度一般为10～15m，沿水平方向陡崖处一般为10～15m，局部达40m。

由于山区河谷下切较深，岩层为软硬相间岩层，且走向又近平行河流近倾向右岸，并发育多条平行于岩层层面的软弱夹层，同时岩体中发育有走向NNE～NE和NWW 向陡倾角结构面，纵向切割岸坡岩体，从垂直方向上平行切割岸坡，从空间上形成了岸坡岩体卸荷及重力作用下，岩体产生剪切与张拉，岸坡岩体发生较强的卸荷变形现象，多沿NNE和NWW这两组结构面发生和发展。由此坝址左岸岸坡岩体卸荷呈“台阶式”的卸荷变形型式。

3. 渗漏原因分析

3.1 原有渗控系统

大坝渗控工程由主副防渗灌浆帷幕和排水幕及水垫塘排水系统组成。主帷幕孔深入到q≤1Lu岩体，副帷幕孔深为相应主帷幕孔深的50％，主副帷幕孔距2.0m，高程743m以上只设单排帷幕，高程743m以下为双排帷幕。左岸向坝肩山体延伸110m。左岸防渗帷幕示意见图3。

图3 藤子沟大坝帷幕示意图

3.2 监测数据分析

自2018年3月3日至2021年3月10日，水库水位在772.10m～728.20m之间变化，左岸边坡渗漏量（含降雨量）在25.91～0.01L/s之间，渗漏量与库水水位联动变化，曲线见图4。

从表1可以看出，库水位低于755m时，左岸边坡渗漏量均值小于1L/s；水库水位处于750～730m时，渗漏量变化不大，均值在0.22～0.36L/s之间，当水库水位小于730m时，渗漏量较小，在0.42～0.13L/s。

图4 大坝左岸边坡渗漏量变化时程曲线图

表1 左岸边坡渗漏量统计表

水库水位（m）		>770	770～765	765～760	760～755	755～750	750～745	745～740	740～735	735～730	<730
渗漏量（L/s）	最大值	25.91	25.91	21.47	8.75	1.81	1.53	1.81	0.80	1.81	0.42
	最小值	21.98	9.63	2.86	1.19	0.13	0.03	0.01	0.09	0.09	0.13
	平均值	24.89	16.53	9.91	3.37	0.63	0.32	0.36	0.22	0.35	0.21

3.3 主要渗漏通道

J₂s⁷⁽⁵⁾、J₂s⁷⁽³⁾、J₂s⁷⁽¹⁾为灰白色长石石英砂岩，呈厚层～巨厚层状，岩体内裂隙以陡倾角为主，靠近岸坡区域局部裂隙较为发育，且以陡倾角裂隙为主，构成网络裂隙式水文地质结构，岩体透水性受节理（裂隙）控制明显。

J₂s⁷⁽⁴⁾、J₂s⁷⁽²⁾为紫红色粉砂质泥岩，呈薄层状。岩体内陡倾裂隙不发育，以层面裂隙为主，透水性弱，属相对隔水层，构成了层状水文地质结构。

左岸岩体为顺坡向缓倾上游的层状岩体，岩性为砂岩类和泥岩类两种岩类构成。砂岩类岩体内发育以70°～85°陡倾角为主的裂隙，靠近岸坡风化卸荷岩体内构成网络裂隙状渗漏通道。粉砂质泥岩类岩体内陡倾角裂隙不发育，主要以缓倾角顺层面的裂隙为主，近水平方向沿缓倾角裂隙和软弱夹层具有透水性，主要渗漏通道为缓倾角裂隙。

当钻孔压水试验大于5Lu的试段内进行示踪试验，试验表明钻孔BK01处岩体与下游渗水点、左岸723排水平洞间有水力联系，帷幕上游钻孔BK05孔深30～35m处高程750.69～745.09m与下游侧钻孔BK01之间联通，表明水流穿透了帷幕。

3.4 渗漏成因机制

左岸边坡岩石主要为长石石英砂岩和粉砂质泥岩，完整岩体的透水率均小于1Lu，属于隔水层。岩体透水率大的部位均不同程度的发育裂隙，正是由于裂隙的发育，造成了岩体的透水性增大。NNE和NWW这两组陡倾裂隙以及顺层的缓倾角裂隙构成了网状透水通道，不同厚度的泥岩岩层构成了相对隔水层，使得地下水沿近水平方向形成了脉状式的通道。

示踪试验表明帷幕上、下游存在联通，压水试验表明钻孔BK01、BK04两处已有灌浆部位的岩体透水率依然较大，这些均表明已有的防渗帷幕未能有效阻挡库水向下游渗漏。图4渗漏量与库水水位变化曲线图，证明渗漏量与水库库水之间存在明显的相关性。在原帷幕深度以下，依然存在透水率大于3Lu的中等透水和弱透水岩体，在电站长时间的运行过程中，已有的裂隙随着水位升降渗透压力的变化，加之卸荷作用等，裂隙会缓慢张开，可能形成新的渗漏通道。

因此，本次水库渗漏的成因为水库库水沿NNE和NWW两组裂隙穿透坝基防渗帷幕或沿防渗帷幕以下一定深度，沿裂隙运移渗至J₂s⁷⁽³⁾和J₂s⁷⁽²⁾交界处RJ₁渗出，最后流入水垫塘。

4. 处理措施建议

为确保左岸坝肩边坡防渗加强处理后具有良好的防渗性能，有效控制渗流量和渗透梯度，防止绕坝渗流对坝肩边坡的抗滑稳定产生不利影响，同时防渗结构自身应具有长期的安全可靠性和耐久性，满足工程长期运行的要求，需对存在渗漏的部位进行防渗处理。

大坝下游渗水点出露范围对应的坝段在16#～18#坝段，根据坝基扬压力和置换体渗压计等监测数据，渗水极可能来自于16#坝段~18#坝段及左岸边坡部位，由于16#坝段已有主、副帷幕，17#、18#坝段仅有一道主帷幕，建议自17#坝段开始向左岸山体部位进行帷幕补强。

根据地下水和压水试验成果，BK02至BK03之间地下水位高于正常蓄水位775m，且高程775m以下岩体多呈微透水；BK06钻孔水位约771m，高程755m和孔底均分布有大于10Lu的中等透水岩体，故水平方向上自17#坝段至BK06处进行帷幕灌浆补强处理。

渗漏主要沿裂隙渗水，由于裂隙发育的随机性，原帷幕以下的岩体内亦存在透水率大于3Lu的岩体，且深度至软弱夹层RJ₁、RJ_1-1处，因此建议帷幕深度深入RJ_1-1，灌浆范围见图5。

图5 建议帷幕灌浆补强范围示意图

5. 结 语

(1) 左岸山体受层状粉砂质泥岩相对隔水层影响，存在多层潜水面，受裂隙渗流、排泄影响，地下水位潜水面分布在泥岩类岩体部位。

(2) 库水位与渗漏量关系曲线表明，库水位与渗漏量呈近似线性关系，水库最大渗漏量为25.91L/s(库水位772m)，水库水位小于730m时，渗漏量小于0.42L/s。

(3) 水库渗漏通道主要以砂岩类岩体内层面裂隙和陡倾角裂隙为主，岩体透水性亦受裂隙控制。

(4) 针对层状砂、泥岩地层这类软硬相间的岩体，除关注边坡稳定问题外，砂岩类岩体的渗漏问题同样需要重视。

参考文献

[1] 藤子沟电站大坝左岸防渗处理工程地质勘察报告[R].杭州:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,2021.

[2] 水力发电工程地质勘察规范（GB 50287-2016）[S]. 2016.

[3] 水力发电工程地质手册[M]. 中国水利水电出版社, 彭土标, 2011.

作者简介：屈大海(1982- )，男，重庆渝北，本科，高级工程师，从事水利水电工程技术工作。

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