论文导读：在此情况下，1996年底开展了两项渗漏探查和分析工作，即补行工程地质勘察和渗流原型观测。1988年在5+700～6+600坝脚下以厚1.0m、宽20.0m填土压浸，1989年又在5+700～6+600范围进行了垂直铺塑截渗，使下游水位比1+100剖面降低约0.9m，因而1号测压管水位降低了0.32m，说明垂直铺塑的截渗作用是明显的。滨海地区平原水库均质土坝挡水水头虽较低，但由于坝基地层由陆相和海相沉积共同构成，土层性状复杂，坝基防渗仍是要重视的问题，尤其坝基面必须在坝体填筑前予以清理，否则后患无穷。
关键词：滨海平原水库，均质土坝，坝基渗漏，原型观测，垂直铺塑
0. 前言
黄河口附近所建平原水库蓄水深度一般仅3～5m，土坝承受水头很低，但坝基地层由近代河流相和滨海相沉积共同构成，地层复杂多变，浅层埋置贝壳夹砂层，坝基防渗仍是一个需要重视的问题，一旦处理不当，往往渗透破坏现象严重。现以胜利油田孤河水库为例予以说明。
1.工程概况
孤河水库是一座引黄供水的平原水库，地处黄河三角洲入海口附近，距渤海海岸最近距离约15km。渤海1854年海岸线通过库区，1885年黄河河道由苏北改道至利津入海，形成1889年的扇形面，水库正处于其间。
孤河水库设计蓄水位7.5m，死水位5.0m，库区原地面平均高程约4.0m，现建基面高程一般在2.7～4.2m之间，局部最低2.48m，最高4.61m。坝顶高程9.3m，坝顶宽度16.0m。坝体剖面为一复式断面，高程7.0m以下为水力冲填形成，以上为碾压填筑，高程7.0m以上上游面为浆砌块石挡土墙，墙前为宽17.0m土面平台。论文参考网。围坝全长10.48km。典型剖面见图1。
图1 围坝典型断面图
工程1985年6月开工建设，1987年底建成蓄水。土坝填筑是在库区距上游坝脚50m处水力冲挖形成泥浆，泵送至坝内沉积，形成坝体。土坝填筑前未清基。水库投入运行不久，1988年即在桩号5+700～6+000段出现严重渗漏，以后逐渐发展，坝脚下游局部地面隆起，泉眼冒水冒砂，至1996年出现渗透破坏的坝段累计总长约2.0km，间断分布在桩号0+300～2+300、5+700～9+700约6.0km长范围。在此情况下，1996年底开展了两项渗漏探查和分析工作，即补行工程地质勘察和渗流原型观测。
2. 工程地质勘察
孤河水库建设期未进行工程地质勘察，1996年11月补行钻探。钻探由坝顶进行，沿坝全长布置一条勘探线，钻孔间距100m，孔深15m。由钻探得到下列资料。论文参考网。
2.1坝体土性
坝体水力冲填土为重粉质壤土，土体干密度13.5～14.4 kN/m3，塑性指数Ip=12.4，含水量ω=31.9%，孔隙比e=0.881。水平渗透系数4.27×10-5cm/s，满足规范对均质坝土料渗透系数的要求。
2.2 坝基土层分布
在钻探深度范围坝基土层可分为三层，其中②、③层又分亚层，与渗流有关的几个浅层土层特性列于表1。
表1 坝基土层分布表
| 层号 |
岩土名称 |
含水量 % |
孔隙比 e |
渗透系数cm/s |
层厚 m |
层底高程 m |
分布范围 |
| ① |
轻粉质砂壤土 |
30.5 |
0.827 |
1.26×10-4 |
0.3～3.9 |
-0.35～3.95 |
桩号5+545、9+960处缺失 |
| ②-1 |
淤泥质粘土 |
38.8 |
1.072 |
1.05×10-7 |
0.3～2.6 |
-0.15～2.15 |
分布于1+100～3+300、3+460～5+700、6+270～6+480、6+570～7+520 |
| ②-2 |
贝壳夹砂 |
|
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～1×10-3 |
0.3～1.5 |
-0.62～1.49 |
分布于1+100～1+980、2+260～2+760、3+400～3+800、5+600～6+460 |
| ②-3 |
含贝壳轻砂壤土 |
24.2 |
0.713 |
4.62×10-4 |
0.5～1.8 |
-1.85～0.79 |
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| ② |
粉质粘土 |
27.8 |
0.876 |
1.89×10-4 |
0.3～3.7 |
-4.19～-1.95 |
|
| ③ |
重粉质砂壤土 |
26.3 |
0.751 |
1.5×10-4 |
0.5～3.9 |
-0.91～-4.11 |
|
2.3 坝基①层上部含较多腐殖质和植物根系，坝基面存在厚约10cm腐殖质层。
2.4 由表1可见，坝基浅层下卧贝壳夹砂有较强透水性，上部虽有①、②-1层可隔水，但为非连续分布，尤其是上游约50m为筑坝取土区，取土坑最大深度4.5m，已使②-2层与库水通连。
3. 渗流原型观察
1996年10～11月在五个观测剖面埋设了测压管，每剖面布设5根测压管，另在剖面1+100（南坝段）、5+700（北坝段）坝下游各埋设一根观测坝下游水位。测压管典型布置见图1。其中1、5号测点在②-2层，2、4号测点在②-1层，3号测点在坝体坝基接触面。各观测剖面的特征列于表2。
表2 观测剖面特征表
| 剖面桩号 |
坝基面高程,m |
贝壳夹砂层厚度,m |
上覆隔水层 |
下游 水位,m |
备注 |
| 厚度,m |
层底高程,m |
| 1+100 |
3.45 |
0.4 |
3.0 |
0.45 |
3.95 |
坝下为东崔引水渠 |
| 2+400 |
3.99 |
0.5 |
3.0 |
1.99 |
|
|
| 4+400 |
2.98 |
无 |
|
|
|
|
| 5+700 |
3.63 |
0.4 |
2.5 |
1.13 |
3.06 |
已有局部垂直铺塑 |
| 7+800 |
4.53 |
无 |
|
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4.13* |
*地下水位 |
1996年11～12月进行了五次观测，观测期库水位5.08～5.27m，观测的测压管水位分布符合土坝渗流的一般规律。经对观测资料分析，得到下列认识。
(1) 各剖面1、2号测压管水位与库水位变化基本同步，无滞后现象，说明上游坝体透水性较强，这与水力冲填时泥浆由上游向下游流动、粗颗粒先沉积的现象是一致的。
(2) 随各剖面特征不同，测压管水位值有明显差别。以1号测点的测压管水位值比较可见，由高至低依次为剖面7+800、1+100、2+400、5+700和4+400。7+800剖面虽无贝壳夹砂层存在，但坝基面和下游水位最高，因而测值最高；1+100剖面坝基面虽较低但存在贝壳夹砂层、下游水位高，因而测值次高；4+400剖面坝基面最低，但无贝壳夹砂层，测值要低于1+100剖面0.51m。由此可见，贝壳夹砂层和下游水位是影响渗流状态的主要因素。
(3) 剖面2+400、5+700的3号测点的测压管水位与1号测点的几乎相同，明显偏高，可以判断这两个剖面处坝基面接触带存在渗漏通道，与地质钻探结果一致。
(4) 剖面5+700的条件与1+100基本相同，但这里经过防渗处理。1988年在5+700～6+600坝脚下以厚1.0m、宽20.0m填土压浸，1989年又在5+700～6+600范围进行了垂直铺塑截渗，使下游水位比1+100剖面降低约0.9m，因而1号测压管水位降低了0.32m，说明垂直铺塑的截渗作用是明显的。
(5) 根据1+100剖面的测压管水位，可以得到下游渗流出口水力坡降约0.25。
4.渗漏原因分析和防渗处理措施
根据工程地质勘察和渗流原型观测成果的分析，孤河水库围坝部分坝段渗透破坏的主要原因为：
(1)坝基浅层存在透水性较强的贝壳夹砂层，其上虽有粘土层隔水覆盖，但粘土层已遭人为破坏，使贝壳夹砂层在库底开口，恶化了渗流状态。
(2)渗流原型观测说明坝基面腐殖质层已形成渗漏通道。论文参考网。
(3)经模拟库水位7.20m时坝下出现渗透破坏的渗流有限元计算得到，坝下游表层土的临界水力坡降小于0.37，则允许水力坡降应小于0.185。
基于上述分析可以认为，孤河水库围坝为保证渗流安全，应作截渗处理。考虑到垂直铺塑已在本工程局部使用，且原型观测证实其效果，因此决定仍以垂直铺塑作为截渗措施，塑膜底高程应伸入④层粉质粘土层1.0m以上。
1997年对孤河水库围坝全长在挡土墙上游面以上约6.0m处实施垂直铺塑。此后水库运行良好，未再出现渗流异常现象。
5. 结论
滨海地区平原水库均质土坝挡水水头虽较低，但由于坝基地层由陆相和海相沉积共同构成，土层性状复杂，坝基防渗仍是要重视的问题，尤其坝基面必须在坝体填筑前予以清理，否则后患无穷。
鉴于土坝挡水水头低，浅层存在强透水层时，利用垂直铺设塑膜截渗是一种技术可靠、经济合理的防渗措施。
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