【摘　要】瀑河水库自建库以来，多次发生坝基渗漏、坝后管涌和下游沼泽化等渗流破坏现象。通过对工程地质的分析，提出引起坝基渗流破坏的几处
薄弱地带。经过渗流稳定理论计算，预测在高库水位条件下主副坝均存在渗流破坏的可能性。 为消除大坝可能出现的渗流稳定安全隐患，建议在坝前增
设土工膜水平防渗；在主坝段增设坝后贴坡排水。
【关键词】瀑河水库；渗流分析；处理措施
中国分类号：TV697.3             文献标识码：B
1  工程概况
    瀑河水库地处海河流域大清河系瀑河的中游，控制流域面积263km2，1958年兴建,是一座以防洪、灌溉为主综合利用的中型水库。水库自建成以来经
历过1963年大水时副坝扒口分洪、1964年水毁工程修复、1973年溢洪道衬砌和1977年大坝戴帽加高,现状总库容0.975亿m3，正常蓄水位41.0m，设计洪水
位46.03m。
    水库枢纽由主坝、副坝、右岸溢洪道和右岸输水洞4个建筑物组成。建筑物等级Ⅲ级，水库大坝防洪标准100年一遇设计，2000年一遇校核。
    主、副坝都是均质土坝，坝线总长5843.0m，其中0+000～0+200为主坝，横跨主河床及一级阶地， 坝顶高程49.5m， 最大坝高21.0m；0+200～5+843
为副坝，座落于河道左岸二级阶地上，阶面开阔，坡降平缓，地面高程自南向北由41.5m渐升至47.5m，坝上游侧二级阶地遭人为破坏较严重。副坝沿坝线
有数条近东西向的较大冲沟与之横穿，冲沟宽度20～50m，沟坎陡立，坎高3～5m。左右坝肩基岩裸露,呈剥蚀残丘状，左坝肩丘顶高程102m，右坝肩丘顶
高程142.6m。溢洪道建于右坝头基岩上，并与主坝相接。
2  工程存在的主要问题
    长期以来，瀑河水库由于主、副坝坝基渗漏严重，致使工程不能正常发挥效益。1973年10月～1974年3月关闸蓄水期间，库水位由39.4m降至36.0m，
总渗透量达1300万m3，占总蓄水量的71%。
    在坝基渗漏的同时，坝后曾多次伴随出现管涌、流砂和大面积沼泽化现象。1960年6月，当库水位达到40.0m时主坝后发生管涌,河滩出现涌泉，位于
下游3km处的户本、南城村一带出现大范围沼泽化， 井水外流，部分村民住房地面渗水。1963年8月8日，当库水位达到45.18m时桩号1+050坝后反滤沟出
现管涌13处，冒出带砂的浑水。
    1977年8月27日，当库水位达到40.38m时在坝后反滤沟始端，即桩号0+406，距坝轴58.75m,高程33.83m处发生管涌。为保证大坝安全，不得不采取应
急弃水降低库水位的措施。1个月之后当库水位上升到40.38m时，上述位置再次出现管涌。1978～1979年为了渡汛的安全，曾用反滤料对管涌部位进行临
时处理，将反滤沟改为盲沟。 从1979年8月20日～12月10日的4个月内，库水位保持在40.13～40.4m之间， 坝后未再发生管涌， 但坝后地下水位明显升
高，最高水位达38.56m，并与上游库水位几乎同步变化。种种迹象表明,大坝存在严重的渗流破坏隐患。
    2000年12月，经河北省水利厅组织的专家小组鉴定，确认瀑河水库属于重点病险库,其大坝应列入3类坝,建议抓紧时间立项进行除险加固。
3  坝基渗漏、坝后管涌和下游沼泽化原因分析
    ⑴ 桩号0+100～0+380段河床砂卵石与下部卵砾石层连通，下部卵砾石层不仅厚度大，而且分布在库区、坝基和库外的广大范围内，形成库内外连通
的良好渗漏通道；
    ⑵ 桩号2+080～3+220段表层黄土状壤土中所夹粗砂层，层厚4～6m，埋深3～11m，顶扳高程32～39.5m，与河漫滩卵砾石层相通，库内外亦连通。该
砂层遇枯水年无水，当库水位上升时即成为集中渗漏段；
    ⑶ 桩号4+200～5+700段砂卵石层埋深2～10m，顶扳高程34.6～44.0m,与河漫滩卵砾石层相通,库内外亦连通。该层厚度大，且与4+200段以前的深层
砂卵石层为一层。库水位一旦上升，将成为集中渗漏带，其渗漏量远比上一段大；
    ⑷范村（旧址）以北地表以下6～7m，广泛分布有粗砂层透镜体，回水淹没后易形成水平渗漏。1985年勘探时，在桩号0+500～0+800段发现埋深8.0
m，厚0.8m的透水砂带。按其走向和高程分布此砂带从坝前一直延伸到坝后，副坝坝后管涌与该透水砂带有关；
    ⑸ 桩号0+100～4+200段深层砂卵石层埋深9～26m，顶扳高程17～44m。虽然埋深较大,但其上覆的黄土状壤土夹有透水性较好的砂卵石透镜体。库水
通过透镜体仍可补给深部砂卵石层。在地势低洼地带，尤其是冲沟部位黄土状壤土很薄，也会形成渗流通道。
    总之，瀑河水库坝基渗漏的主要原因是坝基存在厚度较大、具强透水性的砂卵石层，且分布连续广泛,并与库区河床砂卵石层相通。根据工程地质报
告，主、副坝坝基上部复盖层为黄土状壤土和砂卵石层，局部夹砂层。砂卵石层厚度15~47.0m，平均渗透系数2.2×10-1cm/s。坝基底部基岩为白云岩，
有溶蚀现象，最大埋深83.6m，不排除透水砂卵石层与基岩破碎岩溶相连通的情况。
    库区河床靠上游段淤积土层较薄，局部卵石出露；左岸二级阶地坎下局部出露砂层或掩盖砂层的土体较薄；坝前天然铺盖厚度不均,具中等透水性，
存在较大范围的垂直入渗条件。库水垂直入渗后通过砂卵石层向库外排泄，致使坝基出现严重渗漏。
    同时，由于渗流通道的存在，使上下游水位几乎同步升降。当库水位较高时因入渗坡降削减水头的作用相当微弱,大部分水头通过砂卵石层直接作用
在库区外较薄的壤土层上，导致该部位渗透坡降大于其允许出逸坡降,从而发生管涌；并在下游远处透水层埋深较浅的区域出现沼泽化现象。
4  大坝渗流稳定计算
    为了预测高库水位时的坝体、坝基渗流稳定安全情况,选择主坝0+193和副坝的1+749.1、2+240三个典型断面进行了渗流计算。 主坝断面按坝前铺盖
长150m，厚度2～4m；副坝冲沟断面坝前铺盖长50m,厚度1～1.5m计算。地基土层分类参照1958年、 1978年和1998年勘探绘出的地质剖面确定。各土层渗
透系数在历次渗流试验成果基础上，对照坝基测压管实测资料反算结果进行修正得出，具体采用数值见表1。
                                                   表1   计算断面各土层渗透系数表

根据规范取最高校核洪水位47.1m、500年一遇洪水位46.03m和设计洪水位44.8m。为了和预测工况进行对比，同时引入有实测资料的历史最高蓄水位40.38
m和常遇蓄水位37.1m。预测工况的下游水位， 根据坝后测压管实测水位和库水位回归分析， 0+193断面采用34.0m；1+749.1断面采用39.5m；2+240断面采
用34.9m。实测工况最高蓄水位40.38m时的坝后测压管水位0+193为34.0m；1+749.1为38.5m；2+240为34.9m。实测工况常遇蓄水位37.1m时0+193断面坝后测
压管水位为32.5m。
    采用DQB土石坝二元稳定或非稳定渗流计算程序。二元稳定渗流计算模型主要是利用有限元方法求解拉普拉斯方程，其边界条件为上下游水位以下的入
渗面、出流面和渗流自由面。
    通过渗流计算可得到下游坝坡浸润线出逸点高程和坝后土层渗流比降，借助于前者可判断坝体的渗流安全状况， 借助于后者可判断坝基渗流的安全状
况。计算结果见表2、表3和表4。
    由表2～表4坝体渗流计算结果看，惟1+749.1 断面在库水位47.1 m、46.03 m和44.08m时的坝体浸润线出逸点高于坝脚地面高程，预示该坝段存在坝体
渗流破坏的可能性较大；其它两个断面在上述库水位时的渗流出逸点都低于坡脚地面高程， 预示该坝段出现坝体渗流破坏的可能性较小。
                                            表2      主坝0+193断面渗透计算成果表
                           

 注：0+193断面坝后地表为壤土，地面高程为34.0m。
                                            表3      副坝1+749.1断面渗透计算成果表

注：1+749.1断面坝后地表为壤土，地面高程为39.5m。
                                            表4     副坝2+240断面渗透计算成果表

注：2+240断面坝后地表为壤土，地面高程为34.9m。
    根据规范，土坝的允许水力坡降当无实验资料时按经验取值。无粘性土在发生管涌时的允许水力坡降，若级配连续为0.15～0.2；不连续为0.1～0.2。
本工程若按0.2取值，则由表2～表4坝基渗透计算结果可以看出，主坝0+193和副坝2+240断面坝基的渗透坡降较大，不满足规范要求，存在发生管涌的可能
性。

5  加固处理措施
    针对水库地形地质条件和坝基渗漏的特点，进行了坝前土工膜水平防渗、壤土水平防渗和垂直防渗3个方案比较。土工膜水平防渗方案，防渗效果好，
投资最少，不减小库容，但工程管理要求较高。 壤土水平防渗方案，防渗效果不如土工膜方案，投资较多，减小库容。垂直防渗方案，防渗效果最好，但
投资多，施工难度很大。经综合比较，推荐采用土工膜水平防渗方案。
    水库水平防渗的目的是要最大限度地减小坝基渗漏量和坝后砂层、卵砾石层的渗透坡降。 防渗重点应放在库区上游段现代河床和二级阶地以下砂层出
露或覆盖较薄地段，其它部位要视天然铺盖的分布厚度确定。根据坝基渗流稳定分析， 当库区天然铺盖厚度小于3.0m时渗漏将加剧；大于3.0m时渗漏量会
明显减小。因此水平防渗范围为天然铺盖厚度小于3.0m的部位， 这些部位主要分布在现代河床及其两侧二级阶地边缘地带。
    对于坝体和坝基可能存在渗流破坏的坝段，为保证大坝安全在坝高较大的主坝段增建坝脚贴坡排水，以排除坝坡和浅层坝基的渗水。
6  结  语
    （1）瀑河水库自1958年建库以来，多次发生坝基渗漏、坝后管涌和下游沼泽化等渗流破坏现象。
    （2）渗流破坏的原因主要是坝基存在厚度较大、具强透水性的砂卵石层，且分布连续广泛，并与库区河床砂卵石层相通。
    （3）通过大坝渗流稳定计算表明，在高库水位条件下主坝浸润线出逸点高程高于坝脚地面高程，存在渗流破坏的可能；主副坝坝后渗透比降大于地表
土层的允许坡降，也存在渗流破坏的可能。
    （4）针对大坝存在的渗流稳定安全隐患，建议采用“上堵下排”加固处理措施。所谓“上堵”是指在坝前增设土工布膜水平防渗层；“下排”是指在
可能存在渗流破坏的主坝段增设坝脚贴坡排水。