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        對(duì)榆林市榆陽(yáng)區(qū)尤家峁水庫(kù)大壩滲透破壞的思考

        2012-04-14 10:40:47高玲霞
        陜西水利 2012年6期
        關(guān)鍵詞:出點(diǎn)沙壩沖溝

        高玲霞

        (榆林市榆陽(yáng)區(qū)尤家峁水庫(kù)管理處 陜西 榆林 719000)

        1 工程概況

        尤家峁水庫(kù)為水力沖填(即水拉沙)均質(zhì)沙壩,水庫(kù)投入運(yùn)行一年后就開(kāi)始顯現(xiàn)大壩滲流破壞問(wèn)題。因此,開(kāi)展尤家峁水庫(kù)大壩滲透破壞方面的監(jiān)測(cè)和研究,對(duì)水庫(kù)安全運(yùn)行管理具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        尤家峁水庫(kù)位于榆林市榆陽(yáng)區(qū)榆陽(yáng)鎮(zhèn)尤家峁村,壩址地處無(wú)定河一級(jí)支流榆溪河右岸支流沙河下游。1988年10月竣工投運(yùn),2003年3月至2004年8月進(jìn)行了水庫(kù)除險(xiǎn)加固。水庫(kù)總庫(kù)容1584萬(wàn)m3,壩高29m,壩頂高程1099m,正常蓄水位1094.25m,死水位1082m。

        水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程在主壩壩前1097m高程處實(shí)施了高壓擺噴防滲幕墻,但未深入左壩肩和主副壩間,也未至不透水層。原壩下棱式反濾體頂高程1076.8m,除險(xiǎn)加固時(shí)增設(shè)了貼坡式反濾層,頂高程1080.0m。

        水庫(kù)蓄水后因壩體滲流破壞問(wèn)題,多年來(lái)一直處于限制水位運(yùn)行。水庫(kù)僅在2007年達(dá)到最高蓄水位1094.2m。水庫(kù)每年為下游農(nóng)灌補(bǔ)水及城市供水600萬(wàn)m3~800萬(wàn)m3。

        2 大壩滲透破壞的形成與發(fā)展

        尤家峁水庫(kù)蓄水運(yùn)行初期,不含壩基的滲流量約0.11m3/s。庫(kù)水位在1086.0m以下運(yùn)行時(shí),反濾體排水暗管出水正常,但反濾體以上壩坡及左右壩肩結(jié)合部位出現(xiàn)小范圍潮濕現(xiàn)象。隨著庫(kù)水位升高,潮濕部位呈現(xiàn)散浸狀,并形成多條細(xì)小滲流沖溝。1990年庫(kù)水位達(dá)1089.0m時(shí),10余處沖溝有明顯的集中翻砂冒水現(xiàn)象,左、右壩肩結(jié)合部位首先出現(xiàn)滲流帶沙破壞情況。

        1992年,兩壩肩結(jié)合部位和大壩背水坡3處滲流破壞較為嚴(yán)重,尤以左壩肩結(jié)合部位最為嚴(yán)重,沖溝長(zhǎng)達(dá)15m,當(dāng)時(shí)對(duì)兩壩肩結(jié)合部位滲流沖溝采取了碎石子反濾導(dǎo)滲措施。1998年庫(kù)水位至1090.0時(shí),左、右壩肩結(jié)合部位滲流沖溝分別長(zhǎng)達(dá)30m和20m,原碎石反濾料全部被沖溝流沙淤埋,完全失去了反濾導(dǎo)滲作用。同時(shí)大壩背水坡又有3處滲流沖溝發(fā)展較快,沖溝長(zhǎng)達(dá)10m。同年對(duì)所有滲流沖溝進(jìn)行了回填處理,采取柳樁柴草圍堰反濾排水,最初幾年運(yùn)行效果較好。對(duì)左壩坡一集中滲流逸出處,采取反濾圍井導(dǎo)滲,效果較好。

        水庫(kù)除險(xiǎn)加固前庫(kù)水位最高達(dá)1092.0m時(shí),壩下滲流量約0.3m3/s,左壩肩滲流量約0.15m3/s,是右壩肩滲流量的2倍多。左壩肩壩坡結(jié)合處滑塌面滲流逸出點(diǎn)高程達(dá)1087.0m,右壩肩滑塌面逸出點(diǎn)高程1085.5m,壩坡逸出點(diǎn)高程1082.0m。因滲水不斷沖蝕壩坡,加之壩面雨水沖刷破壞,致各處沖溝問(wèn)題更加嚴(yán)重。2003年春末,左壩肩結(jié)合部位最大滲流沖溝長(zhǎng)達(dá)80m。

        2004年水庫(kù)除險(xiǎn)加固后,壩體浸潤(rùn)線整體降低。庫(kù)水位1092.9m時(shí),滲流逸出點(diǎn)在反濾體頂高程1080.0m以?xún)?nèi),原壩體滲透破壞問(wèn)題得到了有效解決。

        2007年春,庫(kù)水位升高至1094.2m時(shí),兩壩肩結(jié)合部位及壩坡未發(fā)現(xiàn)新的滲流破壞情況。但大壩右段主、副壩之間壩下坡體1081.0m高程處出現(xiàn)滲流破壞,次年形成長(zhǎng)15m的沖溝,對(duì)該沖溝采取鋪設(shè)反濾導(dǎo)滲管措施處理,時(shí)至今日,該處滲流破壞隱患仍未消除。

        3 大壩滲透破壞問(wèn)題的分析

        (1)尤家峁水庫(kù)大壩滲透破壞從表象來(lái)看,主要有大壩接觸滲透破壞、壩體滲透破壞和壩下滲透破壞三種,尚未發(fā)現(xiàn)壩基及繞壩滲透破壞等情況。水庫(kù)投入運(yùn)行以來(lái),在主壩兩壩肩結(jié)合部位、大壩背水坡、主壩右壩肩壩下均有滲流破壞現(xiàn)象,尤以?xún)蓧渭缃Y(jié)合部位接觸滲流破壞明顯且發(fā)展迅速?,F(xiàn)狀水庫(kù)主副壩之間壩下坡體滲流破壞是在水庫(kù)尚未達(dá)到正常蓄水位情況下發(fā)生的,迄今水庫(kù)仍未高水位蓄水運(yùn)行,因此,對(duì)尤家峁水庫(kù)的滲透破壞問(wèn)題必須予以高度關(guān)注。

        (2)初步判斷尤家峁水庫(kù)大壩壩體及壩下滲透破壞的類(lèi)型為管涌,而非流土。根據(jù)壩體土樣試驗(yàn)成果,壩體孔隙中細(xì)粒含量很少,最大為11.6%,幾乎沒(méi)有粘粒,不具備流土破壞的土類(lèi)條件,但只要有較小的水力坡降,就易發(fā)生管涌破壞;由壩背坡及壩下滲流逸出點(diǎn)翻沙冒水現(xiàn)象看,也具備管涌的表象特征。壩體土的比重平均值為2.65,孔隙比為0.66,安全系數(shù)取2.5,允許水力坡降為0.39,大壩背水坡實(shí)際水力坡降最大為0.17,遠(yuǎn)小于允許值,因此,壩體不會(huì)發(fā)生流土破壞。

        (3)尤家峁水庫(kù)滲流逸出點(diǎn)高,是導(dǎo)致大壩背水坡滲透破壞的主要原因。分析滲流逸出點(diǎn)高的原因一是大壩建在原尤家峁?。?)型水庫(kù)庫(kù)中,壩下原水庫(kù)一直未拆除并蓄水運(yùn)行,導(dǎo)致反濾體滲流出水通道不暢。二是原管帶式排水暗管可能失效,導(dǎo)致滲流逸出點(diǎn)高出反濾體2m以上。

        (4)滲流量大小是影響大壩滲透破壞程度的直接原因。土樣試驗(yàn)結(jié)果表明筑壩土料為不良級(jí)配砂。背水坡左壩肩水平滲透系數(shù)最大為5.04×10-3~5.67×10-3,右壩肩水平滲透系數(shù)5.14×10-3~5.44×10-3,壩中水平滲透系數(shù)最小為 4.92×10-4~5.43×10-4,壩體滲流破壞程度與大壩滲透系數(shù)值及其實(shí)際觀測(cè)滲流量大小的趨勢(shì)是一致的。地質(zhì)資料表明,大壩左岸風(fēng)積沙層較右岸薄,左岸壩肩基本接近不透水層,易于在原風(fēng)積沙與不透水層間形成較暢的滲流通道并集中在壩肩結(jié)合部位逸出,因此,左壩肩較之右壩肩結(jié)合部位滲流破壞要嚴(yán)重很多。兩壩肩填筑施工時(shí),只進(jìn)行了簡(jiǎn)單清坡,未作防滲處理,其滲流量高于壩體填筑土,更易在壩肩結(jié)合部位發(fā)生滲流破壞。

        (5)大壩背水坡原無(wú)排水設(shè)施,汛期強(qiáng)降水加劇了大壩滲流沖溝的破壞,致使壩坡破壞更加嚴(yán)重。

        (6)水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí),防滲墻和反濾體均未深入副壩。主副壩之間的壩下坡體滲流破壞應(yīng)與繞墻滲流以及壩后未作反濾有關(guān),但有待進(jìn)一步觀測(cè)分析判定。

        4 滲透破壞應(yīng)對(duì)措施

        (1)設(shè)計(jì)單位應(yīng)開(kāi)展均質(zhì)沙壩滲透破壞方面的研究。一是建立均質(zhì)沙壩試驗(yàn)?zāi)P?,開(kāi)展不同滲流系數(shù)沙壩、不同水位、不同大壩寬度及大壩內(nèi)外坡比情況下的滲透破壞試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)上應(yīng)做到設(shè)計(jì)滲流計(jì)算指標(biāo)選擇和大壩特性指標(biāo)確定更加符合實(shí)際,反濾體布設(shè)的位置以及反濾型式的選擇和重點(diǎn)部位防護(hù)措施更加科學(xué)合理。二是建立尤家峁水庫(kù)試驗(yàn)?zāi)P停瑥脑O(shè)計(jì)角度查明尤家峁水庫(kù)滲透破壞的發(fā)展趨勢(shì),開(kāi)展和評(píng)估水庫(kù)高水位運(yùn)行情況下可能發(fā)生滲透破壞的區(qū)域、程度和影響,針對(duì)性的提出應(yīng)急搶護(hù)措施和永久工程處理措施。

        (2)施工單位應(yīng)開(kāi)展均質(zhì)沙壩施工質(zhì)量控制方面的研究。水拉沙是榆林市乃至西北沙漠地區(qū)水墜壩主要筑壩方法之一,施工單位應(yīng)研究總結(jié)水拉沙筑壩沖填速度、沖填強(qiáng)度、壩面分畦、壩面機(jī)械作業(yè)、土場(chǎng)選擇等對(duì)大壩填筑質(zhì)量的影響,特別是大壩壩肩結(jié)合部位要充分滿(mǎn)足設(shè)計(jì)壩體填筑指標(biāo)要求,確保施工質(zhì)量。

        (3)管理單位要高度重視水庫(kù)滲流破壞問(wèn)題,切實(shí)加強(qiáng)管理,主動(dòng)預(yù)防,全力搶險(xiǎn)。一是要嚴(yán)格按照水庫(kù)設(shè)計(jì)工況運(yùn)行管理,嚴(yán)禁水庫(kù)壩下原小型水庫(kù)蓄水運(yùn)行,或堅(jiān)決予以拆除,避免發(fā)生阻滯水庫(kù)反濾體正常排水、抬高大壩滲流逸出點(diǎn)情況。二是要切實(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)管理,及時(shí)整編監(jiān)測(cè)成果。要落實(shí)專(zhuān)人加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)壩下已發(fā)生和易發(fā)生滲流破壞地段的監(jiān)測(cè),特別要加強(qiáng)高水位運(yùn)行情況下全壩段及大壩周邊滲流溢出區(qū)域的監(jiān)測(cè)檢查,詳細(xì)記錄滲流破壞發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。同時(shí)要充分利用大壩監(jiān)測(cè)設(shè)施,開(kāi)展大壩浸潤(rùn)線觀測(cè),應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要決定是否增設(shè)水庫(kù)測(cè)壓管,以獲得完整真實(shí)的監(jiān)測(cè)資料。要按照水庫(kù)監(jiān)測(cè)資料整編要求,及時(shí)整編刊印監(jiān)測(cè)資料成果,為全面研究滲透破壞問(wèn)題提供可靠依據(jù)。三是要對(duì)水庫(kù)滲流破壞區(qū)域采取不同工程措施進(jìn)行預(yù)防治理,積極開(kāi)展相同滲流破壞情況下的不同搶護(hù)措施的實(shí)踐,如減壓井、透水蓋重、當(dāng)?shù)亓鴺恫癫葜簩?dǎo)滲等措施,并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行比對(duì)分析。當(dāng)水庫(kù)高水位運(yùn)行并發(fā)生滲流破壞險(xiǎn)情時(shí),要果斷采取臨時(shí)搶護(hù)措施,及時(shí)、有效控制滲透破壞險(xiǎn)情,確保大壩安全。

        5 結(jié)語(yǔ)

        滲透破壞是尤家峁水庫(kù)投入運(yùn)行以來(lái)最主要的病險(xiǎn)隱患。分析得知,均質(zhì)沙壩滲透破壞的形式為管涌,具有多樣性,尤以接觸滲透破壞發(fā)展快且較為嚴(yán)重;均質(zhì)沙壩出現(xiàn)反濾體以上的滲流逸出,就會(huì)導(dǎo)致壩坡破壞險(xiǎn)情,從而危及大壩安全。設(shè)計(jì)、施工方面應(yīng)積極開(kāi)展均質(zhì)沙壩滲透破壞的研究和實(shí)踐工作,從根本上避免滲透破壞險(xiǎn)情的發(fā)生。水庫(kù)大壩一旦發(fā)生滲透破壞情況,管理單位必須予以高度重視,加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理,積極采取工程措施進(jìn)行除險(xiǎn)和預(yù)防治理,確保水庫(kù)大壩運(yùn)行安全,充分發(fā)揮水庫(kù)綜合效益。陜西水利

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