李紅星

（晉中市水利勘測設(shè)計院 山西晉中 030600）

七一水庫壩下涵洞質(zhì)量檢測與加固方案設(shè)計

李紅星

（晉中市水利勘測設(shè)計院 山西晉中 030600）

針對七一水庫涵洞多個環(huán)向接縫處滲水滲泥的現(xiàn)象，利用地質(zhì)雷達(dá)基本查明了由于滲漏引起涵洞周圍存在明顯空隙以及空隙分布的空間位置。并提出了對洞身段進(jìn)行回填灌漿和內(nèi)襯鋼筋混凝土的加固處理方案。

壩下涵洞 加固 地質(zhì)雷達(dá)

1 工程概況

七一水庫壩址位于臨汾市襄汾縣西賈鄉(xiāng)萬東毛村東的七一溝和南賈溝上，屬黃河流域汾河水系，水庫控制流域面積140.4km2，總庫容5544萬m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。樞紐建筑物主要包括：大壩和輸水涵洞。

大壩為均質(zhì)土壩，大壩壩頂高程473.8m，最大壩高43m，壩頂長1250m。上游坡比1∶3，下游坡比1∶3、1∶3.5、1∶4。

七一涵洞位于大壩樁號1+063.5m處，進(jìn)口高程449.2m，縱坡0.0017，最大泄流量12.5m3/s。涵洞為城門洞形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底寬3.6m，直墻高2.0m，半圓拱高1.8m，總高3.8m。壩內(nèi)涵洞長164m，進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔控制，涵洞內(nèi)設(shè)DN1400預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道，出口設(shè)DN1400閘閥。

七一水庫地處臨汾盆地中南部，地貌單元屬黃土丘陵溝壑區(qū)。壩址區(qū)位于襄汾縣萬東毛村與阜寧莊之間，壩軸線橫跨七一溝和南賈溝兩條河谷。壩址區(qū)出露的地層巖性為：第四系中更新統(tǒng)洪積層(Q2pl)，棕紅色壤土，淺棕黃色砂壤土，出露在溝谷兩側(cè)；第四系上更新統(tǒng)沖洪積物(Q3pal)，淺黃色粉質(zhì)壤土，砂壤土，廣泛分布于黃土階地塬面，厚約5～10m；全新統(tǒng)沖洪積物(Q4pal)、砂壤土、砂卵石，分布在溝谷底部。

涵洞地層巖性為中更新統(tǒng)(Q2)壤土、砂壤土，夾細(xì)砂層，土質(zhì)較好。地基土的承載力根據(jù)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)得，細(xì)砂、砂土承載力基本值f0=160kPa，壤土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=200kPa。

2 現(xiàn)存問題

2013年蓄水安全專項(xiàng)檢查時發(fā)現(xiàn)涵洞多個環(huán)向接縫處滲水明顯。其中3個環(huán)向接縫處（0+21、0+51、0+81)滲水明顯，其滲水量達(dá)到0.7L/S。長期存在的滲流現(xiàn)象，使得多處存在碳酸鹽結(jié)晶，局部可見明顯的滲泥現(xiàn)象，在導(dǎo)水渠可見較厚淤泥，需查明是否由于滲漏引起涵洞襯砌后方存在明顯空隙（或密實(shí)度較差），以及空隙分布的空間位置。

3 地質(zhì)雷達(dá)法檢測

圖1 地質(zhì)雷達(dá)原理示意圖

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Rader簡稱GPR）是利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘測儀器，它是利用電磁波在不同介質(zhì)中的傳播與反射特性來進(jìn)行探測的。電磁波脈沖由發(fā)射天線發(fā)出，被地下介質(zhì)界面（或異常體）反射，然后由接收天線接收，并以實(shí)時成像方式顯示地下結(jié)構(gòu)剖面，探測結(jié)果一目了然，分析、判釋直觀方便，見圖1。

3.1 測線布設(shè)

在涵洞內(nèi)部，沿涵洞兩側(cè)邊墻、側(cè)拱頂布設(shè)4條測線，探查涵洞襯砌后方空隙是否存在。測線布置見圖2。

圖2 測線布置斷面示意圖

3.2 地質(zhì)雷達(dá)法數(shù)據(jù)處理

地質(zhì)雷達(dá)資料的處理過程就是抑制隨機(jī)的和有規(guī)律的干擾，最大限度地提高雷達(dá)剖面圖像上的分辨能力，通過提取電磁回波的各種有用參數(shù)，來解釋不同介質(zhì)的物理特征。數(shù)據(jù)處理一般分五個步驟進(jìn)行：

①數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括文件編輯、文件巡視等。

②技術(shù)性處理，包括數(shù)字濾波、反褶積、偏移及希爾伯特變換等。

③拾取反射層。

④確定介電常數(shù)，計算速度，進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，形成深度剖面。

⑤判釋異常界面。

3.3 判釋原則

輸水涵洞襯砌背后回填不密實(shí)或者存在空洞，土壤內(nèi)含水量相對偏高，一般會在地質(zhì)雷達(dá)法成果圖中呈現(xiàn)強(qiáng)能量反射特征。因此，重點(diǎn)分析地質(zhì)雷達(dá)斷面中的強(qiáng)能量同相反射軸，并參考調(diào)查資料，圈定涵洞內(nèi)的重點(diǎn)危險段。

3.4 資料分析

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)成果，并結(jié)合收集的地質(zhì)調(diào)查資料，按較好、一般、較差、差四個等級，分段評價了輸水涵洞的滲透情況，并重點(diǎn)圈定了洞周回填不密實(shí)、土壤含水量相對偏高的危險部位。見圖3。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)成果圖

（1）左邊墻LD-1。0～7.0m較好，反射波能量均勻，未見明顯異常。7.0～33.0m情況差， 其 中：8.0～12.0m和21.0～27.0m處涵洞襯砌背后出現(xiàn)雜亂的強(qiáng)反射波組，且24.0～27.0m反射波同相軸呈弧狀，推斷襯砌背后存在空洞或回填不密實(shí)，13.0～15.0m和29.0～33.0m處土壤內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)反射波，同相軸不連續(xù)，推斷土壤含水量相對偏

高；33.0～65.0m情況較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；65.0～80.0m情況差，66.0～ 69.0m和72.0～79.0m土 壤內(nèi) 出現(xiàn)雜亂的強(qiáng)反射波組，推斷土壤的含水量相對偏高；80.0～102.0m情況較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；102.0～126.0m情況 差，105.0～ 114.0m、115.0～ 119.0m和122.0～126.0m處出現(xiàn)襯砌背后雷達(dá)剖面上波形雜亂，推斷襯砌背后存在空洞,105.0～114.0m土壤內(nèi)含水量相對偏高；126.0～147.0m情況較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；147.0～164.0m情況差，147.0～150.0m土壤內(nèi)部反射波雜亂，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；159.0～164.0m襯砌背后以及土壤內(nèi)部均出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷襯砌后面存在空洞，并且土壤內(nèi)含水量相對偏高。

（2）左拱頂LD-2。0～7.0m較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；7.0～33.0m情況較差，9.0～12.0m處涵洞襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷回填不密實(shí)；18.0～22.0m土壤內(nèi)部出現(xiàn)雜亂強(qiáng)反射波，同相軸錯段，推斷土壤含水量相對偏高；33.0～57.0m情況較差，36.0～41.0m和46.0～49.0m處土壤內(nèi)部出現(xiàn)雜亂強(qiáng)反射波，推斷襯砌后面的土壤含水量相對偏高；57.0～164.0m情況差，57.0～70.0m、73.0～77.0m和80.0～140.0m處土壤內(nèi)部出現(xiàn)雜亂強(qiáng)反射波，能量不均，推斷土壤含水量相對偏高；141.0～164.0m處襯砌背后及土壤內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷襯砌背后回填不密實(shí)，局部存在空洞，土壤含水量相對偏高。

（3）右邊墻LD-3。0～7.0m較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；7.0～33.0m情 況 一 般，9.0～12.0m、24.0～27.0m和29.0～31.0m處襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，同相軸錯段，推斷襯砌背后回填不密實(shí)；33.0～ 60.0m情 況 較 差，36.0～ 39.0m、41.0～42.0m和44.0～45.0m處襯砌背后出現(xiàn)雜亂反射波，同相軸錯段，推斷襯砌背后回填不密實(shí)；49.0～51.0m處襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，且反射波同相軸呈弧狀，推斷襯砌背后存在空洞；54.0～60.0m處土壤內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)反射波，能量不均，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；60.0～92.0m情況較差，66.0～71.0m襯砌背后出現(xiàn)雜亂的強(qiáng)反射波組，推斷回填不密實(shí)；89.0～91.0m處涵洞襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，且反射波同相軸呈弧狀，推斷存在空洞；73.0～76.0m、80.0～83.0m處土壤內(nèi)部出現(xiàn)雜亂的強(qiáng)反射波，能量不均勻，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；92.0～101.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續(xù)，未見明顯異常；101.0～ 121.0m情況較差，102.0～111.0m和113.0～114.0m襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷存在空洞，并且土壤的含水量相對偏高；119.0～121.0m襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，且反射波同相軸呈弧狀，推斷存在空洞；121.0～ 156.0m情 況 差，125.0～ 126.0m、134.0～ 137.0m、142.0～ 144.0m和152.0～156.0m處土壤內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)反射波，能量不均勻，同相軸錯段，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；156.0～164.0m情況一般，162.0～164.0m土壤內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高。

（4）右拱頂LD-4。0～7.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續(xù)，未見明顯異常；7.0～33.0m情況差，9.0～12.0m處涵洞襯砌背后出現(xiàn)雜亂的強(qiáng)反射波，推斷回填不密實(shí)，25.0～33.0m土壤內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；33.0～59.0m情況較差，42.0～45.0m襯砌背后與土壤內(nèi)均存在強(qiáng)反射波，推斷襯砌背后存在空洞，土壤內(nèi)含水量相對偏高；59.0～84.0m情況差，59.0～64.0m、65.0～71.0m和73.0～77.0m土壤內(nèi)存在強(qiáng)反射波，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；78.0～82.0m處襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷回填不密實(shí)；84.0～100.0m情況較差，90.0～93.0m和96.0～100.0m土壤內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷土壤內(nèi)含水量相對偏高；100.0～109.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續(xù)，未見明顯異常；109.0～119.0m情況較差，109.0～111.0m和114.0～119.0m處土壤內(nèi)部存在強(qiáng)反射波，推斷土壤內(nèi)部含水量相對偏高；119.0～134.0m情況較好，反射波能量均勻，同相軸連續(xù)，未見明顯異常；134.0～154.0m情況較差，134.0～137.0m、151.0～153.0m土壤內(nèi)均存在強(qiáng)反射波，推斷土壤內(nèi)含水量相對高，142.0～143.0m

襯砌背后出現(xiàn)強(qiáng)反射波，推斷回填不密實(shí)；154.0～164.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續(xù)，未見明顯異常。

4 加固方案

針對七一水涵洞的漏水問題，此次應(yīng)急工程對閘室后洞身段進(jìn)行回填灌漿和C25鋼筋混凝土襯砌防滲加固處理。

首先對洞身段外部回填灌漿，灌漿孔深入土層30cm以上，灌漿孔與伸縮縫間距不小于50cm。回填灌漿采用中壓砂漿泵填式灌注，灌漿壓力為0.3mPa，分兩序孔進(jìn)行，一序孔可灌注水灰比0.6(或0.5)∶1的水泥漿，二序孔可灌注1∶1、0.8∶1和0.6(或0.5)∶1兩個比級的水泥漿，一序孔和兩序孔呈梅花型布置。在規(guī)定的設(shè)計壓力下，灌漿孔停止吸漿，并繼續(xù)灌注10min即可結(jié)束。

在灌漿過程中如發(fā)現(xiàn)漏漿，應(yīng)將漏漿部位封堵，還應(yīng)采取加濃漿液、降低壓力、間歇灌漿等方法處理。因故中斷灌漿，應(yīng)及早恢復(fù)灌漿，中斷時間大于30min應(yīng)設(shè)法清洗至原孔深后恢復(fù)灌漿，此時若灌漿孔仍不吸漿，則應(yīng)重新就近鉆孔進(jìn)行灌漿。

灌漿結(jié)束后，應(yīng)排除鉆孔內(nèi)積水和污物，采用濃漿將全孔封堵密實(shí)和抹平，露出表面的埋管應(yīng)割除。

混凝土襯砌前須對原洞身表面按規(guī)范要求處理干凈并鑿毛?；炷练罎B層厚20cm，標(biāo)號為C25F200W6。洞身段襯砌混凝土伸縮縫按現(xiàn)伸縮縫位置布置，縫寬2cm，距洞內(nèi)表面10cm處設(shè)12mm厚紫銅止水和遇水膨脹橡膠止水條，縫內(nèi)填塞聚乙烯低發(fā)泡沫板，臨水面5cm深度內(nèi)采用雙組分聚硫密封膏密封。鋼筋網(wǎng)采用Φ18和Φ14，間距為200mm和300mm，鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度為5cm。洞身設(shè)Φ25錨筋，長度70cm，頂部夾角為48°，直墻段和底板間距1.5m，排距2m，采用化學(xué)錨固，外露部分須與洞身襯砌混凝土鋼筋牢固連接。

混凝土襯砌層應(yīng)預(yù)留灌漿孔，對混凝土襯砌與原洞身間進(jìn)行回填灌漿。灌漿需在混凝土襯砌強(qiáng)度達(dá)到70%設(shè)計強(qiáng)度后方可進(jìn)行，回填灌漿孔預(yù)埋管采用鋼管，管徑φ63；回填灌漿孔排距2m，錯位布置；回填灌漿應(yīng)分為兩個次序進(jìn)行，回填灌漿孔灌漿完畢后，須使用干硬性水泥砂漿將鉆孔封堵密實(shí)，孔口與周邊混凝土抹齊平。

對輸水涵洞的DN1400混凝土管和鋼管進(jìn)行更換，混凝土管更換為PCCP管，管徑為1400mm，全長242m；DN1400鋼管全長45m。

5 結(jié)論

壩下涵洞病險不易檢查，由于涵洞滲水，在庫水頭的長期作用下，當(dāng)滲透坡降超過允許坡降，便產(chǎn)生滲透變形，逐漸帶走壩體土，土體空隙變大，在壩體內(nèi)形成集中滲漏通道，造成水庫嚴(yán)重漏水，甚至出現(xiàn)壩面塌陷，影響大壩安全。

本文根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)成果，并結(jié)合收集的地質(zhì)調(diào)查資料，按較好、一般、較差、差四個等級，分段評價了輸水涵洞的質(zhì)量情況，重點(diǎn)圈定了洞周土體不密實(shí)、土壤含水量相對偏高的危險段落。并提出了對涵洞洞身與壩體土間進(jìn)行回填灌漿和內(nèi)襯鋼筋混凝土的加固處理方案。但壩下涵洞病害具有隱蔽性、突發(fā)性，徹底處理難度大的特點(diǎn)，其檢測和處理方法還有待進(jìn)一步研究。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.022

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李紅星（1974年—），男，高級工程師。