毋珺婷 蘭海生

（鳳翔縣橫水河灌溉管理處 陜西 鳳翔 721400）

1 工程概況

姚家溝水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的Ⅳ等小（一）型水利工程，屬丘陵區(qū)，主河槽長(zhǎng)6.08km，平均比降41.3‰。水庫(kù)位于渭河水系漆水河韋水一級(jí)支流橫水河流域的姚家溝河中游，地處鳳翔縣姚家溝鎮(zhèn)北1.5km處的姚家溝境內(nèi)。水庫(kù)控制流域面積13km2，總庫(kù)容207.3萬(wàn)m3，有效庫(kù)容90.1萬(wàn)m3，滯洪庫(kù)容53萬(wàn)m3，設(shè)施灌溉面積1.59萬(wàn)畝。

姚家溝水庫(kù)1958年動(dòng)工興建，1960年5月竣工并投入運(yùn)用。水庫(kù)樞紐工程由碾壓均質(zhì)土壩、放水洞、溢洪道三部分組成。壩頂高程917.10 m，壩頂寬18.0 m，壩基寬65 m，壩頂長(zhǎng)124 m，最大壩高31.5 m，壩后為貼坡反濾排水體，頂部高程894.7 m，壩基為粘土梯形截滲槽防滲,截滲槽深6.5 m，底寬2 m，上口寬16 m～17 m，邊坡1∶1。城門洞型放水洞位于大壩右側(cè)，進(jìn)口高程905.40 m，出口高程900.15 m，設(shè)計(jì)流量0.3m3/s；溢洪道寬頂堰，總長(zhǎng)225 m，堰頂高程912.50 m。洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。2010年測(cè)淤后，淤積面高程905.62 m，有效庫(kù)容77萬(wàn)m3。

姚家溝水庫(kù)屬三邊工程，工程設(shè)施不配套，防洪標(biāo)準(zhǔn)低。自建成投運(yùn)以來(lái)，溢洪道未砌護(hù)不能滿足防洪要求，一直低水位運(yùn)行。2009年10月實(shí)施除險(xiǎn)加固項(xiàng)目，完善了樞紐工程設(shè)施，改善了管理設(shè)施，改建了溢洪道，提高了防洪標(biāo)準(zhǔn)，建立健全了大壩觀測(cè)和水文監(jiān)測(cè)制度，堅(jiān)持常態(tài)管理和規(guī)范化管理，明確了職能和職責(zé)，制訂了相應(yīng)的管理制度，水庫(kù)工程運(yùn)行正常。水庫(kù)蓄水位才由原來(lái)的低水位907.0 m逐漸蓄水上升，2013年2月19日庫(kù)水位達(dá)到911.67 m，相應(yīng)庫(kù)容69.4萬(wàn)m3，但一直未達(dá)到正常高水位912.5 m。

2 工程區(qū)地質(zhì)

2.1 地形地貌

水庫(kù)樞紐區(qū)河流近南北向發(fā)育，谷底寬40 m～50 m，發(fā)育有河流一級(jí)階地，呈條帶狀分布于河床右岸。右壩肩黃土斜坡比較平直，左壩肩呈鼻形突出，邊坡鼻形突出部分為老堆積體。堆積物以粉質(zhì)壤土夾鈣質(zhì)結(jié)核為主，根據(jù)工程類比分析基本穩(wěn)定。

2.2 地層巖性

水庫(kù)樞紐工程揭露底層均為第四系堆積，根據(jù)地層地質(zhì)資料從上而下為：人工堆土（Q4mL），由粉質(zhì)壤土和鈣質(zhì)結(jié)核構(gòu)成，灰黃、土質(zhì)疏松，為水庫(kù)施工棄土；人工填筑土（Q4S）,灰黃色-褐黃色，以粉質(zhì)壤土為主，土質(zhì)均勻、可塑，為大壩填筑碾壓土；第四系全新統(tǒng)坡積層（Q4dl），灰黃色粉質(zhì)壤土；第四系全新統(tǒng)洪坡積層（Q4pl+dl），褐黃色粉質(zhì)壤土；第四系全新統(tǒng)滑坡積層（Q4del），灰黃色-天棕紅色，以黃土狀壤土夾鈣質(zhì)結(jié)核為主，疏松可塑；第四系全新統(tǒng)早期沖積層（Q4lal），按巖層分為三個(gè)亞類，上部粉質(zhì)壤土，褐灰色-褐黃色，下部礫卵石層，灰黃色-銹黃色；上更新統(tǒng)風(fēng)積層（Q32eol），黃土、灰黃、疏松、多孔；下更新統(tǒng)風(fēng)積層（Q2eol），黃土狀壤土，灰黃、淺桔黃色，土質(zhì)均勻、質(zhì)密。

表1 測(cè)壓孔位置布置表

2.3 水文地質(zhì)

水庫(kù)樞紐區(qū)地下水屬第四系孔隙潛水，受大氣降水補(bǔ)給，含水層有Q2黃土狀壤土，滲透系數(shù)K=2.4×10-4cm/s～3.4×10-4cm/s,弱透水；Q4粉質(zhì)狀壤土,滲透系數(shù)K=1.01×10-4cm/s,中等透水；砂卵石滲透系數(shù)K=20cm/s～30cm/s,強(qiáng)透水。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB50287-99)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，庫(kù)水及地下水對(duì)砼無(wú)腐蝕性。

3 大壩背水坡滲水濕潤(rùn)問(wèn)題分析

姚家溝水庫(kù)出現(xiàn)壩體背水坡濕潤(rùn)滲漏現(xiàn)象后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，浸潤(rùn)線出水處位于沿壩軸線，樁號(hào)B 0+050～B 0+096橫斷面之間，具體位置在背水坡戧臺(tái)高程901.70 m以下處，浸潤(rùn)面積約為150m2，長(zhǎng)約為31 m，寬約為4.85 m。浸潤(rùn)面出水最高點(diǎn)高程900.315 m，最低點(diǎn)高程898.101 m。

在壩前水位均為911.67 m的工況下，根據(jù)測(cè)壓孔高程觀測(cè)記錄分析壩體內(nèi)實(shí)際浸潤(rùn)線，測(cè)壓孔共兩組，每組各三個(gè)孔，數(shù)據(jù)如表1。

由現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)測(cè)壓管水位繪制的兩個(gè)橫斷面位置實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線，浸潤(rùn)面出水范圍位于沿壩軸線方向，浸潤(rùn)面出水最高點(diǎn)高程900.00 m，出水最低點(diǎn)高程891.978 m。

根據(jù)壩體內(nèi)地質(zhì)勘探及試驗(yàn)滲透系數(shù)數(shù)據(jù)中滲透系數(shù)較大的區(qū)域主要集中在壩體內(nèi)高程900.000 m～906.000 m之間。

通過(guò)觀測(cè)成果及背水坡腳排水棱體察勘分析，經(jīng)近三月的觀測(cè)浸潤(rùn)范圍無(wú)明顯變化，浸潤(rùn)面無(wú)明水，屬壩體滲水。壩前水位相同，但壩體上游迎水面兩斷面的滲流量明顯有差異，B 0+050 m斷面滲流量遠(yuǎn)小于B 0+096，壩體上游B 0+096 m斷面填筑效果較B 0+050斷面差，壩體上游部分填筑不均勻；實(shí)測(cè)的兩斷面滲流曲線溢出點(diǎn)均位于壩體下游排水棱體以上，且B 0+096 m斷面滲流曲線溢出點(diǎn)低于B 0+050 m斷面滲流曲線溢出點(diǎn)。

由于土壩均具有一定的透水性，散粒體結(jié)構(gòu)顆粒間存在大量孔隙，水庫(kù)蓄水后庫(kù)水位將通過(guò)孔隙向下游滲透，因此在大壩下游出現(xiàn)少量清水滲透現(xiàn)象是正常的。但當(dāng)滲透水流的滲透坡降超過(guò)一定限度時(shí)，水流將逐漸帶走壩身或壩基土體中的細(xì)小顆粒，致使壩體產(chǎn)生具有危害性的滲透變形。在滲流作用下在背水坡出逸點(diǎn)以下土體濕潤(rùn)或發(fā)軟，就會(huì)有水滲出的現(xiàn)象。在高水位水流作用下，背水坡由于抗剪強(qiáng)度降低或臨水坡水位驟降引起滑坡裂縫；當(dāng)庫(kù)水位升高滲透坡降大于地基表面弱透水層允許的滲透坡降時(shí)，即在壩體背水坡腳或較遠(yuǎn)的地帶發(fā)生滲透破壞，如不及時(shí)處理有可能發(fā)展為管涌或滑坡等，嚴(yán)重威脅大壩安全運(yùn)行。

4 防滲加固措施

姚家溝水庫(kù)大壩是人工堆筑成的長(zhǎng)條形土料建筑物，為梯形斷面，由于受多種自然因素的影響，常出現(xiàn)一些不穩(wěn)定現(xiàn)象。如果向不穩(wěn)定的堤段造孔并向孔內(nèi)注漿液，加上漿液自重因素，使堤體沿軸線方向形成一道或數(shù)道粘土帷幕，則可達(dá)到消險(xiǎn)固堤的作用。此種技術(shù)在土壩壩體加固除險(xiǎn)中具有投資小、見(jiàn)效快、設(shè)備和技術(shù)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

因此根據(jù)姚家溝水庫(kù)現(xiàn)有地質(zhì)勘探資料及大壩背水坡濕潤(rùn)滲水產(chǎn)生的原因分析，經(jīng)多方調(diào)研和論證，確定防滲加固方案為在壩頂沿軸向進(jìn)行全斷面劈裂式灌漿，形成縱向防滲墻，防滲加固僅在壩頂施工。劈裂灌漿是利用堤身的最小主應(yīng)力和堤軸線方向一致的壩體應(yīng)力分布規(guī)律，根據(jù)土體水力劈裂的原理，順堤向布孔，在灌漿壓力下以適宜的泥漿液為能量載體，有控制力地劈裂堤身。在灌漿壓力作用下，裂縫沿自重應(yīng)力與主應(yīng)力差值較大的縱軸線方向迅速發(fā)展，自然形成自上而下的縱向劈裂。在劈裂未及壩頂之前，其周為一封閉空間，灌漿在自重和泵壓力作用沿裂縫周圍土體孔隙，裂縫、孔洞或軟弱夾層內(nèi)滲透、填充。通過(guò)低壓漿液的不斷有效灌滲，形成鉛直連續(xù)的防滲泥墻，堵塞裂縫、孔隙或切斷軟弱層，以達(dá)到防滲加固的目的。

姚家溝水庫(kù)背水坡出水濕潤(rùn)范圍位于樁號(hào)B 0+050～B 0+096橫斷面之間，因此此區(qū)域作為灌漿重點(diǎn)區(qū)域。其灌漿范圍為右壩坡至左壩肩溢洪道的全斷面，其中濕潤(rùn)滲漏及左壩肩滑積層區(qū)向兩側(cè)擴(kuò)展5 m（樁號(hào)B 0+045-B 0+150）?？紤]壩前淤積土壓力，布孔沿壩軸線布置，于壩軸線上游側(cè)2 m處與壩軸線平行，采用單排孔，孔距10 m，到浸潤(rùn)面處加密孔距2 m～3 m，灌漿孔深入到壩體下或滑積區(qū)2 m，布孔27個(gè)，灌漿長(zhǎng)度685 m，檢查孔段68.3 m。

5 質(zhì)量保證措施

（1）考慮到壩身應(yīng)力，應(yīng)安排在不擋水的枯水期進(jìn)行施工，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行壩身變形、裂縫等觀測(cè)，避免貫穿性橫縫產(chǎn)生。

（2）應(yīng)確定專人負(fù)責(zé)，所有材料必須進(jìn)行周期性控制試驗(yàn)及抽檢，全面控制灌漿質(zhì)量。

（3）嚴(yán)格按照規(guī)范要求施工，確保壩體灌漿期的安全，以及灌漿的質(zhì)量和效果。

6 結(jié)語(yǔ)

灌漿防滲完成后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間等漿完全析水固結(jié)后，隨機(jī)對(duì)灌漿部位進(jìn)行開挖、檢驗(yàn)粘土墻質(zhì)量。經(jīng)檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)在壩體沿壩軸線方向形成數(shù)道粘土帷幕均符合設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。沿壩體軸線方向的粘土帷幕能使壩體的浸潤(rùn)線驟然降低，有效地降低了水向背水坡腳的滲水，治理滲漏面積約200m2，使庫(kù)區(qū)滲漏點(diǎn)得到了有效治理，減少了滲漏量，節(jié)約了水資源，大壩安全隱患基本消除，同時(shí)也提高了壩體的穩(wěn)定性。

鳳翔縣姚家溝水庫(kù)大壩背水坡滲水濕潤(rùn)面發(fā)生后，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析原因，研究對(duì)策，制定方案到治理措施實(shí)施，整個(gè)過(guò)程充滿探索，幾經(jīng)周折，最終排除了影響水庫(kù)安全的隱患，同時(shí)也給水庫(kù)管理工作提供了許多珍貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，今后必須重視水庫(kù)管理工作，保障其安全、良好的運(yùn)行，發(fā)揮水利工程應(yīng)有的效益。