任雁平

(山西省晉中市榆次區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西 晉中 030600)

土石壩一直是北方地區(qū)常用壩型，具有就地取材，施工簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)[1]，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但在土石壩壩坡穩(wěn)定方面一直是困擾廣大水利工作者的一項(xiàng)難題。如何做好壩坡穩(wěn)定，保障大壩安全運(yùn)行，是當(dāng)今水利工作者面臨的重要課題。本文以郭莊水庫(kù)為例對(duì)土石壩坡失穩(wěn)情況進(jìn)行分析，提出加固措施。

1 水庫(kù)概況

郭莊水庫(kù)位于山西省晉中市昔陽(yáng)縣城南6 km的郭莊村附近松溪河上游[2]，流域面積173 km2。屬海河流域子牙河水系，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)總庫(kù)容2165萬(wàn)m3。大壩為土、石混合壩，壩頂高程936.02 m，最大壩高31.44 m，壩頂長(zhǎng)452 m。大壩上游壩坡為干砌石護(hù)坡，邊坡自上而下依次為1∶2、1∶3.25、1∶4，在高程915.58、925.58 m處設(shè)有寬2 m的馬道；大壩下游壩坡為草皮護(hù)坡，邊坡自上而下依此為1∶2、1∶2.25、1∶2.5，在高程930.58 m、920.58 m處設(shè)有2 m寬?cǎi)R道，下游坡腳為貼坡式反濾排水棱體，棱體頂寬2 m，內(nèi)側(cè)邊坡1∶0.5，外側(cè)邊坡1∶1；在壩軸線下游9.4 m處的壩基筑有粘土截水槽，槽高11 m，上部與壩體銜接，下部伸入基巖1 m，基本隔斷透水層，高程904.58處槽寬10 m。截水槽下游側(cè)、高程920.58 m以下為砂礫料壩體，1996年又在其外側(cè)培厚了石渣。

由于1996年7月份以來(lái)由于連續(xù)降雨的出現(xiàn)，使郭莊水庫(kù)大壩發(fā)生自建成以來(lái)最大的滑坡，滑坡總面積達(dá)4967.4 m2，其中，從壩頂?shù)蕉R道基本全滑段長(zhǎng)90 m，二馬道以上部分滑坡段長(zhǎng)101 m，全長(zhǎng)191 m。1997年對(duì)該滑坡位置進(jìn)行了培厚處理。2004年8月13日，在日降雨53.3 mm的情況下，1997年培厚的下游土壩坡分別在樁號(hào)349.6 m～343.4 m，高程925.6 m～923.75 m；樁號(hào)342.4 m～338.9 m，高程925.6 m～923.5 m；樁號(hào)277.5 m～272.2 m，高程925.7 m～923.85 m；樁號(hào)189.5 m～187.2 m，高程929.08 m～927.48 m四部位又發(fā)生了滑坡，滑坡合計(jì)總面積64.1 m2。

2 壩坡失穩(wěn)分析

1996年下游壩坡滑坡后，壩體質(zhì)量檢查：沿壩軸線鉆孔4個(gè)，機(jī)取原狀土樣32組；壩頂和下游壩坡探坑(坑深3.0 m)6個(gè)，取原狀土樣9組，并做了室內(nèi)土工試驗(yàn)。從取土樣的土工試驗(yàn)成果來(lái)看，壩體填筑土總體為稍密～中密，稍濕～濕土，粘粒含量18.1%～31.92%；含水率17.37%～26.65%；干密度1.44 g/cm3～1.76 g/cm3，平均干密度1.61 g/cm3。滲透系數(shù)剔除部分?jǐn)?shù)據(jù)后，平均值為2.91×10-4m/d。三軸固結(jié)不排水剪：凝聚力平均值為51 kPa，小值平均值為44 kPa；內(nèi)摩擦角平均值為22.66°，小值平均值為21°。

2004年針對(duì)1997年培厚壩體土的填筑質(zhì)量，在大壩下游坡壩頂～一馬道、一馬道～二馬道間的三個(gè)斷面(樁號(hào)分別為0+122 m、0+222 m、0+322 m)，共布置6個(gè)探坑，探坑深2.0 m，取原狀土樣18組。經(jīng)晉中市水利技術(shù)推廣站土工試驗(yàn)：1997年新培厚壩體回填土總體為稍密～密實(shí)，稍濕～濕，屬中高壓縮性土。含水率17.97%～27.8%；干密度1.41 g/cm3～1.63 g/cm3，平均干密度1.52 g/cm3；滲透系數(shù)1.33×10-5m/d～2.41×10-4m/d，平均值為9.71×10-5m/d，大值平均值為1.69×10-4m/d；天然快剪凝聚力平均值為43.75 kPa，小值平均值為30.38 kPa；內(nèi)摩擦角平均值為26.31°，小值平均值為22.66°。另外，勘查和探坑揭示，整個(gè)1997年培厚的下游壩坡土表層約0.2 m～0.5 m的土體較疏松，雨后人踩上去會(huì)陷腳，且手持細(xì)木棍可插入，結(jié)合該次土工試驗(yàn)，表層0.2 m～0.4 m 6組土樣的干密度分別為1.12 g/cm3、1.15 g/cm3、1.30 g/cm3、1.49 g/cm3、1.43 g/cm3、1.60 g/cm3，應(yīng)為培厚施工時(shí)削坡不徹底所致。

1993年右壩肩灌漿、1997年鉆孔時(shí)發(fā)現(xiàn)，壩體中局部存在有“軟泥”，記錄描述為“軟黃土”“縮孔”“局部軟泥”。1997年下游壩坡培厚清坡時(shí)發(fā)現(xiàn)，壩體土在樁號(hào)0+286 m～0+330 m、高程921 m～924 m之間，有“濕土成泥”現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，含水率達(dá)31.6%～34.2%，干密度則僅為1.38 g/cm3～1.39 g/cm3。2004年在新培厚壩體土探坑中發(fā)現(xiàn)存在有相對(duì)不夠密實(shí)的薄夾層，取得薄夾層土樣2組，干密度分別僅為1.36 g/cm3和1.35 g/cm3。

另外，2007年在樁號(hào)0+225 m樁號(hào)0+315 m均在923.7 m時(shí)見(jiàn)水(當(dāng)時(shí)庫(kù)水位為正常蓄水位930 m)，水位明顯高于附近壩體浸潤(rùn)線，分析在該水位之下分布有一定范圍的滲透性相對(duì)較小的低液限粘土層，該水為其上層滯水。該位置的水位與1996年壩體發(fā)生滑坡后培厚時(shí)的設(shè)計(jì)清坡線相近，說(shuō)明1997年下游壩坡培厚清坡時(shí)，壩體土在樁號(hào)0+286 m～0+330 m、高程921 m～924 m之間，有“濕土成泥”現(xiàn)象，分析認(rèn)為1996年滑坡與其有關(guān)。

分析結(jié)果：下游壩坡滑坡的重要原因是壩體土填筑不均勻。壩體土整體屬中等壓縮性土，局部填土具濕陷性，部分壩體分布有“軟泥”透鏡體，從干密度、滲透系數(shù)、濕陷系數(shù)等多項(xiàng)指標(biāo)分析，其差異性較大[3]。

3 壩坡失穩(wěn)的加固防治

3.1 上、下游壩坡加固措施

①上游壩坡：核查干砌石護(hù)坡風(fēng)化程度，及時(shí)更換風(fēng)化嚴(yán)重的干砌石，增設(shè)反濾料墊層，針對(duì)風(fēng)化嚴(yán)重的坡面重新規(guī)劃設(shè)計(jì)、重點(diǎn)施工。②下游壩坡：下游壩坡的兩次滑坡均發(fā)生在馬道以上的草皮護(hù)坡部分，因此對(duì)下游壩坡的護(hù)坡形式進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)。壩頂至930.58 m高程處馬道以上全壩面表層清除并重新回填，清除厚度取200 cm，并重新用土回填壓實(shí)，壓實(shí)干容重≥1.65t/m3，壩面采用M7.5漿砌石框格加石渣護(hù)坡，石渣厚30 cm；930.58 m高程處馬道以下全部用隧洞開(kāi)挖的經(jīng)過(guò)篩分的石渣回填。其中高程930.58 m～920.58 m之間由內(nèi)向外依次為50 cm厚反濾和石渣護(hù)坡。高程920.58 m以下全部采用石渣護(hù)坡。

3.2 重點(diǎn)地段采用高噴灌漿方式加固

對(duì)0+360～0+480段壩基采用高噴灌漿的防式進(jìn)行。灌漿軸線與壩軸線重合，單排布孔，灌漿頂線伸入壩體1 m，灌漿底線與基巖面結(jié)合[4]。

3.3 近三年來(lái)的加固維護(hù)措施

2018年水庫(kù)主要領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水庫(kù)逐一排查，研究并確定了加固維護(hù)措施重點(diǎn)從以下三個(gè)方面開(kāi)展。首先是水庫(kù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造；其次，建立大壩及副壩周邊區(qū)域地面沉降觀測(cè)系統(tǒng)：自舊排沙泄洪洞封堵土壩起，向北向東(大壩左側(cè))沿舊管理站對(duì)外公路，至滋洪道尾水渠區(qū)域(大壩右側(cè))沿線地面；最后是維護(hù)改造水庫(kù)大壩滲壓安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2019年維護(hù)措施：一方面對(duì)水庫(kù)現(xiàn)有不合格測(cè)壓管進(jìn)行補(bǔ)打;另一方面增加廊道滲流量測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量數(shù)據(jù)整合到現(xiàn)有大壩安全自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)廊道瞬時(shí)和累計(jì)的實(shí)時(shí)流量采集以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和保存功能。

今年主要加固維護(hù)工作是防汛搶險(xiǎn)橋頭坡體治理。防汛搶險(xiǎn)橋頭坡體滑坡，影響安全穩(wěn)定，需進(jìn)行護(hù)坡加固。由于護(hù)坡處位置較高，難度較大，需在高處施工操作。主要工程量：C20水泥塊擋墻護(hù)坡80.5 m3，水泥砂漿勾縫70 m2，石方開(kāi)挖172 m2，建筑污土運(yùn)輸172 m2。完成施工后保障了現(xiàn)水庫(kù)的安全運(yùn)行。

3.4 效果檢查

水庫(kù)從2009年除險(xiǎn)加固至今，經(jīng)過(guò)三年的高水位運(yùn)行，目前未發(fā)現(xiàn)異常情況出現(xiàn)，但由于加固后的運(yùn)行年限較短，對(duì)采取的措施還不能說(shuō)明其效果，還需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高水位運(yùn)行的考驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工程中，首先要加快水庫(kù)除險(xiǎn)加固進(jìn)度，要抓好水庫(kù)加固的前期工作，深入分析險(xiǎn)情，確定行之有效的加固方案。其次，做好監(jiān)控、監(jiān)管工作，加大大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施和通訊建設(shè)的投入，因地制宜，全面管控，重點(diǎn)地段重點(diǎn)監(jiān)控，總結(jié)并推廣行之有效的加固技術(shù)。最后要繼續(xù)總結(jié)除險(xiǎn)加固的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。總之，穩(wěn)定壩坡，保證壩體工程安全必須從工程實(shí)際出發(fā)，及時(shí)分析壩體的穩(wěn)定，從管理和技術(shù)方面盡全力降低壩體事故發(fā)生率，使之發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。