陳 鑒

(修水縣水利局，江西 修水 332400)

1 工程概況

某小(2)型水庫壩址以上徑流面積0.43 km2，總庫容11.13萬m3，現(xiàn)狀樞紐建筑物由大壩、溢洪道及輸水涵洞組成，是一座以灌溉為主，兼有防洪功能的小(2)型水庫，水庫下游防洪保護(hù)人口150人及耕地面積160畝。水庫一旦潰壩，壩址處產(chǎn)生最大洪峰為297 m3/s的洪水，淹進(jìn)至下游1.1 km處的村莊時(shí)，洪峰流量為157 m3/s，這將直接影響下游沿河村莊和農(nóng)田，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。水庫建成于1991年5月，受建庫時(shí)期技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件限制，水庫建成后一直存在滲漏問題，經(jīng)過近20 a的運(yùn)行，大壩、溢洪道、輸水涵洞結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的破壞，水庫帶病運(yùn)行。本次除險(xiǎn)加固中經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、地質(zhì)勘查以及資料搜集整理評(píng)定大壩、溢洪道以及輸水涵洞的工程質(zhì)量不合格，需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，以保障下游村莊和農(nóng)田安全。

2 水庫存在的問題及處理建議

本次除險(xiǎn)加固前，分別對(duì)大壩、溢洪道和輸水涵洞進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、質(zhì)量檢測(cè)以及相關(guān)地質(zhì)試驗(yàn)分析[1]，并將各樞紐建筑物存在的問題歸納總結(jié)如下。

(1)大壩：①大壩上下游壩坡無護(hù)坡，下游壩坡坡面極不規(guī)整，雜草叢生，壩腳無排水棱體；②通過地質(zhì)鉆孔對(duì)壩土進(jìn)行了11次注水試驗(yàn)，所得壩土滲透系數(shù)為2.99×10-3cm/s～3.63×10-4cm/s，壩土滲透系數(shù)偏大，均不能滿足規(guī)范對(duì)均質(zhì)土壩滲透系數(shù)小于1.0×10-4cm/s的要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，水庫高水位時(shí)左岸壩肩接觸帶中部有一處呈股狀集中滲漏現(xiàn)象，下游壩坡中下部出現(xiàn)大面積散浸潮濕滲漏現(xiàn)象，壩基接觸帶存在滲漏，總滲漏量1.2 L/s，潮濕面積120 m2。

(2)溢洪道：位于大壩右壩肩，為開敞式無閘控制寬頂堰溢洪道，堰頂高程1473.40 m，堰寬1.5 m，溢洪道總長(zhǎng)44.40 m。整條溢洪道均未襯砌，斷面極不規(guī)整，底板凹凸不平，雜草叢生，泄洪時(shí)尾水漫山流淌，直接沖刷大壩壩腳及下游農(nóng)田，不能滿足泄洪要求。

(3)輸水涵洞：①位于大壩右側(cè)壩體內(nèi)，全長(zhǎng)39 m，洞身為1.0 m×1.5 m漿砌石拱涵，現(xiàn)砌石結(jié)構(gòu)完好，但涵洞洞身存在滲漏，洞身滲漏量約0.2 L/s；②涵洞進(jìn)口設(shè)有Φ150 mm的鐵球閘，閘門銹蝕變形嚴(yán)重，閘門啟閉設(shè)備為位于大壩壩頂上的人力木支架及啟閉鋼繩，鋼繩常年浸泡在水中銹蝕嚴(yán)重，常被拉斷，每年要更換1～2次。壩面上的木支架老化嚴(yán)重，極易損壞，閘門在高水頭下難以啟閉，應(yīng)急能力差；③閘門磨損嚴(yán)重，關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致止水不嚴(yán)，漏水量達(dá)0.1 L/s。

樞紐現(xiàn)狀平面布置圖見圖1。

圖1 樞紐現(xiàn)狀平面布置圖

根據(jù)現(xiàn)狀樞紐建筑實(shí)際情況，建議應(yīng)采取除險(xiǎn)加固措施如下：①對(duì)大壩壩體進(jìn)行充填灌漿，壩基進(jìn)行帷幕灌漿，解決大壩滲漏問題；②對(duì)大壩上下游壩坡及壩頂進(jìn)行整形，設(shè)置護(hù)坡，新建排水棱體，配套完善的排水設(shè)施；③封堵老溢洪道，于大壩右岸新建溢洪道，保證泄洪排水暢通，使洪水歸入壩下河道，解決洪水漫山流淌問題；④根據(jù)輸水涵洞病害情況，建議對(duì)輸水涵洞閘室進(jìn)行改造，對(duì)洞身進(jìn)行回填灌漿。

3 壩體工程質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)

3.1 壩體物理性試驗(yàn)

在壩體上布置探坑6個(gè)，在壩體各探坑中不同部位取原狀土樣6組，擾動(dòng)樣2組(TK2*、TK6*為擾動(dòng)土樣)，進(jìn)行常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)、試驗(yàn)，試驗(yàn)成果匯總分別見表1和表2。

水庫大壩為均質(zhì)土壩，筑壩土料主要取自壩址附近斜坡的第四系全新統(tǒng)紫紅色、灰紅色含礫碎石粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土，壩體土料存在土料質(zhì)量不均及壩土碾壓不密實(shí)的情況，根據(jù)取樣試驗(yàn)成果，壩土天然容重為1.93 g/cm3～2.04 g/cm3，平均為1.99 g/cm3，干容重1.65 g/cm3～1.71 g/cm3，平均為1.68 g/cm3，天然孔隙比0.596～0.660，壓縮系數(shù)0.113～0.664，屬中等壓縮性土，壩土室內(nèi)試驗(yàn)定名為含砂質(zhì)低液限粘土～低液限粘土，土料粘粒含量31.7%～43.3%，平均37.87%，土料粘粒含量較高，滿足規(guī)范15%～40%的粘粒含量要求，各組土樣試驗(yàn)指標(biāo)間離散性不大，表明壩土成分變化不大，質(zhì)量基本穩(wěn)定。

表1 壩土物理性質(zhì)試驗(yàn)成果匯總表

表2 壩土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果匯總表

3.2 壩體滲透分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在大壩上布設(shè)5個(gè)勘探鉆孔，做原位水文地質(zhì)試驗(yàn)，共完成鉆孔進(jìn)尺121.6 m，注水試驗(yàn)11段，壓水試驗(yàn)15段，在勘探淺井中采取原狀土樣6組，取擾動(dòng)土樣2組，做室內(nèi)試驗(yàn)。鉆探水文地質(zhì)試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)成果見表3。

鉆孔中壩土進(jìn)行了11次注水試驗(yàn)，所得壩土滲透系數(shù)為2.99×10-3cm/s～3.63×10-4cm/s，壩土滲透系數(shù)偏大，均不能滿足規(guī)范對(duì)均質(zhì)土壩滲透系數(shù)小于1.0×10-4cm/s的要求。對(duì)比原狀土樣與擾動(dòng)土樣的擊實(shí)試驗(yàn)成果，壩土的壓實(shí)系數(shù)為89.0%～92.0%，平均為90.5%，整體和局部均達(dá)不到規(guī)范要求的96%～98%的壓實(shí)系數(shù)要求，表明壩土碾壓不密實(shí)，局部壩體結(jié)構(gòu)松散。從鉆孔注水試驗(yàn)成果看，壩體滲透系數(shù)大于規(guī)范要求，根據(jù)水庫運(yùn)行情況，下游壩坡中下部出現(xiàn)散浸潮濕滲漏現(xiàn)象；壩基接觸帶存在滲漏現(xiàn)象，水庫滲漏導(dǎo)致水庫不能發(fā)揮應(yīng)有的效益。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查及走訪了解，水庫自建成運(yùn)行至今，水庫蓄水至高水位期間，左岸壩肩接觸帶中部有一處呈股狀集中滲漏現(xiàn)象，下游壩坡中下部出現(xiàn)大面積的散浸、潮濕滲漏現(xiàn)象，此外壩體接觸帶(左岸)以及壩基淺部基礎(chǔ)均存在嚴(yán)重滲漏(整個(gè)下游壩腳接觸帶均存在滲漏情況，滲漏方式多為散浸滲漏，多處滲漏匯集至壩腳下游河床，總滲漏量1.2 L/s)。因此，大壩壩體建議采用充填灌漿處理；壩肩、壩基采用帷幕灌漿處理。

表3 鉆孔壓注水試驗(yàn)成果表

4 工程總體布置

4.1 樞紐除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

除險(xiǎn)加固后水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水涵洞組成，大壩在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上進(jìn)行整形處理，并對(duì)原壩體進(jìn)行壩體充填灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿防滲處理。于大壩右壩肩新建溢洪道，封堵老溢洪道，輸水涵洞在原位上新建進(jìn)口啟閉塔，洞身進(jìn)行回填灌漿處理。除險(xiǎn)加固平面布置圖見圖2。

圖2 除險(xiǎn)加固樞紐平面布置圖

(1)大壩：對(duì)原壩體進(jìn)行壩體充填灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿防滲處理，除險(xiǎn)加固后壩頂寬為4 m，壩軸線長(zhǎng)80 m，壩頂采用泥結(jié)石路面鋪筑。上下游側(cè)各設(shè)C20砼路肩，除險(xiǎn)加固后壩頂高程為1475.50 m。整形上游壩面后鋪筑C20砼預(yù)制塊護(hù)坡至壩頂，對(duì)大壩下游壩面整形后種植草皮護(hù)坡。岸坡、戧臺(tái)分別布置0.3 m×0.3 m C20砼排水溝，棱體頂布置0.4 m×0.5 m C20砼排水溝，壩腳設(shè)貼坡排水棱體，棱體腳設(shè)0.6 m×0.7 m C20砼集水溝。大壩布設(shè)表面位移觀測(cè)點(diǎn)及滲流觀測(cè)設(shè)施，其中，布置位移測(cè)點(diǎn)4個(gè)，工作校核基點(diǎn)4個(gè)，2 m水尺2根，三角量水堰1個(gè)。

(2)新建溢洪道：新建溢洪道布置于大壩右壩肩，為開敞式無閘寬頂堰溢洪道。設(shè)計(jì)洪水位1474.13 m，下泄流量Q=1.88 m3/s；校核水位1474.40 m，下泄流量Q=3.02 m3/s。溢洪道全長(zhǎng)70 m，由進(jìn)口引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、尾水段組成。

(3)輸水涵洞：對(duì)原輸水涵洞進(jìn)行改造。處理措施為：拆除原進(jìn)口斜拉轉(zhuǎn)蓋閘及閘室段，新建進(jìn)口段、閘室段及上部啟閉塔架，安裝0.8 m×0.8 m鑄鐵閘門一道，并相應(yīng)配備手動(dòng)LG-15 t螺桿式啟閉機(jī)一臺(tái)，新建工作橋。并對(duì)原涵洞進(jìn)行回填灌漿，新建出口明渠段，并安裝0.4 m×0.4 m及1.0 m×1.0 m的平板鋼閘門各一道。改造后的涵洞總長(zhǎng)45.5 m，由進(jìn)口段、攔砂井段、閘室段及無壓洞身段組成。

4.2 灌漿防滲處理設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘壩址滲漏資料，壩土采用充填灌漿處理，基巖采用帷幕灌漿處理[2]，帷幕灌漿處理范圍：壩基及左岸壩肩采用帷幕灌漿防滲處理，右壩肩山體雄厚，為斜向結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，無低鄰谷滲漏情況，根據(jù)鉆孔情況，右岸壩體、壩肩滲透系數(shù)及透水率不大，現(xiàn)場(chǎng)勘察右岸壩體、壩肩無明顯滲漏現(xiàn)象，建議右岸不作灌漿處理。左壩肩山體較右岸單薄，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，左岸山體接觸帶及淺部巖體存在嚴(yán)重滲漏，建議左壩肩向山內(nèi)延伸12.0 m，建議帷幕灌漿深度為8.0 m，即中等透水層底界(q=10 Lu)，帷幕線總長(zhǎng)度為70.0 m。建議采用單排孔，灌漿孔距均為2.0 m，共36個(gè)孔，起灌高程為正常蓄水位～帷幕灌漿底界。

5 結(jié)論及建議

水庫除險(xiǎn)加固是一項(xiàng)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性、公益性工程建設(shè)，該水庫的安全直接關(guān)系到下游人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。該水庫大壩、溢洪道、輸水涵洞存在嚴(yán)重安全隱患，水庫的工程效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來，迫切需要對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。本文通過現(xiàn)場(chǎng)檢查、工程地質(zhì)勘查及試驗(yàn)，對(duì)該水庫存在的問題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的工程措施，可為該工程建設(shè)提供詳實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)和堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。