李 華，唐 宏

(1.江西省大余縣水利局，江西 大余 341500；2.江西省大余縣水庫工程管理局，江西 大余 341500)

1 工程概況

某水庫是一座以灌溉為主兼有發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫[1]。工程由水庫樞紐和灌區(qū)兩大部分組成，水庫現(xiàn)狀總庫容1552.2萬m3，其中興利庫容1206萬m3，為年調(diào)節(jié)中型水庫。水庫現(xiàn)狀設(shè)計洪水標準為50 a一遇設(shè)計，1000 a一遇校核，校核洪水位為363.24 m，水庫正常蓄水位為360.00 m。水庫設(shè)計灌溉面積1.02萬畝，灌溉保證率90%。保護下游人口0.96萬人，耕地1.7萬畝。水庫于1980年6月建成開始蓄水運行，至今已運行30余年，發(fā)揮了巨大的工程效益。2015年6月8日以來，水庫內(nèi)連降大雨和暴雨，6月11日因大量洪水沖刷導(dǎo)致水庫溢洪道底部靠廠房側(cè)山體產(chǎn)生大面積滑坡，嚴重影響了大壩和電站的安全。為確保水庫的安全運行，充分發(fā)揮水庫的灌溉、防洪、發(fā)電等綜合效益，對水庫進行應(yīng)急除險加固。本文主要進行溢洪道存在的問題、工程地質(zhì)條件分析以及溢洪道消能防沖復(fù)核，并進行溢洪道下游消能段除險加固。

2 溢洪道存在的問題

水庫溢洪道位于大壩南側(cè)，與壩肩相鄰，溢洪道沿左岸渾厚的山體斜坡布置，溢洪道全長176 m。溢洪道目前存在的主要問題有：(1)溢洪道陡坡段末端右岸山體出現(xiàn)滑坡(1#滑坡)，面積約250 m2。陡坡段末端左岸出現(xiàn)滑坡(2#滑坡)，面積約600 m2；(2)溢洪道樁號0+105～0+113 m樁號處為F1斷層，斷層寬6 m～8 m，與溢洪道呈大角度相交，經(jīng)多次泄洪沖刷，現(xiàn)狀已形成深3.5 m的沖刷坑；(3)溢洪道陡坡段末端右側(cè)邊坡沿F1斷層方向完全被沖毀，并在北西側(cè)形成5 m～6 m深的沖刷坑。

3 工程地質(zhì)條件及評價

水庫庫區(qū)屬構(gòu)造侵蝕的中低山坡陡地貌，地面呈波狀起伏，溝谷發(fā)育，地表高程一般在300 m～600 m之間。庫周兩岸山坡坡度一般為25°～35°，靠近大壩地段岸坡坡度約30°，水庫區(qū)河床較窄，河谷呈“U”字型，庫盆較平緩，庫前地形開闊。庫區(qū)內(nèi)出露的地層巖性主要有：晚侏羅世下渡組(Jxd)紫紅色流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，第四系沖洪積砂礫卵石層(Qal+pl)、第四系含碎石坡殘積層(Qdl+el)粘土等。庫區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，以斷層和節(jié)理裂隙為主，無區(qū)域性大斷裂構(gòu)造帶通過。庫區(qū)巖體風(fēng)化作用強烈，地表巖石多為強至全風(fēng)化，全風(fēng)化層厚度一般為0.8 m～3.5 m，局部達到4 m以上。第四系殘坡積層遍布庫周山體，其厚度一般為0.6 m～1.5 m，最厚可達2 m以上。庫區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，地下水主要來源于大氣降水，根據(jù)含水層性質(zhì)、地下水埋藏條件，本區(qū)地下水含水層為：孔隙性含水層和裂隙含水層。工程區(qū)場地類型屬堅硬～中硬，場地穩(wěn)定性較好，測區(qū)地震動峰值加速度小于0.05 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震基本烈度小于6度。

溢洪道下游段0+105 m～0+113 m底板為F1斷層，斷層被弱至全風(fēng)化輝綠玢巖脈(βμ)充填，全風(fēng)化輝綠玢巖脈浸水易軟化、崩解，抗沖刷能力差，經(jīng)多次泄洪沖刷，該地段已形成深3.5 m的沖刷坑，并導(dǎo)致溢洪道右側(cè)邊墻失穩(wěn)坍塌，且有進一步加深沖刷的趨勢，該段溢洪道存在地基穩(wěn)定性差的工程地質(zhì)特性，巖體基本質(zhì)量等級屬Ⅴ類，物理力學(xué)性能差。

4 溢洪道消能防沖段加固處理

4.1 溢洪道消能防沖復(fù)核

陡槽段末端采用挑流鼻坎進行消能，鼻坎頂高程348.37 m，挑射角25°。挑流計算采用《溢洪道設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的計算公式，即：

(1)

式中：L為自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外緣挑距，m；θ為挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角25°；h1為挑流鼻坎末端法向水深，m；h2為鼻坎坎頂至下游河床高程差，m；V1為鼻坎坎頂水面流速，m/s，可按鼻坎處平均流速V的1.1倍計，以上參數(shù)值見表1。

沖刷坑最大水墊深度計算公式：

T=Kq0.5Z0.25

(2)

ts=T-z

(3)

式中：T為自下游水面至坑底最大水墊深度，m；ts為沖坑深度，m；q為鼻坎末端斷面單寬流量，m3/s·m；Z為上下游水位差，m；z為下游水深，m；k為綜合沖刷系數(shù)，選用k=1.40。

挑流計算復(fù)核根據(jù)規(guī)范要求采用30 a一遇洪水復(fù)核，計算成果見表1。

表1 挑流消能復(fù)核成果表

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)挑流消能的安全挑距的規(guī)定，應(yīng)不影響壩趾基巖穩(wěn)定，沖坑最低點距壩趾的距離應(yīng)大于2.5倍的坑深。水舌入水寬度應(yīng)不影響沖坑兩側(cè)岸坡或其他建筑物的穩(wěn)定。從表1可知水庫的消能防沖滿足要求。

據(jù)現(xiàn)場踏勘和工程地質(zhì)評價，在溢洪道樁號0+105 m～0+113 m(挑流沖坑位置)斷層位置，溢洪道存在地基穩(wěn)定性差的工程地質(zhì)特性，因此需對沖刷坑進行處理。

4.2 消能防沖段加固方案比選

本次溢洪道消能防沖段加固依據(jù)泄水消能后行洪線路，擬選用兩種方案進行比較分析。

(1)方案一

恢復(fù)原溢洪道行洪線路方案，新建溢洪道右側(cè)墻，對沖刷坑進行回填、護砌，拓寬修整溢洪道出水渠，具體建設(shè)內(nèi)容為：

對1#沖刷坑采用C25埋石砼填筑，并在面層設(shè)C25鋼筋砼護坦，護坦長10 m，寬14.5 m～16 m，厚1 m，面層設(shè)φ14鋼筋網(wǎng)，間距200 mm。護坦設(shè)DN100PVC排水管，間距2 m×2 m，梅花型布置。

對2#沖刷坑由下至上分三級填筑。第一級為2#沖刷坑回填，填筑材料為C25埋石砼，填筑最低高程319.6 m，頂部高程324.5 m～326.0 m。第二級為新建側(cè)墻基礎(chǔ)，采用C25埋石砼填筑，高程326.0 m～333.0 m。呈臺階狀，每級臺階寬0.5 m，高1 m。第三級為C25埋石砼側(cè)墻填筑。側(cè)墻頂寬0.8 m，底寬2.6 m～3 m，高4 m～5 m，擋墻內(nèi)側(cè)坡比1∶0.05，外側(cè)坡比1∶0.45，擋墻設(shè)置范圍為溢洪道樁號0+103.5～0+131.5，總長28 m。

樁號溢0+96.5～0+103.5，新建右側(cè)導(dǎo)墻，導(dǎo)墻高2.5 m，頂寬0.5 m為C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)。導(dǎo)墻基礎(chǔ)采用臺階式開挖，每階寬1 m。設(shè)有一排Φ25錨筋與墻身鏈接，錨筋長2 m，間距1 m，深入巖基1.5 m。

樁號溢0+131.5～0+176.0，對出口段巖體進行開挖平整拓寬，開挖平整后底高程為333.0 m，左側(cè)開挖邊坡為1∶0.5。

(2)方案二

維持現(xiàn)有溢洪道行洪線路，在2#沖刷坑區(qū)域新建消力池，并對沿線岸坡進行護砌，出水渠段突出的阻礙行洪的巖體進行挖除。具體建設(shè)內(nèi)容為：

對1#沖刷坑采用C25埋石砼填筑。并在面層設(shè)C25鋼筋砼護坦，護坦頂高程332.0 m，厚1 m，面層設(shè)一層φ14鋼筋網(wǎng)，間距200 mm。護坦設(shè)DN100PVC排水管，間距1 m×1 m，梅花型布置。

對2#沖刷坑采用C25埋石砼回填，填平至324.5 m，上部新建C25鋼筋砼消力池，消力池長10.5 m，寬10 m～12 m，厚0.8 m。池底高程325.5 m，設(shè)雙層φ16鋼筋網(wǎng)，間距200 mm。池底底設(shè)φ100PVC排水管，間距2 m×2 m，梅花型布置。消力池后設(shè)有C25鋼筋砼消力坎，坎頂高程327 m，消力坎后是布置10 m長的海漫。

新建C20埋石砼擋墻56.5 m，擋墻布置在行洪渠道兩側(cè)受洪水沖刷嚴重的區(qū)域。擋墻高3 m～4 m，頂寬0.5 m，外坡坡比1∶0.05，內(nèi)坡坡比1∶0.3.5。

對溢洪道沖刷坑后樁號0+131.5～0+176.0處，突出阻礙行洪的巖體進行拓寬平整處理。

(3)對比分析

分別對兩種方案的地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、主要工程量、施工進度、工程投資等進行分析整理，綜合匯總兩方案技術(shù)經(jīng)濟條件進行比較，見表2。

從表2看出，兩種加固方案均能起到消能防沖效果，對溢洪道末端及兩側(cè)岸坡均能起到較好的保護作用，施工工藝與施工條件均較為成熟方便。方案一投資較高，巖體開挖方量較多，但溢洪道保持原有的行洪線路，不會生產(chǎn)新的沖刷隱患。方案二投資較小，較好利用了現(xiàn)有的地形條件，減少巖體開挖量。但因其改動了原來的泄洪渠道，會對兩岸產(chǎn)生新的沖刷安全隱患，并對下游產(chǎn)生一定的影響。

表2 加固方案技術(shù)經(jīng)濟條件比較表

綜合比選，方案一工程投資略高于方案二，但該方案治理效果較好，滿足溢洪道泄洪消能的要求，同時不會產(chǎn)生新的安全隱患，因此本次溢洪道消能防沖段加固擬采用方案一。

4.3 滑坡體治理加固方案

4.3.1 滑坡成因分析

從總體上來看，造成滑坡的成因主要有以下幾點：

(1)在F1斷層處，溢洪道邊坡受斷層影響，邊坡穩(wěn)定性差，曾沿F1斷層方向發(fā)生滑坡，目前該邊坡已基本穩(wěn)定；

(2)連續(xù)暴雨是滑坡產(chǎn)生的直接誘因；

(3)溢洪道的邊坡開挖改變了坡體的原始地形，對坡體前緣卸荷，減小了滑體阻滑力，從而降低滑坡的穩(wěn)定性，是形成滑坡的另一重要因素。

4.3.2 滑坡治理方案確定

(1)1#滑坡體

現(xiàn)場檢查1#滑坡體滑移面裸露，為巖質(zhì)邊坡，坡面基本穩(wěn)定。1#滑坡體位于陡坡段末端左側(cè)山上，其位置對下游溢洪道泄洪安全影響較小。因此，本次應(yīng)急加固不對其進行加固處理，僅在邊坡坡頂設(shè)截水溝，加以襯砌，以防止地表水注入滑坡體，影響滑體穩(wěn)定性，截、排水溝采用梯形截面，C20砼結(jié)構(gòu)。

(2)2#滑坡體

2#滑坡體滑移面裸露，為巖質(zhì)邊坡，坡面平順光滑，已處穩(wěn)定狀態(tài)，本次應(yīng)急加固對坡面殘余滑坡體進行清除，沿滑坡體后緣設(shè)置截水溝，截水溝結(jié)構(gòu)形式同上。

5 結(jié)論及建議

該水庫于1980年6竣工投入運營，至今已運行30余年，工程效益顯著，為發(fā)展該地的地區(qū)經(jīng)濟，提高人民的生活水平和質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。除險加固為水庫的正常運營，地區(qū)經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全提供了安全保障。工程于2018年完成除險加固，除險加固后水庫正常運行，建議水庫溢洪道除險加固后在運行中要加強管護和觀測，防微杜漸，避免造成損失。