溢溝水庫除險加固設計

王 燕

（臨汾市水利勘測設計院 山西 臨汾 041000）

1 工程概述

溢溝水庫位于汾河的三級支流天河中上游，地處曲沃縣城東南14km紫金山北麓的北董鄉東閆村南的溢溝溝口。控制流域面積26km2，流域地貌屬黃土階臺地、灰巖土石山，流域主河道長度12.2km，流域平均寬度2.13km，流域平均坡度18‰。溢溝水庫始建于1968年12月，于1975年5月竣工受益，總庫容225萬m3。2009年水庫除險加固，2010年工程完工，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的小(1)型水庫。水庫樞紐工程由大壩、灌溉洞、泄洪洞和溢洪道組成。其中大壩為均質土壩，壩頂長 230m，最大壩高 24.5m，壩頂高程555.95m，壩頂寬5.5m，大壩壩頂上游側設高1.2m磚砌防浪墻。泄洪洞位于大壩左岸，由無壓洞段、泄槽段、挑流段組成。灌溉洞位于大壩右岸，為有壓洞，由進水塔、洞身、工作橋三部分組成。溢洪道位于大壩右岸，為開敞式溢洪道，總長211m。由進口段、陡坡段、消力池和挑流鼻坎等組成。

1.1 壩體土填筑質量

2006年6 月取壩體土樣做物理力學試驗，壩體為粉質壤土，總體為稍濕～濕土，呈可塑～堅硬狀，屬高壓縮性土，非濕陷性土。最大干密度1.59g/cm3，最小干密度1.44g/cm3，平均干密度 1.52g/cm3。其中，干密度小于1.5g/cm3的有4個，占總統計樣數的31%；干密度大于1.5g/cm3（含1.55g/cm3）的有9個，占總統計樣數的69%。

在鉆探過程中發現大壩壩體局部填筑質量較差，土質松散，遇水后呈軟塑狀態，出現巖芯拉長現象，進尺快，在孔深5.7m～7.9m間土質松軟。

1.2 泄洪洞現狀

泄洪洞位于大壩左岸，樁號0+193處，由無壓洞段、泄槽段、挑流段組成。進口底高程為538.9m，出口底高程為537.8m，設計底縱坡i=0.88%，泄洪洞進口為φ850的鋼管，無壓洞全長125m，斷面為城門洞型，寬1.5m，高1.95m，邊墻為漿砌石結構，頂拱采用砼襯砌。資料顯示，泄洪洞底板坐落于第四系中更新統沖洪積(Q2)地層上。

進行現場勘查后，發現泄洪洞內伸縮縫處均有不同程度的滲水、漏水，距泄洪洞出口63.1m處出現環向裂縫，最大縫寬1mm；距洞出口67m處出現環向裂縫，最大縫寬10mm左右；距洞出口73.4m處伸縮縫漏水嚴重，專項組檢查時有渾水滲漏；距泄洪洞出口79.3m處出現環向裂縫，最大縫寬2mm左右。裂縫寬度及滲水量較大的位置出現在大壩壩頂上游處。

根據鉆孔揭露泄洪洞洞頂和兩側均分布為砂卵礫石，由于有砂卵礫石的分布，致使泄洪洞洞壁接縫處產生漏水。2013年，庫水位為546.1m～552.3m，測得滲漏量為0.7L/s～1.48L/s。

據實地調查和觀測資料分析，泄洪洞滲漏量與庫水位升降有關。當庫水位升高時，滲水量加大，所以滲漏水量隨庫水位上漲逐漸增加。

1.3 左壩肩現狀

左壩肩土的物理力學性質根據2006年試驗數據，塑限17.0%，液限29.43%，塑性指數 12.43，干密度 1.75g/cm3，密度2.09g/cm3，孔隙比0.55，滲透系數2.63×10-6cm/s，含水量18.8%，C值50.99kPa，φ值20.02°，壓縮系數0.129MPa-1，濕陷系數0.0005，屬低壓縮性，非濕陷性土。

左壩肩泄洪洞由于在大壩左岸高程548.9m～544.8m，分布一層厚為4.1m的細砂；在高程543.78m～541.58m，分布一層厚2.2m砂卵礫石，滲透系數1.9×10-3cm/s；在高程541.3m～536.45m，分布厚2.4m～4.85m粉砂，滲透系數2.7×10-4cm/s。泄洪洞洞頂和洞壁位于砂卵礫石中，所以大壩在運行期間左壩肩泄洪洞洞壁伸縮縫、裂縫處產生漏水，漏水點高程538m，1999年3月20日測得滲流量最大為2.0L/s。

（1）滲透變形形式的判別

左壩肩可能產生的滲透變形形式，根據《水利水電工程地質勘察規范》中要求，采用顆粒分析所得的不均勻系數和細粒含量來判別滲透破壞形式。其判別標準：正常顆粒級配情況下不均勻系數Cu＜5的土為流土；Cu＞5的土，細粒含量＞35%為流土，細粒含量25%～35%，可能為流土也可能產生管涌，細粒含量＜25%時為管涌。

（2）允許水力比降

左壩肩分布的砂卵礫石，不均勻系數Cu＞5，滲透變形形式為管涌。

允許水力比降：根據《水利水電工程地質勘察規范》表G.0.7，J允許=0.15。

（3）實際水力比降

根據水庫正常蓄水位551.5m和大壩下游泄洪漏水點高程538.0m計算。計算公式：

式中，H1——上游水位，取設計正常庫水位551.5m；

H2——下游水位，取大壩下游泄洪洞漏水點高程538.0m；

2b——滲徑長度，取最短滲徑28.85m；

計算實際水力比降：J實際=0.47。

經計算左壩肩泄洪洞的實際水力比降大于允許水力比降，滲透處于不穩定狀態。

2 問題與建議

2.1 問題

2.1.1 工程地質問題

壩體土為粉質壤土，總體為稍濕～濕土，呈可塑～堅硬狀，屬高壓縮性土，非濕陷性土。最大干密度1.59g/cm3，最小干密度1.44g/cm3，平均干密度 1.52g/cm3。

水庫在蓄水運行期間，主河床下游壩坡未發現有滲流溢出。右壩肩溢洪道左、右側滲漏嚴重，且左側有大面積滑塌。2004年對滲流部位進行反濾處理，但仍存在滲漏。2006年對透水層做了防滲處理,目前未發生滲漏。

2.1.2 泄洪洞存在的問題

泄洪洞設計底高程538.9m～537.8m，位于第四系中更新(Q2)壤土夾粘土之上，洞頂和兩側洞壁分布一層砂卵礫石，由于有砂卵礫石的分布，致使泄洪洞洞壁接縫處產生漏水，滲漏量為2.0L/s。

2.1.3 左壩肩存在的問題

經對左壩肩砂卵礫石層滲透穩定性評價，滲透處于不穩定狀態。

2.2 建議

針對上述存在的問題，如不盡快修復，將會影響水庫運行安全，水庫的灌溉、養殖等效益將不能保證，一旦水庫出現較大問題，危及下游人民群眾生命和財產安全，故對水庫應急專項除險加固是非常必要的。

建議大壩左岸和泄洪洞側墻周圍的透水層做防滲處理，防止泄洪洞漏水。

3 除險加固方案

3.1 泄洪洞加固方案

針對應急專項檢查目前泄洪洞存在洞內滲水、漏水的問題，對泄洪洞加固，泄洪洞采用內外加固的工程措施。

現狀泄洪洞為城門洞型無壓涵洞，洞高1.95m，洞寬1.5m，洞內加固采用2008年初步設計批復方案，洞內穿DN1400鋼管，洞與管間砂漿充填。進水塔與現狀泄洪洞連接段，采用DN1400鋼管外包C25鋼筋混凝土連接進水塔與現狀涵洞，現狀泄槽明渠段鋪設DN1400鋼管至壩坡下游，管道出口接消力池，寬2.0m～5.0m，池長18m，池深0.8m，消力池后接尾水渠，寬5.0m～13.0m，長19.5m，渠深2.0m，設計縱坡1/500。

泄洪洞外采用充填灌漿，灌漿孔布設在泄洪洞外側0.5m～1.0m，左右兩側各一排，一序孔孔距5m，二序孔在一序孔的兩孔中間插補加密。灌漿土料要求塑性指數10%～25%，粘粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量＜10%，有機質含量＜2%，可溶鹽含量＜8%；漿液物理力學性能要求容重1.3 t/m3～1.6t/m3，粘度 30s～100s，穩定性＜0.1g/cm3，膠體率＞80%，失水量 10 cm3/30min～30 cm3/30min。灌漿施工前應做灌漿試驗，選有代表性的壩段，按灌漿設計進行布孔、造孔、制漿、灌漿。觀測灌漿壓力、吃漿量及泥漿容量，試驗孔不少于3個，試驗結束后，根據試驗確定施工參數。

3.2 左壩肩滲漏處理

水庫在運行過程中，泄洪洞伸縮縫、裂縫處滲流,左壩肩分布有透水層，在洞壁接縫處,庫水通過洞頂砂卵礫石層產生滲漏，根據左壩肩透水層分布情況進行防滲。

左壩肩滲漏處理選取壩頂高噴防滲墻。在壩頂左側壩軸線設高噴防滲墻，伸入左壩肩，樁號 0+008.65～0+063，墻長 54.35m，深入透水層下部 2m～3m，頂高程 554.07m～536.48m，底高程531.35m。高噴墻的防滲標準：滲透系數K≤1×10-6cm/s，抗壓強度≥1.5Mpa。采用單排擺噴高壓噴射灌漿，擺噴角15°，高噴灌漿孔分兩序施工，初擬設計參數孔距150cm，高壓水壓力33Mpa～35Mpa，流量75L/min，壓縮氣壓力0.7Mpa,送氣量1m3/min～1.5m3/min；水泥漿壓力 0.1MPa～1.0MPa，注漿量60L/min～100L/min，進漿比重不小于1.5g/cm3，孔口冒漿比重不小于1.3g/cm3。設計板墻延伸范圍60cm～180cm，有效長度50cm～150cm。施工時選擇有代表性的地層進行高噴灌漿現場試驗，并根據現場試驗確定施工參數、漿液性能要求、適宜的孔距、墻體防滲性能等。

4 結語

溢溝水庫保護著下游6個村莊、8000人、20000畝耕地，三條公路7km和6個企業及其下游天河水庫的安全，因此水庫的安全與否至關重要。溢溝水庫經過除險加固改造后可以達到正常運行目的，滿足下游灌區農田的灌溉和工業供水需求，保證下游村莊和人口的防洪安全。陜西水利

[1]水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）[S].

[2]水工建筑物抗震設計規范(SL203-97)[S].

[3]水工混凝土結構設計規范（SL/T191-2008）[S].