尖崗水庫輸泄水建筑物隱患處理措施設計

李守業

摘 要：尖崗水庫自2009年除險加固工程投入使用以來，蓄水水位較之前大幅提升，運行期間發現泄洪洞進口壩坡曾出現局部沉陷、溢洪道底部消力池附近有滲水流出。尖崗水庫作為南水北調（中線）鄭州市用水調蓄水庫，是鄭州市城市防汛中的重中之重。因此，本文分析了尖崗水庫存在的隱患，并針對隱患提出具體的處理措施。

關鍵詞：水庫;泄洪洞;灌漿

中圖分類號：TV65文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0086-03

Design of Treatment Measures for Hidden Dangers of Water

Transmission and discharge Structures in Jiangang Reservoir

LI Shouye

（Zhengzhou Water Conservancy Architecture Survey and Design Institute，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Since the Jiangang reservoir was put into use in 2009， the water level of the reservoir has been greatly increased. During the operation， it was found that the dam slope at the entrance of the spillway had local subsidence and there was seepage near the stilling basin at the bottom of the spillway. Jiangang reservoir， as the water storage reservoir of Zhengzhou City in the middle line of South to North Water Transfer， is the most important part of urban flood control in Zhengzhou. Therefore， this paper analyzed the hidden dangers of Jiangang reservoir， and put forward specific treatment measures for the hidden dangers.

Keywords： reservoir;spillway;grouting

1 水庫概況

尖崗水庫位于淮河流域沙潁河水系賈魯河的上游，壩址位于鄭州市西南尖崗村西，下游為鄭州市區，控制流域面積為113.0 km2，總庫容為6 070.41萬m3，是一座以防洪減災、城市應急供水、生態水系調蓄中樞為主的重點中型水庫[1]。

尖崗水庫位于鄭州市市區，防洪位置十分重要，水庫等別提高一等，1975年列入大型水庫管理。《關于河南省鄭州市尖崗水庫除險加固工程初步設計復核意見的函》（淮委規計函〔2008〕135號）及《關于鄭州市尖崗水庫除險加固工程初步設計的批復》（豫發改設計〔2008〕1582號）文件要求對鄭州市尖崗水庫進行除險加固，水庫總庫容為6 070.4萬m3，防洪標準按照100年一遇設計，5 000年一遇校核（+15%安全保證值）。

尖崗水庫的主體工程由大壩、泄洪洞、溢洪道、壩下放水管、副壩等建筑物組成。

2 存在的隱患

第一，尖崗水庫自2009年除險加固工程投入使用以來，蓄水水位較之前大幅提升，水庫最高蓄水位一度達到148.17 m。水位回落后發現泄洪洞進口兩側、高程145.00～147.00 m處壩坡各出現一處不均勻沉陷，當即采取了開挖回填處理。經過一段時間運行后，再次檢查發現：泄洪洞入口處出現局部沉陷、混凝土六棱塊下沉問題，且庫水位達到147.00m以上時，在泄洪洞洞內第1、2道伸縮縫有明顯滲水，在泄洪洞閘門封閉情況下仍有少量水從泄洪洞出口流出。

第二，溢洪道底部的消力池附近有滲水流出，滲水量每小時5 t左右，約100 t/d。

3 隱患成因分析

為查明原因，2017年尖崗水庫管理處委托河南省鄭州地質工程勘察院對泄洪洞、溢洪道工程場地進行了勘察。經勘察、試驗、分析，查明了隱患成因。

3.1 泄洪洞土體沉陷原因分析

根據物探及勘探資料，泄洪洞上游壩坡上部土層填筑質量不均，干密度偏低，且泄洪洞洞內第1、2道伸縮縫老化，形成滲漏通道，因壩坡第一次出現不均勻沉陷時僅對塌陷區進行土方回填，未能截斷滲漏通道，故在水庫高水位運行時壩坡再次出現不均勻沉降現象，且造成在泄洪洞閘門封閉情況下仍有少量水從泄洪洞出口流出[2-3]。

3.2 溢洪道滲水原因分析

根據2007年《鄭州市尖崗水庫除險加固工程初步設計水文工程地質勘察報告》可知，主壩底部105～122 m標高范圍內有2層含泥沙礫石、5層砂礫石、7-2層砂礫石（Q4）;消力池末端，上部為第1層灰色輕粉質壤土，下部為第2層含泥沙礫石，分布高程為118.5～120.0 m;溢洪道陡坡段自上而下為第8層砂壤土，第9層輕粉質壤土，第10層中粉質壤土和第11層重粉質壤土，消力池處全為第11層重粉質壤土。

勘察期間，庫水位為141.68 m，消力池滲水點標高在125.0 m左右。根據地層推測，滲水通道可能是砂礫石層或位于第⑤層低液限黏土底部。第⑤層底部含鈣質結核，且滲透性明顯高于上下層。另外，隨著庫水位的升高，上部第③、第②層孔隙較發育，土質較粉，也可能成為滲水通道。

4 隱患處理

根據隱患成因和現場工程情況，尖崗水庫輸泄水建筑物隱患處理采取措施：對泄洪洞位置的土體進行灌漿，溢洪道增設監測設施，收集數據進一步分析庫水位與水流的關系。

4.1 泄洪洞隱患處理

4.1.1 泄洪洞洞身漏水問題處理。泄洪洞進口1、2節洞身存在漏水現象，對滲漏部位采用變形較大、止水較好的水溶性聚氨酯灌漿，更換伸縮縫處遇水膨脹止水條。具體要求如下。

①材料性能要求：水溶性聚氨酯灌漿材料的延伸率大于100%，黏結強度大于0.6～1.5 MPa，抗拉強度大于2.0 MPa，耐久性超過20年。

②施工工藝要求。第一，布孔。布孔有騎縫孔和斜孔兩種形式，應根據實際情況和需要進行選擇。本次選用騎縫孔，孔距應視裂縫的寬度和暢通情況而定。原則上每條裂縫布置8個灌漿孔，均勻分布，特殊情況增減。第二，采用楔形厚1.5 cm的木條及M20快硬固化水泥砂漿封堵，以防止漿液流失，確保漿液在灌漿壓力下使裂縫充填密實。第三，壓水試驗。目的是檢查封堵的效果，觀察灌漿嘴之間的連通情況，若漏水應修補密封。第四，灌漿。按照底面、側面、頂面的順序灌漿，要循環作業，使伸縮縫內充滿漿液。

4.1.2 泄洪洞洞外土體不密實問題處理。在保證施工質量的前提下，黏土水泥充填灌漿方案與高噴灌漿防滲方案均可達到提高壩體密實度及防滲要求，適用于水庫隱患部位處理。但由于充填灌漿投資低于高噴灌漿，且高噴灌漿機械較大，現場施工困難。綜合考慮，本次設計擬采用黏土水泥充填灌漿對泄洪洞洞外土體進行處理。

灌漿壓力根據灌漿現場試驗確定，按自重壓力灌漿，壩頂部分初選壓力0.2～0.3 MPa。壓力由低到高，開始按最低一級壓力灌注，當吸漿量逐漸減少到一定限度后，可將壓力升高一級，直到達到單位吸漿量減少到結束灌漿標準為止。

灌漿材料選用黏土水泥漿，黏粒含量取20%～45%，粉粒含量取40%～70%，水泥摻量為15%，水土比（質量比）為1∶1～0.8∶1，泥漿容重為13.0～16.0 kN/m3，黏度達30S以上。

尖崗水庫泄洪洞軸線與工作橋軸線重合，靠近壩頂處工作橋橋下凈空不滿足灌漿機械使用，尖崗水庫興利水位為154.75 m，對應泄洪洞樁號為XHD0+043，本次設計對現狀水位處至XHD0+043段泄洪洞洞外進行灌漿，灌漿分6排，排距1 m，間距1.5 m。大壩樁號D0+018～D0+070段現狀水位至馬道部分壩坡進行充填灌漿處理，排距1 m，間距1.5 m。灌漿面積約為1 050 m2，洞壁兩側灌漿孔伸入洞底高程以下2 m，最大灌漿深度約為25 m。灌漿前拆除現狀壩坡護砌，灌漿完成后采用混凝土六棱塊進行護砌。

4.2 溢洪道增設監測設施

由于溢洪道滲水通道位于第⑤層低液限黏土底部，另外，隨著庫水位的升高，上部第③、第②層孔隙較發育，土質較粉，也可能成為滲水通道。根據2018年7月4日觀測數據，庫水位141.88 m，消力池三角堰過堰水位6.5 cm，根據地質出版社《水文地質手冊》（第二版）表14-6-8查得流量5.47 m3/h，用注水試驗滲透系數0.16 m/d，水力坡度暫按4.3%（水頭差15.09 m，距離350 m進行預估），則流速0.006 88 m/d，根據流量5.47 m3/h，反算過水面積19 081.4 m2，過水面積較大、滲徑較長，溢洪道周邊均為該地層條件，無法完全截斷滲流通道，故本次設計增設溢洪道滲壓監測設施，以便監測滲水情況，為水庫安全運行提供可靠的分析數據。

在大壩滲壓觀測系統基礎上增設溢洪道滲壓監測，沿溢洪道中心線布設1個觀測斷面，分別在YHD0+050、YHD0+100、YHD0+150、YHD0+200安裝滲壓觀測傳感器8支，并在二級消力池位置新建滲流量觀測設施，收集滲流曲線、滲流量、庫水位等數據，進一步分析滲流與庫水位的相關關系。

5 結論及建議

通過采取相關措施解決了泄洪洞進口段滲漏問題，并通過灌漿提高了泄洪洞上部壩體填筑質量，解決了水庫泄洪洞安全隱患問題;溢洪道監測設施的完善將大大提高日常水庫監測效率，及時發現并解決問題，對后期數據分析奠定基礎。

通過以上措施提高了水庫安全性，對尖崗水庫防汛安全起著重要作用。因水庫所處地理位置十分重要，是鄭州市城市防汛中的重中之重，運行管理單位應嚴格按照水庫大壩安全管理應急預案、水庫防汛搶險應急預案、水庫調度運行計劃等執行，以確保大壩安全，并在水庫蓄水過程中加強巡視，重點對泄洪洞、兩壩肩、溢洪道、大壩前后坡面、壩護腳、啟閉設備等關鍵部位進行巡查，并做好監測及巡查記錄，發現問題及時處理，保障壩下游人民的生命財產安全。

參考文獻：

[1]水庫大壩安全管理條例[EB/OL].（2011-01-08）[2020-08-10].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2011/content_1860835.htm.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.防洪標準：GB 50201—2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]中華人民共和國建設部.工程建設標準強制性條文（水利工程部分）[M].北京：水利水電出版社出版，2005.