宜川縣劉莊水庫大壩工程質量評價研究

相里釗，龐學忠

(陜西省延安市宜川縣河道和水庫管護中心，陜西 延安 716200)

1 劉莊水庫氣象水文概況

劉莊水庫位于宜川縣西北部仕望河支流的西川河上游英旺鄉劉莊村，距309國道6 km，壩址距縣城34 km。控制流域面積100 km2，壩址以上河流長度15.0 km，河道比降為7‰。地屬黃土高原稍林區，森林茂密，植被覆蓋率高，年降水量的70%集中于6-9月，由于地處大陸腹地，遠離水汽源地，故降水年際變化大，且年內分配不均勻，因而徑流洪水的年際變化大，洪水多發生在7、8兩月，連陰雨多發生在九月。劉莊水庫地處暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天氣，秋季常有連陰雨，據英旺雨量站1961-2000 年資料統計，其多年平均值為604.5 mm。多年平均氣溫9.9℃，一月平均氣溫-5.7℃，七月平均氣溫23.6℃，極端最高氣溫39.9℃，極端最低氣溫-22.4℃，無霜期 178 d，早霜多出現在10月中旬，晚霜終于4月中旬。最大凍土深0.5 m，最大風速18 m/s。

2 水庫工程區地形地貌及地質條件分析

2.1 地形地貌

壩址區位于陜北黃土丘陵溝壑區，地貌以黃土梁和溝壑為主，河流由西流向東，河谷形態呈寬闊的“U”型，兩岸不對稱。右壩肩為基巖及黃土斜坡；左壩肩為一、二級階地，一級階地寬度約40 m，二級階地寬度大于130 m。劉莊水庫以上屬黃土高原稍林區，森林茂密，植被覆蓋率高，劉莊水庫控制流域面積100 km2，壩址以上河流長度15.0 km，河道比降為10‰。

2.2 地層巖性

壩址區出露的地層巖性為三疊系延長群(T3y)碎屑巖和第四系松散堆積層，由老至新敘述如：⑴三疊系延長群(T3y)碎屑巖；⑵第四系中更新統風、洪積堆積(Q21eol+pl～Q22eol+pl)黃土狀壤土和古土壤；⑶上更新統沖積堆積(Q3al)二級階地堆積物；⑷上更新統風積堆積(Q3eol)黃土；⑸全新統沖積堆積(Q41al)一級階地堆積物；⑹全新統沖積堆積(Q42al)淤泥質壤土；⑺全新統坡積、沖積堆積(Q4dl+al)壤土；⑻全新統坡積堆積(Q4dl)壤土；⑼人工堆積(Qs)素填土。

2.3 區域構造穩定性和地震烈度

工程區在構造上位于鄂爾多斯臺地中部，巖層產狀平緩，斷裂構造不發育，巖層中具有斜交層理。區內無區域性活動斷裂及較大斷裂分布，自第四紀以來，本區處于長期緩慢抬升，無發震構造，屬相對穩定區。依據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，工程區地震動峰值加速度為0.05 g，相應地地震基本烈度為Ⅵ度。

2.4 水文地質條件

劉莊水庫位于仕望河上游西川河支流丁盤溝上的劉莊村。仕望河發源于黃龍縣圪臺街孟家山，從河源至宜川縣城段為自南向北流，在縣城至黨灣鄉之間納入西川河折向東流，在秋林以西納入交里河，向東流入黃河，屬黃河一級支流，全長112.8 km，面積2 356 km2，全河平均比降9.7‰。西川河于縣城附近與仕望河交匯，全長52.1 km，面積519.6 km2，平均比降7.7‰。丁盤溝河長24.1 km，面積125.3 km2，平均比降11.7‰。仕望河上游森林密布，植被較好，清水長流，含沙量較小，河道多為土基河床，縣城以下河床下切較深，基巖出露，形成裸露的石峽谷。劉莊水庫以上屬黃土高原稍林區，森林茂密，植被覆蓋率高，劉莊水庫控制流域面積100 km2，壩址以上河流長度15.0 km，河道比降為10‰。

3 劉莊大壩工程質量評價

本次對劉莊水庫安全及質量評價采用現場檢查法和歷史資料分析法?，F場檢查法是通過現場檢査和勘察測量，復核水庫大壩的形體尺寸、外觀質量及運行情況等是否正常，進而評判大壩工程質量。而歷史資料分析法則是通過對工程施工質量控制、質量檢測(查)、驗收以及安全鑒定、運行、安全監測等資料的復查和分析，對照現行規范要求，評價大壩工程質量。

3.1 壩基和岸坡處理質量評價

3.1.1 壩基和岸坡地質條件

1)巖基地質條件

大壩巖基分布在原河床及右壩肩，巖性為砂巖、泥巖互層，呈水平層理，右岸基巖面出露高程約1 106 m；河床及左岸基巖面高程約1 096～1 099 m。河床處巖體強風化層厚約0.5 m，右岸巖體強風化層厚度1.0 m，左岸巖體強風化厚度約1.5 m。砂巖飽和單軸抗壓強度平均值為59.4 MPa，為中硬巖；泥巖為軟巖～較軟巖，易干裂崩解。壩基壩肩巖體完整，透水率為3.5～10 Lu。按《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287-99)，基巖為弱透水性，不必對基巖進行防滲處理。

2)土基地質條件

土基主要分布在左壩肩和右壩肩高程1 106 m以上。右壩肩土基為1 066 m以上，巖性為中更新統堆積的黃土狀壤土和古土壤層。右壩肩黃土狀壤土和古土壤層室內定名為低液限粘土，具中壓縮性，干密度平均值ρd=1.53 g/cm3。無須進行工程措施處理。左壩肩基巖面高程1 099 m以上巖性為黃土、砂質壤土和礫石層等。黃土層厚約6～10 m，砂質壤土厚度約4 m。黃土和砂質壤土為低液限粘土，具中壓縮性，為弱透水層，黃土干密度平均值ρd=1.50 g/cm3，砂質壤土干密度平均值ρd=1.58～1.59 g/cm3。砂礫石層厚度約0.5～1.5 m，級配不良，含泥量大，充填較密實，據工程地質類比，其滲透系數K=2.3×10-3cm/s，可灌性較差。

3.1.2 壩基評價

根據已給勘測資料可知，并結合調查訪問，大壩壩基為中硬砂巖，其強度高、完整性好，除險加固工程后，壩基滲透系數﹤110～5 cm/s，滿足規范要求。基巖為弱透水性。故壩基總體穩定，且防滲性能好?；鶐r的抗剪強度指標和滲透系數采用表1的數值。

表1 巖體力學性質建議值表

3.1.3 岸坡評價

據已有除險加固資料可知，通過砌護和培厚處理解決了壩肩坍塌等不穩定問題。通過現場調查可知，左、右壩肩均穩定且不存在滲漏現象。但大壩岸坡上存在冗長雜草，嚴重影響大壩的觀測和維護工作，應對岸坡進行雜草清理和草皮種植處理。

3.2 壩體工程質量評價

3.3 溢洪道質量評價

3.3.1 地基土的物理力學特性指標

溢洪道區域地基土為黃土狀壤土和古土壤層，含有鈣質結核層，具中壓縮性，地基土承載力標準值為200 kPa；溢洪道下游，上部為壤土，中部為含泥礫石層，下部為砂巖。壤土松軟，地基承載力為80 kPa，礫石層呈松散狀態，地基承載力為150 kPa，砂巖強風化層厚約1.5 m，承載力為400 kPa。

3.3.2 溢洪道工程地質條件評價

通過歷史勘察資料和除險加固施工方案可知，溢洪道區存在的邊坡穩定問題已得到解決。經現場調查可知，溢洪道區工程地質條件良好，不存在坍塌、滑塌等安全隱患。

3.3.3 溢洪道現場檢查結果

溢洪道進水段無坍塌、岸崩、淤堵或其他阻水現象；中間段的堰頂面、溢流面、底板均完好，不存在裂縫、滲水、剝落、沖刷、磨損、空蝕等不良現象；出口段未能順利連接進入河槽，邊坡沖刷較嚴重，該段渠道不平整。

3.3.4 溢洪道質量評價

根據現場檢查結果，溢洪道整體情況良好，但在出口段邊坡受到嚴重沖刷而破壞嚴重，未能順利將水引入河槽。考慮到長久導流穩定和順暢，建議對邊坡進行加固和修復、修建翼墻，以確保汛期溢洪道出口正常排泄。

3.4 放水洞質量評價

放水洞位于大壩右岸，由放水塔、涵洞組成。放水塔選用圓形鋼筋砼結構，進水口采用平底喇叭口，進口段圓弧半徑1.2 m；閘室段為0.8×0.8 m方型；漸變段長1.0 m，其上設負壓消除孔，采用φ200 mm鋼管。涵洞為拱形，進口高程1 104.9 m。為漿砌石洞體，洞內砌石完好，無砼剝落及裂縫等不良地質現象。根據劉莊水庫歷史除險加固資料可知，2008年對放水洞進水口改造處理，將臥管式進水改成塔式進水口，放水洞有足夠的泄洪能力，滿足運行要求。運行至今，未發現安全隱患。

4 質量評價結論

(1)區域地質：依據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，工程區地震動峰值加速度為0.05 g，相應地地震基本烈度為Ⅵ度。

(2)壩基與岸坡：大壩壩基與岸坡均未發現有滲漏現象。岸坡植物冗雜，嚴重影響大壩運行和觀測，建議進行雜草清理和草皮種植處理。

(4)溢洪道：溢洪道設于壩右側，為河岸開敞式，全長94.5 m，由寬頂堰、陡坡段組成。堰寬17 m。最大泄洪能力70 m3/s，堰頂高程1 116.8 m。溢洪道能夠滿足泄水要求。但溢洪道出口未進入河槽，下泄水流對邊坡沖刷嚴重，建議修建引流翼墻將水流引向河槽，并對邊坡進行修復加固處理。

(5)放水洞：放水洞位于大壩右岸，由放水塔、涵洞組成。放水塔選用圓形鋼筋砼結構，進水口采用平底喇叭口，進口段圓弧半徑1.2 m；閘室段為0.8×0.8 m方型；漸變段長1.0 m，其上設負壓消除孔，采用φ200 mm 鋼管。涵洞為拱形，進口高程1104.9 m。臥管出口周邊無滲水現象，拱型砌石涵洞與壩體土壤接觸良好，結合緊密。涵洞結構穩定，與周邊土壤和巖石接觸良好，能滿足泄水需求。放水洞可滿足運行需要，運行安全可靠。

5 結語

通過對劉莊水庫大壩進行質量評價可知，大壩的大部分工程質量滿足設計和規范要求，但在長期運行中也暴露出個別較小的質量缺陷和問題，主要存在岸坡上植物過多、大壩壩面風化嚴重、溢洪道出口未進入河槽段邊坡沖刷嚴重，后期應采取種植草皮、對邊坡進行修復加固、修建引流翼墻等相應的處理措施予以處理。總體分析，工程質量基本滿足設計和規范要求，運行中暴露的局部質量缺陷不影響工程安全，工程質量評為基本合格。評價結果為后期水庫大壩工程必要時進行除險加固提供了可靠的理論依據。