汝陽縣玉馬水庫大壩塌坑原因淺析

□蔡國鋒（汝陽縣玉馬水庫管理處）

□王羅漢（汝陽縣水利局）

1 引言

汝陽縣玉馬水庫位于河南省汝陽縣、淮河水系沙潁河流域北汝河支流馬蘭河上，水庫控制流域面積160km2，總庫容5410萬m3，大壩為粘土斜心墻砂石混合壩。2001年5月19日玉馬水庫放水后，大壩發(fā)現(xiàn)兩處塌陷:一是，0+185.4m迎水坡437.5m平臺處橢圓塌陷,垂直壩軸線方向長37m，沿壩軸線方向?qū)?2m,平臺塌陷處最多下沉1m，一般深0.3m,坡面護坡塊石松動，沉陷中心，是1978年出現(xiàn)錐形塌坑位置。二是，大壩轉(zhuǎn)折處0+120東436m高程下方發(fā)現(xiàn)也有一塌陷，直徑約7m，深0.2m，坡面護坡塊石松動變位嚴重。從兩處塌陷跡象和位置來看，與1978年出現(xiàn)的塌坑比較類似，形成原因大致相同。下面主要分析形成大壩塌陷的原因及其形成過程。

2 2001年塌陷的發(fā)生原因

2.1 混凝土防滲墻的缺陷是2001年兩處塌陷發(fā)生的先決條件

2.1.1 混凝土防滲墻洞縫依然存在

補強和1978年對墻的局部處理沒有解決洞縫漏水?；炷练罎B墻上部與壩體斜墻連接處，是滲流控制的關(guān)鍵部位，這里承受的水壓最大，而混凝土的質(zhì)量最不易控制，容易形成孔洞。尤其像玉馬水庫防滲墻由于套打只有1/2鉆，再加上技術(shù)不熟練，所焊的鋼筋不牢固等原因，致使槽間縫接觸不良，有的段落不是混凝土與混凝土相接，而是間夾造孔泥皮及石渣，接縫處擠壓不緊密，夾泥過厚，一般2～5cm，最大的達20cm，因此容易形成集中滲流，引起防滲體的滲透破壞。防滲墻雖經(jīng)補強處理，但并未把問題全部解決完，尤其在墻最東端的槽縫(0+183.8)及11#、12#等孔因位于導(dǎo)流渠坡上未進行灌漿處理，且在東段開挖時，發(fā)現(xiàn)墻底與基巖呈拱形接觸，拱下保留槽孔殘渣，通過殘渣同時此段墻身開挖時，大壩開始合攏，未仔細檢查就作了回填，墻身縫洞沒有發(fā)現(xiàn)。以及受操作技術(shù)水平局限等，防滲墻下部灌漿處理并不太徹底。在1979年開挖處理漏管時，仍在墻上發(fā)現(xiàn)了洞縫，說明灌漿補強處理仍然有一些漏洞。

其實這種現(xiàn)象在國內(nèi)外也較為普遍，一般都具備3個方面的現(xiàn)象：(a)水力梯度>40；(b)墻縫夾泥厚度超過1～2cm,最大達20cm；(c)墻縫兩側(cè)填土顆粒較粗。玉馬水庫防滲墻與這個現(xiàn)象類似，水力坡度為47，墻縫夾泥厚度達20cm，墻兩側(cè)的填土質(zhì)量較差。因此如下部出口反濾保護不好，自然會發(fā)生滲流破壞。

防滲墻頂部伸入壩體斜心墻防滲體內(nèi)，一旦墻體在靠近頂部的部位出毛病，就會造成防滲粘土破壞，危及大壩安全。

2.1.2 混凝土防滲墻與基巖的連接隱患

墻體應(yīng)嵌入弱風(fēng)化巖層，而玉馬水庫防滲墻底部周邊接縫不良，有的槽孔底部沒有進入基巖，落在剩余的砂卵石層上或在造孔沖擊形成的殘渣上，使墻底仍有若干漏水通道，剩余的未穿透的砂卵石層厚度為0.26～2.1m，槽底剩余殘渣的厚度為0.4～0.54m，最薄的約為0.2m，防滲墻未達到基巖普遍存在，約占總長的80%以上。有的槽底上下游兩側(cè)的混凝土是支持在基巖上的，而中部則架空，呈拱形接觸，有殘渣等物留在拱形槽底，如饅頭狀隆起，致使混凝土墻體不能與基底接觸。加上防滲墻下部灌漿處理并不太徹底，因此混凝土防滲墻與基巖存在接觸滲流的隱患。

2.2 高低墻相差7m是兩處塌陷發(fā)生的特征因素

在防滲墻施工中兩墻體未能很好搭接（距砂礫石地基表層僅1m），也是兩處塌陷發(fā)生的致命缺陷。同時高低墻的存在和行洪段接坡使回填粘土體發(fā)生不均勻沉陷裂縫。造成整個壩段目前在這兩處經(jīng)過20多年的運行后發(fā)生塌陷破壞。

2.3 1978年漏管處理的局限性和隱患是塌陷發(fā)生的主要因素

2.3.1 混凝土沉井內(nèi)外井壁與斜心墻黏土形成新的接觸沖刷隱患

雖然在處理中對沉井的外井壁采用了灌漿措施,但豎直的土石結(jié)合物在水力作用較易發(fā)生接觸沖刷破壞，是一般處理中較忌諱的，加上斜墻本身的不均勻沉陷，在外井壁極易發(fā)生接觸沖刷破壞，形成縫隙，導(dǎo)致新的漏管出現(xiàn)。從1978年漏管處理中對外井壁灌漿的情況來說，在415.15m和414.5m兩個高程灌8孔，注入水泥19.6t，也說明外井壁壁面填的不實。

對于粘土本身的一般接觸坡降為4，以安全系數(shù)2來分析，允許值Jc=2?？紤]庫水位穩(wěn)定在445m時，防滲墻后406m下部粘土受防滲墻滲水浸潤軟化流失，沉井壁受到的接觸坡降為（445-406）/（415-406）=4.33,此處的接觸坡降為遠大于該值；就是考慮墻后斜墻底部400高程，（445-400）/（415-400）=3，也大于允許值。因此2001年塌陷較1978年漏管的破壞原因又增加了沉井壁與斜墻粘土的接觸破壞隱患，尤以外壁較為嚴重。

2.3.2 壩體405m以下水下混凝土回填的漏管處理存在空洞和裂縫，周邊與粘土的接縫是形成2001年壩體塌陷的重要來源

漏管的開挖為深開挖作業(yè)，406m下部為水下作業(yè)，402.5m以下為水中澆注，混凝土標號200號，采用人工拌合振搗泵振搗。其中混凝土回填時一期到六期澆到402.5m，但由于澆注期井中漏水未能止住，繼續(xù)澆到405m，澆混凝土后仍有滲水從混凝土縫中流出。因此灌漿區(qū)存在空洞，加上水下混凝土的凝固期較長，灌漿的效果較差。因此墻后的混凝土回填區(qū)所存在的空洞、裂縫及周邊縫在20年的滲流作用下產(chǎn)生滲透破壞，使上部斜墻細料得以通過裂縫向地基砂卵石滲透而流失。尤其在水位突生的慣性力作用下，防滲墻洞縫夾泥破壞，向后滲水，具備了斜墻料流失的水源。

2.3.3 漏管處理底部的反濾設(shè)置不夠，對滲流出口破壞有利

沉井至399.5m時因地下水位較高，沒有認真回填和夯實，集水井處依然沒有及時鋪墊反濾層和修復(fù)挖掉的反濾層，僅僅是鋪了一層砂，不滿足反濾要求。而且在汛期處理時井底灰土壓蓋，但開挖發(fā)現(xiàn)這種含礫石灰土松散，易塌，后不知全部挖盡了沒有。這依然是西壩段0+185.5發(fā)生滲透破壞的根源。

2.4 庫水位的驟升驟降是2001年兩塌陷形成的外因

這次兩處塌陷與1978年的漏管外因相似，自1995年以來多次庫水位出現(xiàn)驟升驟降現(xiàn)象，尤其是2000年的水位驟升，升速大，高水位持續(xù)時間長，庫水位均在415m（1978年斜墻上游面漏管中心高程）以上，即斜墻內(nèi)漏管處理的沉井一直處于水位浸泡下，而且有一半時間的庫水位在437.5m以上（現(xiàn)塌陷表面高程），說明1978年漏管處理的沉井大多在水位浸泡之下。1998年自4月10日425.5m至8月27日446.68為庫水位上升期，日最大升速6m，自1998年7月14日至1999年6月2日庫水位持續(xù)在437.5m以上有324天，自1998年8月4日至1998年12月22日持續(xù)在440m以上有141天；而2000年自6月3日421.1m開始漲水，中間有自6月25日423.3m開始均以2m/d的漲速上漲，7月7日至7月8日日最大水位驟升達7.6m，至7月16日最高為445.57m，2000-2001年的高水位持續(xù)時間較長，其中在437.5m以上有327天（2000.7.8-2001.5.30），在440m以上有294天。

大壩經(jīng)漏管處理后，先期運行水位不是很高，但經(jīng)過20多年的運行，幾十個汛期的考驗，水位突升突降，急劇加荷，通過砂卵石使斜墻粘土變軟對它產(chǎn)生“水力劈裂”作用，混凝土墻與斜墻，沉井與斜墻、高低墻頭，混凝土墻與人工墻等逐漸引起不均勻沉陷，對斜墻自身裂縫和接觸裂縫的形成與發(fā)展起加速的作用。尤其2000年水位驟升和持續(xù)高水位，致使隱縫張開擴大形成層裂縫，增加了滲漏通道，進而垂直向上引起滲流通道和流失，因而產(chǎn)生塌陷。

3 2001年塌陷的形成過程分析

在高水位下尤其在突升的水力條件下全壩段的混凝土防滲墻洞縫夾泥逐漸破壞滲水，而1978年漏管處理的沉井存在接觸沖刷隱患及405m以下回填混凝土存在空洞縫隙等隱患，加上墻后反濾不夠，自防滲墻滲過來的水體不斷浸潤斜墻土體，斜墻細料不斷在滲流力和重力的作用下從反濾不夠的底下出口進入壩基砂卵石中向下游滲漏，在1998年和2000年水位突升和持續(xù)高水位下繼續(xù)向頂部發(fā)展，沉井外壁形成滲漏通道，最后在2001年形成垂直性的通道，壩殼風(fēng)化料逐漸進入通道，以至在2001年形成塌陷。由于下部混凝土回填和灌漿的作用，斜墻細料的滲流流失較慢，因此風(fēng)化料進入下部通道尚沒有達到1978年的形態(tài)，因此壩坡表面在風(fēng)化料流失后僅塌陷0.5m,但由于發(fā)生在沉井外的接觸沖刷導(dǎo)致滲漏通道范圍較大，因此0+185老漏管處的沉陷范圍較大，而0+120西壩頭的沉陷范圍小。

4 結(jié)論

2001年塌陷的發(fā)生表明大壩內(nèi)部已經(jīng)形成了滲漏通道，繼續(xù)發(fā)展下去，在高水位的影響下，通道進一步擴大，大壩塌陷將進一步增大，形成壩體滲漏大通道，造成大壩整體塌陷，嚴重時將會潰壩。

[1]毛昶熙,段祥寶,李祖貽.滲流數(shù)值計算及程序應(yīng)用[M].河海大學(xué)出版社，1999年(9).

[2]周平明.玉馬水庫壩體漏管的發(fā)生及處理[M].河南水利科技，1984(2).