西峽縣七峪水庫除險加固工程大壩防滲方案研究

□黃玉曉 □梁士鵬 □馬 千（河南省南陽市水利建筑勘測設(shè)計院）

1 工程概述

七峪水庫位于西峽縣丹水鎮(zhèn)西北部七峪村以上1.50km處的丹水河上，屬長江流域白河水系湍河支流。該水庫于1958年3月動工興建，1969年5月基本竣工，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫壩址以上控制流域面積26.70km2，主干流長度為9.30km，河道平均比降1/130。

七峪水庫下游有西峽丹水鎮(zhèn)、內(nèi)鄉(xiāng)趙店鎮(zhèn)及內(nèi)鄉(xiāng)縣城，保護區(qū)共有居民13萬多人、0.53萬hm2耕地、寧西鐵路、滬陜高速公路、312國道、歐亞光纜、滬新光纜等。水庫一旦失事，將給沿河兩岸帶來嚴重災害，防洪位置比較重要。

七峪水庫大壩為粘土斜墻壩，大壩現(xiàn)狀壩頂高程258.33～258.65m，最大壩高21.61m，壩頂寬5.00m，壩頂長401m，無防浪墻。大壩迎、背水坡坡度均為二級，臺地段迎水坡坡比自上而下依次為1:2.50,1:3.10,1:4，高程252.03m、245.00m處戧臺寬分別為1.90、3.00m；背水坡自上而下依次為1:1.80,1:2.50,1:2.20，在高程252.00m、245.20m分別有1.70m、2.50m寬的平臺一道，在背水坡高程244.50m處由灌溉渠一條。大壩迎水坡坡采用塊石護坡，背水坡為草皮護坡。該水庫大壩上游局部無護坡，護坡部分塊石松動、塌陷，壩頂混凝土路面裂縫，下游壩坡凹凸不平，大面積凹陷，左端壩腳滲水，右端壩腳處壩體有2.00m高陡坎，陡坎面滲水，有明流。大壩壩基座于強透水的第四系全新統(tǒng)礫砂層上，清基不徹底，曾出現(xiàn)管涌翻砂等現(xiàn)象，增建粘土斜墻截水槽后，滲流基本穩(wěn)定。臺地段及兩壩肩座于強風化的基巖上，巖體裂隙發(fā)育，壩坡散浸、滲漏。

七峪水庫溢洪道位于大壩左端，現(xiàn)狀進口底部高程為253.00m，底寬最寬處為21.10m，進口段長度30m，控制段長度270m，出口段長度22m，溢洪道全長322m；溢洪道樁號0+122處右岸，沿左壩腳有一條建庫時留下的老溢洪道與之相交。溢洪道與左壩頭的連接處為一防汛交通橋，橋長25m，寬4.00m，高6.00m，為雙曲拱橋。溢洪道位于強風化砂巖上，基本無護砌，邊坡坡局部垮塌，出口過流斷面較小，上部渡槽阻水，無消能防沖設(shè)施，泄流時，水流沖刷壩腳，交通橋裂縫，護欄破損。

輸水洞位于大壩右側(cè)樁號0+328.30處，主要有進口連接段、閘室段、洞身段、出口段等部分組成，洞身結(jié)構(gòu)為1.16m× 2.07m（寬×高）的無壓拱涵。拱頂為預制混凝土拱片和磚砌結(jié)構(gòu)，側(cè)墻為白灰砌青磚結(jié)構(gòu)，洞身長82.50m，進口底部高程244.10m，輸水洞最大泄量8.24m3/s。輸水洞洞身裂縫、滲漏，閘室混凝土碳化、剝蝕，進口混凝土閘門碳化、漏水，灌溉及泄洪閘漏水，啟閉設(shè)施老化。

根據(jù)《防洪標準》和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規(guī)定，七峪水庫總庫容超過1000萬m3，屬中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級。七峪水庫原設(shè)計防洪標準為50年一遇設(shè)計，1000年一遇校核。主要建筑物有大壩、輸水洞、溢洪道等。該次除險加固工程設(shè)計依據(jù)水利部長江水利委員會對七峪水庫除險加固初步設(shè)計的復核意見，水庫設(shè)計防洪標準為50年一遇設(shè)計，1000年一遇校核。

水庫除險加固后防洪標準為50年一遇洪水設(shè)計、1000年一遇洪水校核。校核水位256.14m，總庫容1123萬m3；設(shè)計洪水位254.34m，相應庫容854萬m3；興利水位251.00m，興利庫容451萬m3；死水位244.12m，死庫容53萬m3。

2 前期工作過程

七峪水庫大壩工程存在許多安全隱患，一旦失事，將給下游沿河兩岸人民生命財產(chǎn)帶來嚴重災害。為此，在河南省水利廳、南陽市水利局的直接領(lǐng)導下，成立了大壩安全鑒定領(lǐng)導小組和大壩安全評價項目組。2007年元月對水庫大壩和溢洪道等進行工程地質(zhì)勘察和大壩質(zhì)量檢查。按照《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2000），結(jié)合水庫現(xiàn)狀，編制了《河南省西峽縣七峪水庫大壩工程安全評價報告》，并通過河南省水利廳專家組評審鑒定，提出了《大壩安全鑒定報告書》，2007年12月21日通過了水利部大壩安全管理中心的核查。

受西峽縣七峪水庫除險加固建設(shè)管理局的委托，依據(jù)2007年4月編制的《河南省西峽縣七峪水庫大壩工程安全評價報告》及水利部大壩安全管理中心的核查意見，于2008年9月編報了《河南省西峽縣七峪水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》，通過了河南省水利廳對初步設(shè)計的審查（豫水計[2008]20號文）和水利部長江水利委員會對初步設(shè)計的復核（長規(guī)計[2008]407號文）。根據(jù)批復意見對西峽縣七峪水庫進行除險加固工程施工方案設(shè)計。

3 工程存在的問題

3.1 安全鑒定結(jié)論

2007年4月，南陽市水利局組織專家對《河南省西峽縣七峪水庫大壩工程安全評價報告》進行評審鑒定，提出了《大壩安全鑒定報告書》，其安全鑒定結(jié)論為：①七峪水庫位于漢江唐白河水系湍河支流丹水河上，下游1.50km即為丹水鎮(zhèn)及寧西鐵路、滬陜高速公路、312國道等重要設(shè)施，地理位置重要。②經(jīng)復核，水庫防洪能力滿足國家《防洪標準》（GB50201-94）規(guī)定防洪標準要求，但溢洪道泄洪時嚴重影響大壩安全。③大壩壩體填筑質(zhì)量差，河槽段、臺地段干密度合格率分別為39%和48%；上游坡有多處滑塌、凹陷。工程質(zhì)量不合格。④經(jīng)復核，大壩壩坡穩(wěn)定基本滿足規(guī)范要求，但上游局部無護坡，塊石護坡大面積松動脫落。溢洪道位于全強風化砂巖上，基本無護砌，邊坡滑塌，基礎(chǔ)淘刷，出口無消能設(shè)施，不能安全泄洪。輸水洞洞身多處裂縫、射流，閘室混凝土碳化，剝蝕。結(jié)構(gòu)安全性為C級。⑤大壩壩基座于強透水的第四系全新統(tǒng)礫砂層上，處理不徹底，曾出現(xiàn)管涌翻砂等現(xiàn)象，增建粘土斜墻截水槽后，滲流基本穩(wěn)定；臺地段及兩壩肩座于強風化的基巖上，裂隙發(fā)育，有大面積散浸和明流，存在接觸沖刷隱患。滲流安全性為C級。⑥根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，該區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，相應地震基本烈度為Ⅵ度。不需進行抗震安全復核。⑦輸水洞進口鋼筋混凝土閘門嚴重碳化、露筋，出口閘門漏水，啟閉設(shè)備老化失修，絲桿彎曲，銹蝕嚴重。金屬結(jié)構(gòu)安全性為C級。⑧監(jiān)測及管理設(shè)施不完善。

綜上所述，七峪水庫病險嚴重，為三類壩，急需進行除險加固。

上述評價報告及結(jié)論于2007年12月21日通過了水利部大壩安全管理中心的核查，核查意見為：該水庫大壩上游局部無護坡，護坡部分塊石松動、塌陷，壩頂混凝土路面裂縫，下游壩坡凹凸不平，大面積凹陷，左端壩腳滲水，右端壩腳處壩體有2.00m高陡坎，陡坎面滲水，有明流；溢洪道進水渠未護砌，出口過流斷面較小，上部渡槽阻水，泄流時，水流沖刷壩腳，交通橋裂縫，護欄破損；輸水洞閘室混凝土碳化，輸水洞進口混凝土閘門碳化、漏水，灌溉及泄洪閘漏水，啟閉設(shè)施老化；大壩安全監(jiān)測設(shè)施不完善，管理設(shè)施陳舊落后，防汛公路標準低。根據(jù)專家對書面材料與現(xiàn)場核查認定結(jié)果，同意三類壩鑒定結(jié)論意見。

3.2 大壩存在的主要問題

大壩上游局部無護坡，護坡部分塊石松動、塌陷，壩頂混凝土路面裂縫，下游壩坡凹凸不平，大面積凹陷，左端壩腳滲水，右端壩腳處壩體有2.00m高陡坎，陡坎面滲水，有明流。大壩壩基座于強透水的第四系全新統(tǒng)礫砂層上，清基不徹底，曾出現(xiàn)管涌翻砂等現(xiàn)象，增建粘土斜墻截水槽后，滲流基本穩(wěn)定；臺地段及兩壩肩座于強風化的基巖上，巖體裂隙發(fā)育，壩坡散浸、滲漏。

3.3 溢洪道存在的主要問題

溢洪道位于強風化砂巖上，基本無護砌，邊坡坡局部垮塌，出口過流斷面較小，上部渡槽阻水，無消能防沖設(shè)施，泄流時，水流沖刷壩腳，交通橋裂縫，護欄破損。

3.4 輸水洞存在的主要問題

洞身裂縫、滲漏，閘室混凝土碳化、剝蝕，進口混凝土閘門碳化、漏水，灌溉及泄洪閘漏水，啟閉設(shè)施老化。

3.5 管理工程存在的問題

防汛道路路面較窄，寬3.50m，寬度不夠，通行困難；管理房急需維修，無交通車輛。

4 壩基工程地質(zhì)條件評價

4.1 河槽段（0+099～0+143）

河槽段寬44.00m，上部地層為第四系全新統(tǒng)礫砂層，厚度2.50~3.20m，主要成份為粗砂粒及小礫石，礫石粒徑一般3~5cm，個別大者7~8cm。其相對密度(Dr)0.30，標準貫入擊數(shù)(N63.50)11擊，結(jié)構(gòu)稍密。滲透系數(shù)(K)為100m/d，為強透水層。該層下伏基巖為中粗粒砂巖，巖石強風化厚1.60m，強風化以下為弱風化巖石，巖石透水率6.40Lu，屬弱透水。壩基座于強透水的礫砂層上，處理不徹底，曾出現(xiàn)管涌、翻砂等現(xiàn)象，增建粘土斜墻截水槽后，滲流基本穩(wěn)定，但仍存在壩基滲漏問題。建議對該段采用高壓旋噴灌漿或混凝土防滲墻等措施進行防滲處理。

4.2 右岸臺地段(0+143～0+318)

樁號0+143-0+200段：呈陡坎狀與河床右岸接觸，巖性為第四系全新統(tǒng)重壤土及礫砂組成，重壤土厚度3.00~3.30m，礫砂層厚1.50~1.90m，滲透系數(shù)(K)為100m/d，為強透水層，增建粘土斜墻截水槽后，滲流基本穩(wěn)定，但仍存在壩基滲漏問題。建議對該段采用高壓旋噴灌漿或混凝土防滲墻等措施進行防滲處理。

樁號0+200~0+318段，壩體直接座于巖石上，臺地段巖面深度11.00-18.50m，巖面高程247.40~239.90m，巖性為中粗粒砂巖，巖石強風化厚2.00～8.00m不等，強風化巖石透水率5.50Lu，弱透水，強風化以下，為弱風化巖石，巖石透水率7.30~8.10Lu，弱透水，因此該段不存在壩基滲漏問題。

5 塑性混凝土防滲墻設(shè)計

工程對大壩樁號0+011～0+388段采用塑性混凝土防滲墻處理，可以將壩體、壩基的滲漏進行統(tǒng)一治理，施工時可以一次開槽直抵壩基相對不透水層，連續(xù)澆筑一次成墻，施工方便，治理效果好。

防滲墻布置在壩頂，大壩壩頂寬度現(xiàn)狀為5m，需將壩頂寬度拓寬至8m。同時，防滲墻頂高程定為256.24m?；炷练罎B墻工程軸線位置與壩頂軸線位置一致。塑性混凝土防滲墻采用沿壩軸線從中間向兩端用沖擊鉆機配合液壓開槽機開槽，進行塑性混凝土防滲墻澆筑。防滲墻厚0.50m，一期槽孔長6m，二期槽孔長8m，在一、二期槽孔搭接處設(shè)接頭孔。為滿足滲透穩(wěn)定要求，混凝土防滲墻底部應深入強風化巖石5m，并按不進入弱風化巖石控制。

5.1 塑性混凝土防滲墻厚度確定

塑性混凝土防滲墻厚度可以參照下列公式進行計算：

式中：

d—防滲墻厚度，m；ΔHmax—作用在混凝土防滲墻上的最大水頭，工程為20.40m；J允——允許水力坡降，塑性混凝土取70；經(jīng)計算：d＝0.29m，考慮施工機具因素及孔斜因素，取混凝土防滲墻厚度取d=0.50m。

5.2 塑性混凝土防滲墻施工場地

塑性混凝土防滲墻施工，場地寬度應≥8m，因此結(jié)合壩頂路面及防浪墻工程將壩頂高程降低至257.68m，營造施工臨時平臺，平臺寬8.00m，滿足塑性混凝土防滲墻施工要求。施工后不再回填，按設(shè)計要求進行壩頂工程的施工。

5.3 造槽機具及導墻設(shè)計

塑性混凝土防滲墻施工采用沖擊鉆機配合液壓抓斗機造槽，造槽前應先修導墻，設(shè)計導墻高度為1.50m，厚0.20m，導墻的內(nèi)間距0.55m，高出地面0.10m，采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

5.4 塑性混凝土防滲墻材料

塑性混凝土防滲墻設(shè)計厚度0.50m，要求成墻后強度不低于5MPa，抗?jié)B標號為W4。墻體材料采用塑性混凝土，塑性混凝土中采用水泥標號不低于PO42.50，水泥用量約為200Kg/m3，粘土和膨潤土必須含有足夠粘粒和膠粒，一般來說，含粘量應>50%，膨潤土用量約為水泥用量的5%～20%，一般用量20～50Kg/m3。粘土用量20～50Kg/m3。具體材料用量應在工程施工前通過現(xiàn)場實驗確定。塑性混凝土的和易性與流動性仍采用混凝土防滲墻規(guī)范的指標進行控制，坍落度18～22cm，擴散度34～40cm，坍落度保持15cm以上的時間≥1h，初凝時間應不少于6h，終凝時間不長于24h。

5.5 質(zhì)量控制方法

5.5.1 導墻

防滲墻造槽前應先修筑導墻，導墻的施工精度(寬度、平直度及標高等)嚴重影響著單元槽段的施工精度。導墻的內(nèi)墻面應保證垂直，而且平行與連續(xù)墻中心線，兩行導墻墻面間距必須達到設(shè)計寬度；墻面與縱軸線的距離偏差≤10mm，兩條導墻間距偏差≤5mm；導墻頂應水平，全段范圍內(nèi)高差應<10mm，局部高差<5mm；導墻背側(cè)回填土應分層夯實，不得有漏漿發(fā)生；導墻混凝土在養(yǎng)護期間不得有重型設(shè)備在附近行走或作業(yè)，防止導墻開裂或位移變形。

5.5.2 造孔

孔位在不同方向的允許偏差≤3cm，孔斜率≤0.40%，一、二期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心在任一深度的偏差值不得大于設(shè)計墻厚的1/3。造孔結(jié)束后，應對造孔質(zhì)量進行全面檢查，經(jīng)檢查合格，方可進行清空換漿。清空換漿結(jié)束后1h，孔底淤積厚度應≤10cm。

5.5.3 泥漿

施工時固壁泥漿粘度應不低于20S，失水量應<20ml/30 min，相對密度為1.05～1.30，含砂量應<6%，酸堿度要求PH值為7～9。在機具造孔過程中始終要進行泥漿循環(huán)固壁工作。

5.5.4 墻體澆筑

墻體澆筑材料要符合塑性混凝土防滲墻材料要求，澆筑要連續(xù)進行，若因意外事故中斷，中斷時間不得超過30min。墻體外形尺寸、澆筑高度、技術(shù)性能指標必須滿足設(shè)計要求；墻體要均勻、完整，不得存在夾泥漿、夾泥斷墻、孔洞等嚴重缺陷；墻段之間的聯(lián)接要緊密，墻底與壩基的接觸帶和墻體的抗?jié)B性能要滿足設(shè)計要求。接頭孔施工應采用套打一鉆法或雙反弧法進行處理。

5.5.5 澆筑過程應遵守的規(guī)定

導管埋入混凝土的深度不得<1m，不宜>6m；混凝土面上升速度不應<2m/h；混凝土面應均勻上升，各處高差應控制在0.50m以內(nèi)，在有鋼筋籠和埋設(shè)件時尤應注意；至少每隔30min測量一次槽孔內(nèi)混凝土面深度，至少每隔 2h測量一次導管內(nèi)混凝土面深度，并及時填繪混凝土澆筑指示圖，以便核對澆筑方量；槽孔口應設(shè)置蓋板，避免混凝土散落槽孔內(nèi)；不符合質(zhì)量要求的混凝土嚴禁澆入槽孔內(nèi)；應防止入管的混凝土將空氣壓入導管內(nèi)。混凝土終澆頂面宜高于設(shè)計高程50cm。

5.5.6 質(zhì)量檢測及指標

塑性混凝土防滲墻墻體質(zhì)量檢查應在成墻一個月后進行，檢查內(nèi)容為墻體的均勻性、可能存在的缺陷和墻段接縫。質(zhì)量檢測采用鉆孔取芯和其它無損檢測等辦法進行，并在鉆孔中分段進行注水實驗。對墻身取芯檢查時，應按《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)取芯規(guī)定進行施工。

檢查孔位置根據(jù)施工實際情況現(xiàn)場確定，每5個槽孔可取一組試件，盡量均勻布置，但墻段連接處必須布設(shè)檢查孔，檢查孔采用C15混凝土封孔。

檢測要求墻體均勻、完整，不得存在夾泥、斷墻、孔洞等，墻段之間要聯(lián)接緊密。檢測要求塑性混凝土防滲墻體必須滿足以下指標：抗壓強度≥5MPa，彈性模量為300～1000MPa，滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s。

5.5.7 其它要求

為滿足滲透穩(wěn)定要求，混凝土防滲墻底部應深入強風化5m，并按不進入弱風化巖石控制。防滲墻施工完成后，應及時拆除臨時施工道路及其它設(shè)施，按設(shè)計要求進行壩頂工程的施工。

6 工程實踐

2009年，由御龍水利水電工程有限公司實施了大壩塑性混凝土防滲墻工程，工程完工后，經(jīng)質(zhì)量檢測認定，大壩防滲取得了良好效果，完全達到設(shè)計要求。