任莊水庫(kù)大壩改建加固措施簡(jiǎn)述

宋必連

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 基本情況

任莊水庫(kù)位于晉城市澤州縣高都鎮(zhèn)任莊村南的丹河干流上，距晉城市區(qū)20 km，是黃河流域沁河水系丹河干流上的一座以防洪為主，兼顧灌溉、供水的中型水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積1298.6 km2，設(shè)計(jì)總庫(kù)容8050萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。水庫(kù)正常蓄水位765.36m，設(shè)計(jì)洪水位773.91m，校核洪水位776.20m。

水庫(kù)樞紐工程由大壩、正常溢洪道、非常溢洪道和輸水涵洞等組成。主壩長(zhǎng)335m，副壩長(zhǎng)325m，最大壩高35.3m，壩頂寬5m，大壩為碾壓式均質(zhì)土壩。

正常溢洪道緊臨大壩右壩肩，為開敞式溢洪道，由引渠段、控制段、泄槽段和挑流段四部分組成，全長(zhǎng)392m，堰頂高程765.36m。左岸非常溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段和陡坡段四部分組成，全長(zhǎng)300m，堰頂高程768.36m，堰凈寬40m。

輸水涵洞位于大壩左岸原狀土上，由進(jìn)水塔、輸水涵洞、輸水渠等組成。進(jìn)口底板高程756.16m，進(jìn)水口尺寸2m×2m，設(shè)平板鋼閘門及啟閉設(shè)施，涵洞長(zhǎng)110m。

2 存在問(wèn)題

2.1 壩體變形及沉陷

大壩壩頂起伏不平，最低處較最高處低0.38m，壩頂路面向下游傾斜。防浪墻墻腳與壩頂路面出現(xiàn)裂隙，裂隙寬5～8 cm，最寬處達(dá)15 cm。另外，在大壩迎水坡距壩頂防浪墻約12m范圍出現(xiàn)長(zhǎng)約190m的沉陷坑，寬約12m，深0.15～0.30m，最大沉陷量0.5m；大壩背水坡一、二級(jí)馬道附近局部有沉陷坑，個(gè)別觀測(cè)管裸露在外。

2.2 壩基滲漏

壩基上部為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級(jí)配不良礫，結(jié)構(gòu)松散。下部為中更新統(tǒng)洪積低液限黏土，局部夾卵石混合土層。下伏基巖為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。壩基卵石混合土層存在管涌類型的滲透變形，壩基卵石混合土與其上部壩體土存在接觸沖刷問(wèn)題。

2.3 右壩段滑坡

1963年9月19日，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到767.72m時(shí)，右壩段樁號(hào)0+065—0+180段壩體土向下游發(fā)生滑動(dòng)，距大壩軸線約100m處形成一個(gè)黃土平臺(tái)。

2.4 輸水涵洞出口處左側(cè)邊坡不穩(wěn)定

輸水洞出口左側(cè)為一土質(zhì)邊坡，局部現(xiàn)已拉裂。該不穩(wěn)定邊坡表面出現(xiàn)拉張裂隙，形成諸多條平行岸坡走向的拉張裂隙，寬3～10 cm，長(zhǎng)約20m。

2.5 右壩肩繞壩滲漏及右壩端接觸沖刷

大壩右壩肩地層巖性主要為奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰黃色角礫狀泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r，巖體坡碎，灰?guī)r巖體中巖溶較發(fā)育，主要為溶蝕裂隙、溶孔、溶洞等，具中等—強(qiáng)滲透性，形成右壩肩繞壩滲漏通道；右壩肩與壩體接觸部位存在接觸沖刷隱患。

2.6 非常溢洪道未完建

由于資金不足，左岸溢洪道僅對(duì)引渠段和泄槽段進(jìn)行了開挖、襯砌，控制段和陡坡段尚未開挖貫通，致使左岸非常溢洪道至今不能正常投入運(yùn)行。

3 加固措施

3.1 大壩壩體加固

改建加固后的大壩壩軸線相對(duì)原壩軸線向下游移動(dòng)了45.0m，壩頂長(zhǎng)676m。為充分利用現(xiàn)狀壩體，在大壩上游壩坡高程770.50m處設(shè)寬19～27m的開挖平臺(tái)，然后向下游側(cè)以1∶3的開挖坡度挖除原壩體土至現(xiàn)河床新壩基，最后進(jìn)行新壩體的填筑。壩頂高程維持現(xiàn)狀776.96m，最大壩高35.3m，壩頂寬度10m，壩頂路面采用預(yù)制混凝土塊路面，壩頂上游側(cè)設(shè)1.2m高的漿砌石防浪墻。

3.2 壩基防滲處理

大壩壩基防滲采用高壓旋噴灌漿，防滲軸線位于新壩軸線上游55m處。高壓旋噴灌漿采用二管法，高壓旋噴灌漿施工平臺(tái)高程770.50m，灌漿深度根據(jù)主、副壩地質(zhì)資料確定，灌漿范圍為樁號(hào)FS0+140—FS0+660，采用單排灌漿孔布置，防滲墻頂深入壩體土層3.0m，墻底深入基巖1.0m。高噴灌漿墻體滲透系數(shù)不大于 1×10-6cm/s，墻體結(jié)石強(qiáng)度 5～15 MPa、墻體最小厚度0.8m。灌漿孔距0.8m，灌漿壓力30 MPa，氣壓0.7 MPa，水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1。灌漿施工前在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高壓旋噴灌漿試驗(yàn)，滿足上述要求后方可施工。施工完成后壩體內(nèi)的鉆孔采用黏土封孔。

3.3 大壩護(hù)坡及排水

上游壩坡在正常蓄水位765.36m以下維持不變，正常蓄水位以上整修為1∶3.0；下游壩坡自上而下依次為 1∶2.5，1∶2.75，1∶3，在高程 766.96m 和 756.96m 處各布設(shè)一條馬道，寬2.0m，內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝。壩體上下游壩坡均采用干砌石護(hù)坡，其下部鋪設(shè)過(guò)渡層和反濾層。為降低壩體浸潤(rùn)線，使壩體處于滲流穩(wěn)定狀態(tài)，下游壩坡腳處布設(shè)反濾及排水棱體。排水棱體頂部高程749.96m，頂寬2.0m，內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝，上游側(cè)和壩體接觸面、下部和壩基接觸面均鋪設(shè)過(guò)渡層和反濾層。

3.4 新填筑壩體壩基處理

開挖后的壩基若為黏土層，壓實(shí)后直接填筑壩體土；開挖后的壩基若為砂卵石混合土層，為防止壩體土進(jìn)入砂卵石層，壓實(shí)后先鋪設(shè)反濾層再填筑壩體土。

3.5 右壩肩基巖岸坡處理

為防止大壩右岸基巖岸坡與壩體接觸部位發(fā)生接觸沖刷，影響壩體右壩肩的穩(wěn)定，對(duì)右壩肩基巖岸坡進(jìn)行防滲帷幕灌漿處理，帷幕灌漿總長(zhǎng)度約150m。采用單排灌漿孔，孔距2.0m，灌漿壓力2.5 MPa，灌漿水泥采用425普通硅酸鹽水泥。

3.6 左岸溢洪道改造

左岸溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段、消力池段及護(hù)坦段組成，長(zhǎng)350m。

引渠段位于溢洪道進(jìn)口，長(zhǎng)40m，維持現(xiàn)有漿砌石結(jié)構(gòu)。

控制段長(zhǎng)40m，凈寬40m，總寬42m，縱坡0，底板高程768.36m，將現(xiàn)有子堰和兩側(cè)漿砌石護(hù)坡挖除，上部架設(shè)1座交通橋。兩側(cè)邊墻采用扶臂式C30鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，擋墻總高度12.2m，墻頂厚度0.6m，墻底厚度1.0m，前趾板長(zhǎng)1.5m，扶壁間距5.3m。擋墻頂部高出墻后回填面0.5m，回填線與原地面線自然銜接。

泄槽段長(zhǎng)205m，縱坡1∶33，邊坡防護(hù)高度3.1m?？刂贫?、泄槽段底板由原來(lái)的漿砌石改造為0.3m厚的C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

消力池段長(zhǎng)25m，縱坡0，底板高程748.19m，采用0.6m厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊坡防護(hù)高度6m。

泄槽與消力池段兩側(cè)均布設(shè)0.5～1.0m厚的漿砌石護(hù)坡，采用0.15m厚的C30混凝土進(jìn)行襯砌，混凝土表層鋪設(shè)直徑8 mm的溫度筋，邊坡1∶0.5。

消力池后接25m長(zhǎng)的護(hù)坦段，縱坡0，底板鋪設(shè)0.8m厚的格賓石籠，高程750.49m，寬度60m。

3.7 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)：表面變形包括壩面水平位移和垂直位移，水平位移觀測(cè)點(diǎn)分別布置在距大壩軸線上游7.0m，大壩軸線下游29m，58m，86m處，每個(gè)斷面布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)24個(gè)水平及垂直測(cè)點(diǎn)；工作基準(zhǔn)點(diǎn)分別布置在大壩左右壩肩；水準(zhǔn)基點(diǎn)布置在水庫(kù)附近地表穩(wěn)固的巖石上，共布設(shè)2個(gè)。

浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)：滲流監(jiān)測(cè)包括壩體滲流壓力和滲流量監(jiān)測(cè)。滲流壓力監(jiān)測(cè)橫斷面布置在上游壩坡距壩軸線20m處、下游壩坡距壩軸線10m處和排水棱體上游，每個(gè)橫斷面上布置測(cè)點(diǎn)6個(gè)，共18個(gè)；滲流量測(cè)點(diǎn)分別設(shè)在壩軸線樁號(hào)B0+215，B0+315、棱體排水下游10m，20m處，共4個(gè)。

4 結(jié)語(yǔ)

任莊水庫(kù)大壩改建加固后，不僅可以保護(hù)晉、豫2省3市（晉城市、焦作市、沁陽(yáng)市）150余萬(wàn)人的生命安全及大壩下游2.2萬(wàn)hm2耕地、晉焦鐵路、晉焦高速、青天河水庫(kù)、30余家企業(yè)及21 km輸變電線路的財(cái)產(chǎn)安全；還可保證澤州縣0.16萬(wàn)hm2耕地的灌溉及晉城市生態(tài)用水和巴公工業(yè)園區(qū)的供水，可促進(jìn)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，使工程更好地發(fā)揮社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。