河南省宿鴨湖水庫(kù)異常滲水分析及處理

董長(zhǎng)興 朱洪儒

(河南省宿鴨湖水庫(kù)管理局，河南 駐馬店 463300)

河南省宿鴨湖水庫(kù)異常滲水分析及處理

董長(zhǎng)興 朱洪儒

(河南省宿鴨湖水庫(kù)管理局，河南 駐馬店 463300)

河南省宿鴨湖水庫(kù)大壩滲水異常，下游出現(xiàn)沼澤化，長(zhǎng)度綿延幾公里，積水寬度30～50m，積水量隨庫(kù)水位升降而增減明顯。經(jīng)勘探，存在中等—強(qiáng)透水砂層。經(jīng)方案比選，采用深層水泥土攪拌樁防滲墻進(jìn)行防滲處理，施工中嚴(yán)格按照施工方案控制施工質(zhì)量。完成后與歷史同期相同水位比較，防滲效果明顯。

宿鴨湖大壩；異常滲水；分析；處理

1 水庫(kù)大壩異常滲水情況

宿鴨湖水庫(kù)位于河南省駐馬店市汝南縣城西6km處，屬淮河流域大洪河支流汝河干流控制工程，控制流域面積4498km2。水庫(kù)于1958年2月20日開工，同年8月20日建成。至2014年，共進(jìn)行了六次除險(xiǎn)加固，加固完成后，工程標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核。設(shè)計(jì)水位57.23m，相應(yīng)庫(kù)容12.61億m3；校核水位58.64m，相應(yīng)庫(kù)容16.38億m3。水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，全長(zhǎng)34.202km，最大壩高18m，一般壩高7～10m。該水庫(kù)是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等多項(xiàng)目綜合利用的大(1)型水利工程。

蘇莊汝河堵口壩段位于9+238～9+338處，上游地面高程52.7m，下游左岸地面高程52.6m，右岸地面高程51.8～52.0m。1958年水庫(kù)建成后，發(fā)現(xiàn)該堵口下游右岸有冒水翻砂現(xiàn)象，1975年“75·8”洪水期間，由于庫(kù)水位的抬高，冒水翻砂現(xiàn)象較為明顯。1976年以后群眾在壩下游約2.5km處老汝河中修建一堵水工程，使壩下游尾水位抬高至49.00～51.00m，滲流砂沸點(diǎn)被淹沒。1982年3月進(jìn)行了該壩段地質(zhì)復(fù)勘工作，在壩軸上游13.55 m高程平臺(tái)上修建平行壩軸的截滲墻，并在汝河右岸安裝了測(cè)壓管。1990年第五次除險(xiǎn)加固結(jié)束后，當(dāng)庫(kù)水位超過54.00m時(shí)，該壩段9+500～9+700附近，在1996年、1998年、2000年均出現(xiàn)滲水異常，下游坡腳外20m地面出現(xiàn)“軟包”或地表出現(xiàn)小泉眼形成較小溪流，農(nóng)家壓水井出現(xiàn)從高出地面約30cm的出水口不間斷自然出流現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)觀察，均為清水。2008年3月在堵口北岸發(fā)現(xiàn)一座群眾自打水井正向外自流清水，該井深20余m，水溫恒定。

洼地和南崗個(gè)別壩段下游多處出現(xiàn)沼澤化，長(zhǎng)度綿延幾公里，積水寬度30～50m，積水量隨庫(kù)水位升降而增減明顯。

在庫(kù)水位超過53.50m時(shí)，大壩17+000處下游壩坡出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

2 大壩異常滲水成因分析

2.1 壩基工程地質(zhì)條件因素

據(jù)1983年和2007年勘探結(jié)果，揭露地層如下：

砂壤土①-1：分布在壩基下游，頂面高程50.8～51.7m，厚度1～2m左右。據(jù)3次孔內(nèi)注水試驗(yàn)其范圍值K=2.60×10-3～6.58×10-4cm/s，平均值K=9.6×10-4cm/s，屬弱—中等透水地層。

中細(xì)砂夾砂壤土①-2：黃色，以中砂為主，并有細(xì)砂、粗砂和少量極細(xì)砂。該層顆粒組成分布不均，含泥量多寡有很大差別。分布頂面高程46.0～51.0m，底部最低高程42.6m，最大厚度7m，一般厚度3～4m。最大埋深約9.5m。當(dāng)庫(kù)水位為51.79m時(shí)，該層地下水位為48.21m。據(jù)7次注水試驗(yàn)資料，滲透系數(shù)為1.92×10-4～1.37×10-2cm/s。屬中等—強(qiáng)透水砂層。

中、重粉質(zhì)壤土③：該層最大厚度7m左右。據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果其滲透系數(shù)為1.6×10-5～2.34×10-4cm/s，屬弱透水層。

粉質(zhì)黏土④：該層頂面平緩高程約27.5m左右，是該壩段的不透水地層。

綜上，壩基砂壤土①-1及中細(xì)砂夾砂壤土①-2屬中等—強(qiáng)透水層，下部中、重粉質(zhì)壤土③屬弱—中等透水層，是大壩存在滲漏異常的因素之一。

2.2 水文地質(zhì)條件因素

根據(jù)勘探鉆孔了解，壩址附近地下水有潛水和承壓水兩種類型。

潛水：據(jù)安裝在9+222～9+249④層、細(xì)砂層中的觀測(cè)孔觀測(cè)結(jié)果，當(dāng)庫(kù)水位為51.63m時(shí)，砂層潛水位為48.00～47.84m。地下水比降平緩。觀測(cè)孔水位與庫(kù)水位相差3.64～3.79m。

承壓水：據(jù)截滲墻剖面9+186、9+215、9+273鉆孔揭露，③層底部砂層為一承壓含水層，其頂板高程為30.14～32.62m，承壓水位為50.27m，高出④層砂層中之潛水位2.28m。

2.3 建庫(kù)時(shí)施工因素

宿鴨湖水庫(kù)始建于1958年的“大躍進(jìn)”時(shí)期，壩基砂層在建壩時(shí)未清除，透水性強(qiáng)，根據(jù)僅有的部分壩基觀測(cè)資料，地下水位與庫(kù)水連通性好，并隨庫(kù)水位升降關(guān)系密切，反應(yīng)靈敏，滯后時(shí)間短。經(jīng)滲流計(jì)算，高水位的壩基出逸坡降大于砂層的允許滲透坡降。壩體下游坡因未設(shè)反濾和排水砂帶，高水位壩體下游坡存在滲透破壞。

2.4 庫(kù)水位因素

為了解該庫(kù)水位與壩基地下水及其壩下游翻砂與庫(kù)水位的關(guān)系，1980年在9+280、1982年在9+306處安裝了兩排測(cè)壓管，通過整理分析觀測(cè)資料，可知壩基砂層地下水位與庫(kù)水位連通性好，觀測(cè)管水位隨庫(kù)水位升降關(guān)系密切，反應(yīng)靈敏，滯后時(shí)間很短。觀測(cè)管水位除受隨庫(kù)水位升降影響外，還受尾水位高低控制。

2.5 壩前覆蓋因素

據(jù)1983年地質(zhì)資料揭露，在壩上游50～68m范圍內(nèi)表層有一層黃色中粉質(zhì)壤土，厚1～3m。在9+306剖面上游68m以外，為后期淤積的灰色輕粉質(zhì)壤土(軟土)，厚1m左右，下伏中、細(xì)砂層，該處地面高程51.4m。9+315剖面砂層上覆土層厚2.0m左右。在此剖面右側(cè)(南側(cè))均未遇見砂層，均為灰色輕粉質(zhì)壤土淤積層。1996年前后，當(dāng)?shù)厝罕娚米栽趬紊嫌喂藕拥纼?nèi)采砂，破壞了壩前覆蓋，使庫(kù)水與透水層得到連通。

3 處理方案

壩基的滲流控制措施為上鋪、中截、下排以及各項(xiàng)措施的綜合應(yīng)用。

a.在上游進(jìn)行水平鋪蓋是控制壩基滲流的措施之一。但若進(jìn)行水平防滲，需將庫(kù)水放空露出庫(kù)底，這對(duì)除險(xiǎn)加固工程來講顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

b.在下游坡采用排水蓋重。但由于宿鴨湖水庫(kù)壩后村莊較多，居民房屋緊靠大壩壩腳建造，大壩下游導(dǎo)滲溝以外均不屬于管理局范圍，在下游進(jìn)行蓋重勢(shì)必造成新的征地和移民，由此將產(chǎn)生諸多問題。況且只在下游采取排水蓋重方式，壩基滲流量仍較大，個(gè)別壩段極易在下游產(chǎn)生鼓包或新的滲透破壞，處理不徹底。而上鋪、下排往往是兩者結(jié)合在一起，單獨(dú)采用一項(xiàng)不能完全解決問題。

c.根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，在各種處理措施中，中截一般是比較徹底也是最可靠的方法。

鑒于宿鴨湖水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，因此，采用垂直防滲措施。在垂直防滲措施中，經(jīng)對(duì)高壓噴射灌漿、混凝土防滲墻、深層攪拌水泥土防滲墻的方案比選，水泥土防滲墻造價(jià)低，施工方便快捷，最終采用深層水泥土攪拌樁防滲墻進(jìn)行處理，成墻厚度0.3m，向兩岸延伸50m，樁間最大搭接為0.07m。

4 處 理

按照處理方案，2010年3月，完成了該壩段1+665～1+935、2+845～3+650、9+130～9+360、14+920～15+430、18+650～19+000、19+000～20+000、21+100～21+700、28+880～29+660、30+200～30+500段深層水泥土攪拌樁防滲墻，2011年10月，完成了16+000～18+650段和20+000～21+100段深層水泥土攪拌樁防滲墻。采用的工藝流程為：鉆機(jī)就位、調(diào)平；通過主機(jī)帶動(dòng)鉆頭攪拌，并以一定的推動(dòng)力把鉆頭向土層推進(jìn)至設(shè)計(jì)深度；提升攪拌到孔口。在鉆進(jìn)和提升的同時(shí)，用水泥漿泵將水泥漿輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體，使水泥漿和原土充分拌和完成一個(gè)流程的施工，形成一道水泥土防滲墻。

施工過程中嚴(yán)格控制攪拌軸的提升速度，鉆進(jìn)速度不大于1.2m/min。輸漿壓力控制在0.3～1.0MPa之間。為保證樁孔不偏斜，開始入土?xí)r鉆進(jìn)速度不大于0.8m/min，土層較硬時(shí)，速度不大于0.6 m/min。

成樁后進(jìn)行開挖檢驗(yàn)、取芯試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、無損試驗(yàn)，確保樁體質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

5 處理效果

水庫(kù)大壩于2011年10月完成深層水泥土攪拌樁防滲墻后，在4個(gè)汛期的運(yùn)用中，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，與歷史同期相同水位比較，防滲效果明顯，該壩段下游沒發(fā)現(xiàn)滲水異?，F(xiàn)象。

為定量地分析檢驗(yàn)深層水泥土攪拌樁防滲墻處理效果，沿壩共設(shè)置33個(gè)壩基測(cè)壓管觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)5根；設(shè)置27個(gè)壩體浸潤(rùn)線管觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)3根，壩體浸潤(rùn)線管和壩基測(cè)壓管錯(cuò)開布置，共246根觀測(cè)管。選用不受潮濕環(huán)境影響、能避免電磁場(chǎng)干擾、電絕緣性好、耐久性好、具有抵抗惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕能力的光纖光柵傳感器進(jìn)行觀測(cè)。因設(shè)備埋設(shè)僅4年，觀測(cè)資料系列短，有待于在今后進(jìn)行定量分析。

Analysis and treatment of abnormal seepage in Henan Suya Lake Reservoir

DONG Changxing, ZHU Hongru

(HenanSuyaLakeReservoirAdministration,Zhumadian463300,China)

Henan Suya Lake Reservoir dam has abnormal water seepage. Paludification is occured in the downstream area, and the length extends for several kilometers. Water-logging width is 30～50m. Accumulated water is significantly increased or decreased with reservoir water level. Medium-strong permeable sand layer is available according to exploration. Seepage prevention treatment is implemented with deep cement-soil mixing pile cut-off wall through scheme comparison. Construction quality is controlled in strict accordance with construction plan in construction. It is compared with the same water level at the same period after the project completion, and seepage control effect is obvious.

Suya Lake Reservoir; abnormal water seepage; analysis; treatment

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.013

TV223.4

B

1673-8241(2015)10-0041-03