白龜山水庫(kù)順河壩壩腳溝積水原因探查分析

王玉卿

(河南省白龜山水庫(kù)灌溉工程管理局， 河南 平頂山　467031)

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白龜山水庫(kù)順河壩壩腳溝積水原因探查分析

王玉卿

(河南省白龜山水庫(kù)灌溉工程管理局， 河南 平頂山467031)

白龜山水庫(kù)順河壩段壩腳溝多處經(jīng)常有積水現(xiàn)象存在，多年來(lái)都沒有查找出積水原因，只對(duì)降壓井進(jìn)行沖洗，使積水消失。水庫(kù)管理局每年都將此作為一個(gè)重點(diǎn)問題呈報(bào)省水利廳，并且每年都將此作為防汛的重點(diǎn)。本文通過分析各種資料，得出其順壩壩腳溝積水的三項(xiàng)原因，為消除隱患提供了可靠的依據(jù)。

順河壩； 壩腳溝積水； 白龜山水庫(kù)； 探查分析

1　概　況

白龜山水庫(kù)位于淮河流域沙潁河水系沙河本干上，上游有昭平臺(tái)水庫(kù)，下游有泥沙洼滯洪區(qū)，左臨潁河上有白沙水庫(kù)，是一座綜合治理沙潁河的水利樞紐工程。下游為京廣鐵路干線，平頂山、漯河、周口三市及豫皖平原，位置至關(guān)重要。水庫(kù)總庫(kù)容為9.22億m3，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城市供水綜合利用的大(2)型年調(diào)節(jié)半平原水庫(kù)。

水庫(kù)樞紐主要建筑物有：攔河壩、順河壩、北副壩、泄洪閘和南北干渠渠首閘。其中，攔河壩(主壩)為均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)1.57km，最大壩高23.40m，壩頂寬7.00m；順河壩(副壩)壩長(zhǎng)21.10km，最大壩高16.30m，壩頂寬6.00m。

白龜山水庫(kù)順河壩樁號(hào)0+000～8+000段的壩體內(nèi)部排水體型式共有兩種：樁號(hào)0+000～4+000段為水平排水砂帶，其結(jié)構(gòu)型式如圖1所示；樁號(hào)4+000～8+000段為水平排水暗管，其結(jié)構(gòu)型式如圖2所示。兩段壩體排水設(shè)備由三部分組成：內(nèi)部有斜向上游的中、粗砂墻，其厚度一般為0.7m；底部有水平的排水砂帶和導(dǎo)濾排水暗管；壩腳有貼坡排水體。

圖1　0+000～4+000壩體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　4+000～8+000壩體結(jié)構(gòu)示意圖

白龜山水庫(kù)順河壩的壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，表層為中、重粉質(zhì)壤土覆蓋層，其厚度不等，一般為6～10m；下部為砂礫卵石層，厚度為15～20m，一般為20m；底部為第三紀(jì)不透水黏土巖,部分壩段在砂礫卵石層內(nèi)部還夾雜有不透水層和泥卵石層。

該壩段距壩腳溝10～20m范圍內(nèi)設(shè)置一排降壓井，降壓井間距不等，共設(shè)置降壓井239眼。

多年來(lái)在該壩段多處存在壩腳溝積水問題，如順壩3+000、4+500、5+250等位置。以前處理積水的措施主要是沖洗降壓井，使積水現(xiàn)象消失，沒有再進(jìn)一步探查原因。1994年汛后檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)在順壩樁號(hào)7+600處出現(xiàn)集中冒水和積水現(xiàn)象，這是多年來(lái)第一次出現(xiàn)此種情況，水庫(kù)管理部門對(duì)此情況非常重視，并成立了專門調(diào)查組進(jìn)行原因調(diào)查。

2　壩腳溝積水原因探查

根據(jù)該段多處壩腳溝積水情況，結(jié)合該段壩基的地質(zhì)構(gòu)造，首先從原始設(shè)計(jì)圖紙和各施工階段的具體施工資料著手。由設(shè)計(jì)圖紙可知該段壩體內(nèi)共有兩種排水體結(jié)構(gòu)型式：樁號(hào)0+000～4+000段為水平排水砂帶，其一直通往導(dǎo)滲溝邊坡；樁號(hào)4+000～8+000段為集中的水平導(dǎo)濾排水暗管，自樁號(hào)4+000起每50m設(shè)置一道，且一直通到壩后導(dǎo)滲溝邊坡。水平排水砂帶和導(dǎo)濾排水暗管的頂部高程在壩腳溝處均與壩腳溝底部高程相同，同時(shí)，在壩腳溝處0+000～8+000 共設(shè)置了6～8條橫向過路排水溝,以排除壩腳溝中的積水。為了進(jìn)一步查明該段部分壩腳溝中的積水原因，主要采取了以下幾方面的措施。

2.1壩體填土質(zhì)量分析

白龜山水庫(kù)順河壩樁號(hào)0+000～8+000段壩軸線和壩前坡全部為水中填土，壩下游為中、重粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)黏土的碾壓干筑棱柱體。由于當(dāng)時(shí)采用“三邊”程序修筑大壩，再加上水中填土法施工沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只能邊施工邊探索，因此壩體的填筑質(zhì)量可能會(huì)存在一些先天不足，也可能會(huì)在部分壩段產(chǎn)生滲漏通道。

通過對(duì)施工資料的研究分析和工程竣工后的質(zhì)量檢查復(fù)核，得出的結(jié)論是：壩后碾壓干筑棱柱體的填土標(biāo)準(zhǔn)偏低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，但普遍較壩軸線和壩前坡的水中填土強(qiáng)度高，填土比較均勻；而水中填土大部分達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，干容重偏低，同時(shí)經(jīng)過三十多年來(lái)的自重固結(jié)，其強(qiáng)度最多提高2%，距設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還有一定的距離，孔隙水壓力消失極慢，通過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔發(fā)現(xiàn)有縮孔和取不出土樣的現(xiàn)象存在，但低容重的土體是不連續(xù)的，填土相對(duì)比較均勻密實(shí)，不存在滲漏通道和軟弱夾層。1994年10月“黃河水利委員會(huì)基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心”在這些壩段采用了高密度法、中間梯度法和電剖面法三種方法進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)證明壩體內(nèi)部不存在裂縫、洞穴、軟弱夾層和滲漏通道等，這也進(jìn)一步證明了壩體填筑質(zhì)量較好，填土均勻密實(shí)，不存在滲漏通道和軟弱夾層。

2.2開挖探查

根據(jù)設(shè)計(jì)資料推斷，在新發(fā)現(xiàn)的7+600斷面正處在集中導(dǎo)濾排水暗管處，而施工和竣工資料沒有這方面的內(nèi)容。為了查清施工時(shí)是否按原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，沿垂直于壩軸線方向在壩腳溝處開挖了一個(gè)長(zhǎng)4.0m，寬2.5m，底部低于壩腳溝底0.5m的探坑。通過開挖探查，發(fā)現(xiàn)該處正是集中導(dǎo)濾排水暗管位置，其結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖紙完全相同，而不同的是導(dǎo)濾排水暗管頂部低于壩腳溝底0.2m，且在壩腳溝處斷結(jié)，而該處壩腳溝又處于最低高程，滲水沒有出路，只能積于此處，水面保持穩(wěn)定。

為了進(jìn)一步查清導(dǎo)濾排水暗管自壩腳溝至導(dǎo)滲溝這一段是否缺失，又于壩腳溝排水暗管相銜接處，開挖了一條過路排水溝直到導(dǎo)滲溝。在開挖過程中，始終沒有發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)濾排水暗管存在，同時(shí)在導(dǎo)滲溝邊坡處也沒有發(fā)現(xiàn)有滲水通道存在。為了更進(jìn)一步說(shuō)明順壩樁號(hào)4+000～8+000壩段從壩腳溝到導(dǎo)滲溝這一段導(dǎo)濾排水暗管漏做，先后于1994—1997年在其相應(yīng)位置有積水的地方進(jìn)行了開挖探查，均未發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)濾排水暗管存在，因此推斷此段導(dǎo)濾排水暗管在施工過程中漏做，使?jié)B水沒有出路，只能積于壩腳溝。

對(duì)于樁號(hào)0+000～4+000壩段，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，水平排水砂帶頂部高程均高于壩腳溝底部高程，而實(shí)際鉆孔取樣推斷出的水平排水砂帶頂部高程均低于壩腳溝0.2～0.5m，同時(shí)取出的砂樣級(jí)配良好，這也充分證明了以前的推斷是錯(cuò)誤的。

2.3沖洗部分壩段降壓井

為了搞清壩腳溝積水的來(lái)源，沖洗了部分壩段降壓井。由于該段降壓井自1985年沖洗過一次后，就一直沒有再?zèng)_洗過，在樁號(hào)7+600附近沖洗了10眼降壓井，在沖洗前有8眼不出水，2眼出水量極小，樁號(hào)4+500附近沖洗了5眼降壓井，樁號(hào)5+250附近沖洗了5眼降壓井，沖洗后降壓井單井出水量顯著提高，壩腳溝集中冒水和積水現(xiàn)象基本消失，通過開挖的過路排水溝的出水情況看，其壩體滲流量極小。由此推知壩腳溝積水的主要來(lái)源是壩基承壓水和極少量的壩體滲流水。

3　積水原因分析

通過以上措施分析，壩腳溝積水的原因主要來(lái)自以下三個(gè)方面。

3.1從壩腳溝到導(dǎo)滲溝段水平排水砂帶及導(dǎo)濾排水暗管漏做

由設(shè)計(jì)圖紙得知，垂直于壩軸線的水平排水砂帶及集中導(dǎo)濾排水暗管一直通到導(dǎo)滲溝邊坡處，且出水口還要做貼坡處理，但竣工圖紙和竣工報(bào)告中沒有這方面的資料。從竣工平面圖得知順壩樁號(hào)0+000～8+000段共設(shè)置了6～8條過路排水溝，再加上壩腳溝底高程很不一致，并非都在高程最低處設(shè)過路排水溝。通過對(duì)部分壩段重新開挖過路排水溝的情況看，這一段的水平排水砂帶及導(dǎo)濾排水暗管在工程施工時(shí)漏做，再加上水平排水砂帶及導(dǎo)濾排水暗管的頂部高程均低于壩腳溝底部高程，溝中積水無(wú)法排除，因此部分壩段壩腳溝積水屬正?，F(xiàn)象，對(duì)壩體安全沒有影響。

產(chǎn)生漏做的原因可能是工程施工階段不同，配套工程滯后造成。白龜山水庫(kù)大壩于1958年12月興建，1960年竣工，期間水平排水砂帶及導(dǎo)濾排水溝暗管只能設(shè)置到壩腳溝。而壩后導(dǎo)滲降壓工程則于1961年興建，1963年竣工，施工隊(duì)伍又各不相同，導(dǎo)致工程漏做。

3.2降壓井淤堵失效引起壩后承壓水位升高

白龜山水庫(kù)順河壩樁號(hào)0+000～8+000段共設(shè)置降壓井239眼，其目的是降低壩基承壓水頭和減少壩后可耕土地的沼澤化。若按每年沖洗50眼計(jì)算，全部沖洗一遍需6年時(shí)間，同時(shí)降壓井都位于村莊路邊，沿庫(kù)村莊較多，人為填堵現(xiàn)象比較嚴(yán)重，再加上沖洗時(shí)的無(wú)意破壞，降壓井結(jié)構(gòu)又不是單一型式，使得30%～40%的降壓井失效。由于導(dǎo)滲溝是敞開式的，淤積較為嚴(yán)重，使得導(dǎo)滲溝水位抬高，降壓井出水口大部分被淹，使單井出水量顯著降低，引起壩基承壓水頭明顯抬高。通過沖洗部分壩段的降壓井和對(duì)8km的導(dǎo)滲溝進(jìn)行清淤，導(dǎo)滲溝水位下降了0.5m左右，降壓井單井流量提高了4～5倍，原先不出水的降壓井也全部出水，壩腳溝積水現(xiàn)象全部消失，這也充分說(shuō)明了壩腳溝積水原因部分是由于壩基承壓水位偏高。

3.3壩體上游迎水坡漏水孔洞的影響

順河壩4+000～8+000上游迎水坡出現(xiàn)多處漏水孔洞，早在1980年就在順河壩樁號(hào)8+000上游出現(xiàn)漩渦漏水，南京某水利研究所通過采用同位素等多種方法測(cè)試分析，在壩后沒有找到逸出點(diǎn)，其結(jié)論是漩渦漏水對(duì)壩體本身安全并無(wú)影響。隨著時(shí)間的推移，漩渦向東又有所擴(kuò)展，但其孔洞都較小。在以往的壩體檢查中未曾發(fā)現(xiàn)樁號(hào)7+600處壩腳溝積水和冒水現(xiàn)象，再加上1994年天氣特別干旱，庫(kù)水位降至歷年最低水位(98.24m)，汛后當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到102.3m時(shí)，在順河壩樁號(hào)7+600壩腳溝處出現(xiàn)集中冒水和積水現(xiàn)象。通過這次開挖探查，該處導(dǎo)濾排水暗管出水量特別大，由此可以判定該處壩腳溝集中冒水和積水也受上游坡漏水孔洞的影響，但有待于今后進(jìn)一步探測(cè)。

4　結(jié)　論

經(jīng)過分析以及近年的運(yùn)行觀察，證實(shí)以上三種原因的推斷是完全正確的，通過采取措施，截至目前還沒有再出現(xiàn)壩腳溝積水和集中冒水的現(xiàn)象發(fā)生。白龜山水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程自1998年10月開始至2006年12月結(jié)束，在除險(xiǎn)加固施工期間，庫(kù)水位一直控制在汛限水位(101.00m)以下。由于庫(kù)水位偏低，壩體浸潤(rùn)面和壩基承壓水頭也偏低，故而，壩腳溝積水和集中冒水現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)，這也充分說(shuō)明了以上三種原因是符合實(shí)際的。

Exploration and analysis on the reasons of dam toe ditch water accumulation in Baiguishan Reservoir training wall

WANG Yuqing

(HenanBaiguishanReservoirIrrigationProjectAdministration,Pingdingshan467031,China)

Baiguishan Reservoir training wall section dam toe ditch suffers from frequent water accumulation phenomenon in many areas. Water accumulation reasons are not discovered for many years, and only the step-down well is flushed for eliminating accumulated water. Reservoir administration bureau reports the important problem to provincial water resources department each year, and it is regarded as key in flood control each year. In the paper, various information and data are analyzed, and three reasons of water accumulation in dam toe ditch of the training wall are obtained, thereby providing reliable basis for eliminating hidden danger.

training wall; dam toe water accumulation; Baiguishan Reservoir; exploration and analysis

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.014

TV64

A

1005-4774(2016)01-0044-04