任莊水庫大壩改建除險(xiǎn)加固工程中右壩端滑坡段處理

馮建武

（澤州縣任莊水庫管理處 山西晉城 048004）

1 工程概況

1.1 工程簡介

任莊水庫位于山西省晉城市澤州縣丹河干流上，系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。水庫建于1959年10月，1960年3月竣工投入使用，控制流域面積1298.6km2，總庫容8050萬m3，最大壩高35.3 m，壩長676 m，工程等別為Ⅲ等。樞紐主要由大壩、右岸溢洪道（正常）、左岸溢洪道（非常）、放水涵洞等組成。2012年3月，山西省水利廳對任莊水庫進(jìn)行了大壩安全鑒定，綜合評定任莊水庫為三類壩。

1.2 工程地質(zhì)

本區(qū)地處呂梁－太行斷塊，太行山塊隆的西南端，主要構(gòu)造為北東東向斷裂和不對稱褶皺，現(xiàn)地殼處于相對穩(wěn)定時(shí)期。工程區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s，地震動峰值加速度值為0.05 g，相應(yīng)地震基本烈度為6度。

庫區(qū)丹河兩岸大部分為土質(zhì)岸坡，岸坡陡緩不一，趨于穩(wěn)定；部分為巖質(zhì)岸坡，岸坡穩(wěn)定性較好。巖質(zhì)岸坡段存在庫區(qū)滲漏問題；局部庫岸較陡地段在長期蓄水或庫水位急劇變化時(shí)可能產(chǎn)生坍岸或小規(guī)模塌坍；存在淤積問題，目前庫區(qū)淤積層厚為8～12 m。

壩基上部為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級配不良礫，結(jié)構(gòu)松散。其下為中更新統(tǒng)洪積低液限黏土及卵石混合土。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。壩基卵石混合土層和強(qiáng)弱風(fēng)化灰?guī)r存在滲漏問題；卵石混合土層存在滲透變形問題，卵石混合土與其上部壩體土存在接觸沖刷問題。

左壩肩為土質(zhì)邊坡，岸坡土體穩(wěn)定性較好；下伏奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組灰?guī)r屬中等-強(qiáng)透水層，存在繞壩滲漏問題。右壩肩為巖質(zhì)岸坡，巖體整體穩(wěn)定性較好，但右壩肩巖體具中等-強(qiáng)透水性，存在繞壩滲漏問題。

壩體土巖性主要為黃褐色、淺紅色低液限黏土，局部為低液限粉土，含小礫石及鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)不均。由于壩體土中含軟弱帶，軟弱帶壩體土結(jié)構(gòu)松散，干密度低且具高壓縮性，大壩經(jīng)過長期運(yùn)行，壩頂局部產(chǎn)生沉陷、蠕動變形甚至滑塌。

2 存在問題

由于1963年雨量集中，秋雨連綿，加之上游許河水爆發(fā)，在1963年9月19日18時(shí)，當(dāng)庫水位蓄至高程26.06 m時(shí)（以壩底高程為0 m計(jì)），右壩段樁號0+065～0+180段壩體土發(fā)生滑坡，滑坡核心區(qū)范圍東西長30 m，南北寬50 m，平均深12 m，事后三天之內(nèi)，連續(xù)發(fā)生大塌坡三次，累計(jì)塌方41670 m3，滲水量增大到50 L/s?；瑒訅误w土向下游滑至壩后坡腳處，形成一黃土平臺，距大壩軸線約100 m。1964年對該段壩體進(jìn)行回填處理時(shí)，在原滑坡體處采用了水平褥墊排水和下游壩腳棱體排水結(jié)合的形式，同時(shí)在本段壩后坡腳處增設(shè)排水棱體，排水棱體長約58 m。1998年任莊水庫樞紐除險(xiǎn)加固改造時(shí)，對該段壩體進(jìn)行了基礎(chǔ)帷幕灌漿處理，并在壩體與右壩頭接觸處（樁號0+070m），沿岸坡排水溝，在壩頂上游側(cè)及下游壩坡一、二馬道附近布設(shè)三個(gè)繞壩滲流觀測點(diǎn)。

2003年9月27日，當(dāng)庫水位超過正常蓄水位0.33 m，達(dá)到高程24.00 m時(shí)，原右岸廢棄輸水涵洞周邊仍存在滲流現(xiàn)象（可見旋渦），經(jīng)人工觀測，壩頂上游側(cè)Ⅰ1繞壩滲流觀測孔與下游壩坡一馬道附近Ⅰ2繞壩滲流觀測孔內(nèi)無水，下游壩坡二馬道附近Ⅰ3繞壩滲流觀測孔內(nèi)水深為2.11 m，水面高程為11.831 m，此時(shí)壩下游出現(xiàn)滲水，水質(zhì)清澈，設(shè)三角堰進(jìn)行觀測后，測得滲流量為7.1 L/s。

3 原滑坡原因分析

該滑坡發(fā)生的主要原因?yàn)椋喝吻f水庫大壩修建時(shí)，壩體土主要取自左岸第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）淺紅、棕紅色低液限黏土，而發(fā)生滑動的壩體土位于大壩右端。所以該部位的壩體土受重車碾壓次數(shù)相對較少，結(jié)構(gòu)相對松散；另外，發(fā)生滑動的壩體下游為一黃土梁，巖性主要為第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）淺紅、棕紅色低液限黏土，為隔水層。故該段壩體在施工時(shí)下游排水不暢，致使該段壩體土的浸潤線和出滲點(diǎn)相對較高，在重力和滲流作用下產(chǎn)生了滑坡。

4 處理方法

2014年5月，設(shè)計(jì)單位編制了《晉城市澤州縣任莊水庫大壩改建除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)》，2014年7月，山西省發(fā)展和改革委員會對任莊水庫大壩改建除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù)，批復(fù)任莊水庫大壩改建除險(xiǎn)加固工程主要建設(shè)內(nèi)容為：大壩改建加固，壩基和右壩肩防滲處理；非常溢洪道完建、改造。大壩主要改造方法為：在大壩下游側(cè)培厚筑壩，壩軸線向下游平移45 m。

澤州縣任莊水庫大壩改建除險(xiǎn)加固工程于2014年12月1日開工，受壩軸線下移影響，為確保工程質(zhì)量與安全，需清除原右岸廢棄穿壩輸水涵洞及舊褥墊排水，由于找不到原滑坡體處水平褥墊排水及下游壩腳棱體排水的相關(guān)資料，當(dāng)開挖右壩段舊的排水棱體時(shí)，發(fā)現(xiàn)同初步設(shè)計(jì)有差異。只好從排水棱體位置，垂直壩軸線向上游水平開挖了3個(gè)探槽，從而探明了褥墊排水范圍。經(jīng)兩次現(xiàn)場查勘，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，項(xiàng)目實(shí)施、設(shè)計(jì)等單位在施工中，對右壩段原滑坡處作了如下處理。

4.1 舊褥墊排水層處理

1）對擾動的舊褥墊處理

將工程施工中開挖探槽過程中已擾動過的舊褥墊排水層及其上部壩體土全部挖除。已擾動過的舊褥墊排水層范圍為樁號B0+065～B0+135段、新壩軸線下游7 m至新壩軸線上游18 m，高程約13.34 m，面積1560m2。其結(jié)構(gòu)為干砌石厚0.8～1.2m，反濾料厚0.8m～1.6 m。為保證開挖邊坡安全及新舊壩體土較好銜接，舊褥墊排水層上部壩體土的開挖邊坡放為1∶2。

2）對未擾動舊褥墊處理

對未擾動過的舊褥墊排水層進(jìn)行封堵。封堵方式為：開挖至舊褥墊排水層底部以下1 m，然后由內(nèi)至外分別采用1.2 m厚過渡料、0.4 m厚反濾料Ⅱ、0.4 m厚反濾料Ⅰ及1 m厚高塑性黏土填筑包裹封閉。

3）原滑坡段褥墊處理

該壩段為歷史滑坡段，為降低該壩段的浸潤線，結(jié)合新壩體下游排水棱體的設(shè)置范圍，在新壩體樁號B0+084～B0+130段的壩基下游側(cè)、排水棱體的上游側(cè)設(shè)褥墊排水層，底高程為1.84 m，其垂直壩軸線方向水平深入壩體內(nèi)30 m。其結(jié)構(gòu)由下至上分別填筑0.4 m厚反濾料Ⅰ、0.4m厚反濾料Ⅱ、0.4 m厚過渡料、0.4 m厚反濾料Ⅱ、0.4m厚反濾料Ⅰ及壩體土。

4.2 大壩右壩端岸坡處理

1）右壩端岸坡開挖

將右壩端岸坡舊壩體土挖除，露出圓錐體巖面，并開挖至新鮮基巖面，基巖平均開挖厚度為1.0 m。為防止庫水沿右岸廢棄輸水涵洞發(fā)生接觸滲流沖刷，施工中將右岸廢棄輸水涵洞全部挖除，開挖至高程22.44 m（原右岸廢棄穿壩輸水涵洞底高程以下），其兩側(cè)開挖邊坡：上部土層邊坡1∶2，下部巖基邊坡1∶0.75。

2）右壩端岸坡巖面封閉

將右壩端岸坡開挖至新鮮巖面后，采用0.6 m厚C25W6混凝土封閉，其表層設(shè)置Φ8鋼筋網(wǎng)，間距0.3m×0.3 m，鋼筋保護(hù)層厚0.5 m。同時(shí)，順坡設(shè)伸縮縫，間距10～15 m，共4道，縫寬0.2 m，縫內(nèi)設(shè)0.2 m厚聚乙烯閉孔泡沫板和651型橡膠止水帶。為防止坡面接觸滲流沖刷，在岸坡基巖與土層交界處設(shè)混凝土齒槽和齒墻。齒墻向下嵌入基巖0.5～1.0 m，向上插入壩體內(nèi)1.0 m，厚度均為0.4m；坡腳齒槽向下嵌入基巖1.0m，斷面尺寸為1.0 m（寬）×1.0 m（深），坡頂齒槽向下嵌入基巖0.5 m，斷面尺寸為0.4 m（寬）×0.5 m（深）。

3）右壩端排水布設(shè)

沿坡腳混凝土及其下游設(shè)置縱、橫排水盲溝，采用反濾料和過渡料包裹填筑，將壩體內(nèi)滲水引出，降低壩體浸潤線?？v向排水盲溝沿坡腳混凝土齒槽設(shè)置，以大壩樁號B0+056.3為中線，向左右兩側(cè)各延伸7.5 m，全長15 m；橫向排水盲溝設(shè)置在大壩樁號B0+056.3處，長72 m，出口與右岸坡排水溝相連。

4）接觸面土體填筑

右壩端基巖岸坡的混凝土澆筑后，對其表面刷毛，并涂刷一層1∶3黏土漿，進(jìn)行1 m厚高塑性黏土填筑，最后進(jìn)行壩體土的填筑。

4.3 防滲帷幕灌漿

依據(jù)地質(zhì)資料顯示，庫區(qū)右壩肩至右岸臥龍山一帶為巖質(zhì)岸坡，長約2 km。出露巖性主要為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組和奧陶系中統(tǒng)峰峰組深灰色中厚層灰?guī)r、淺黃色薄層泥灰?guī)r及角礫狀泥灰?guī)r。其灰?guī)r巖體中節(jié)理裂隙和巖溶均較為發(fā)育，且在壩址下游丹河右岸直接出露，構(gòu)成庫區(qū)滲漏通道，而且?guī)r溶地下水埋深較大，存在庫岸滲漏問題。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，需截?cái)嘣瓭B徑。

本次施工中對右壩肩基巖岸坡進(jìn)行了防滲帷幕灌漿處理，帷幕灌漿采用單排灌漿孔，孔距2.0 m，范圍從右岸溢洪道右邊墻至壩體段總長度約150 m。

5 處理效果

為了便于對大壩的滲流進(jìn)行監(jiān)測，本次大壩改建除險(xiǎn)加固安裝了壩體滲流壓力和滲流量監(jiān)測。滲流壓力監(jiān)測主要是測量壩體浸潤線，布置了6個(gè)監(jiān)測橫斷面，分別位于樁號 B0+60、B0+140、B0+215、B0+315、B0+400和B0+450處；每個(gè)橫斷面上游距壩軸線10m、下游距壩軸線10 m、一馬道與二馬道處各布置1個(gè)，共計(jì)24個(gè)。

2016年6月1日大壩滲流觀測安裝調(diào)試完畢后，先后進(jìn)行了9次觀測。壩體24個(gè)測壓管內(nèi)的滲壓計(jì)基本處于安裝初始值左右，壩體內(nèi)尚未形成滲流，觀測數(shù)據(jù)未發(fā)生較大變化。

2017年5月，在通過水庫下閘蓄水驗(yàn)收后，根據(jù)晉城市水務(wù)局批復(fù)的《初期蓄水方案》，水庫進(jìn)行了蓄水。2017年10月29日，當(dāng)庫水位逐步上升至22.167m時(shí)，大壩樁號B0+60處TJ1-2測壓管內(nèi)水位超初始值1.252 m，達(dá)到5.792 m；11月8日，當(dāng)庫水位逐步上升至22.195 m時(shí)，大壩樁號B0+60處TJ1-1測壓管內(nèi)水位超初始值1.257 m，達(dá)到4.924 m，TJ1-2測壓管內(nèi)水位超初始值1.259 m，達(dá)到5.799 m。達(dá)到以上水位后，大壩下游壩腳排水棱體處均未發(fā)現(xiàn)滲水跡象。

6 結(jié)論

任莊水庫大壩改建除險(xiǎn)加固工程對原右壩端滑坡段進(jìn)行處理，采取上游截?cái)酀B徑、對右壩端基巖（破碎）岸坡進(jìn)行封閉及排水，經(jīng)對比，起到了較好的防滲效果，為今后水利工程處理類似繞壩滲漏問題提供了借鑒。

注釋：反濾層及過渡層為堅(jiān)硬、密實(shí)、耐風(fēng)化及不易為水溶解的砂石料，反濾料Ⅰ粒徑0.075～7 mm、反濾料Ⅱ粒徑1.5～70 mm、過渡料粒徑20～80 mm。