南沖水庫(kù)除險(xiǎn)加固勘察與病害防治建議

譚松娥 楊道合

(1.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430071; 2.武漢市建設(shè)工程安全監(jiān)督站，湖北 武漢 430012)

湖南省雙峰縣南沖水庫(kù)位于新澤河上游，于1966年7月動(dòng)工興建，歷時(shí)3年完成大壩填筑，并于1977年春完成全部工程施工。水庫(kù)工程樞紐由大壩、溢洪道、隧洞、低涵及壩后電站等建筑物組成。水庫(kù)大壩為粘土心墻土壩，最大壩高45 m，壩頂軸線(xiàn)長(zhǎng)260 m，壩頂寬5 m，壩底最大寬267.8 m；溢洪道位于大壩左岸，全長(zhǎng)345 m，為側(cè)槽式漿砌石結(jié)構(gòu)；灌溉發(fā)電隧洞位于大壩右側(cè)山體中，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)426 m，內(nèi)徑1.6 m，壁厚0.35 m。水庫(kù)正常庫(kù)容為1 277萬(wàn)m3，實(shí)際灌溉面積10.34萬(wàn)畝，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、供水的中型水利工程，防洪保安任務(wù)艱巨[1，2]。為確保南沖水庫(kù)持續(xù)良好運(yùn)行，有必要通過(guò)進(jìn)一步勘察，查明和分析大壩及工程區(qū)地質(zhì)體的病害分布情況、類(lèi)型及成因，評(píng)價(jià)其危害程度，并提出相關(guān)處理措施和監(jiān)測(cè)方案。

1 大壩及附屬建筑物病害勘察與防治

1.1 壩基

壩基地層主要為泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組(D2t)紫紅色粉砂巖夾砂質(zhì)頁(yè)巖、棋梓橋組(D2q)深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。本次鉆孔壓水試驗(yàn)表明，大壩壩基河床段巖體淺層透水率q=7.1 Lu～14.6 Lu，屬中等透水巖體，大壩中部段壩基存在淺層裂隙型滲漏，進(jìn)入深部巖體透水率迅速減小。2002年除險(xiǎn)加固時(shí)已對(duì)壩基進(jìn)行了帷幕灌漿處理，壩基滲漏已得到極大改善。但未處理的壩基河床段淺部基巖0 m～10 m內(nèi)巖體透水率在9.1 Lu～14.3 Lu，為了保證壩基帷幕的完整性，建議對(duì)未處理的壩基段進(jìn)行帷幕灌漿處理。

1.2 壩體

南沖水庫(kù)大壩填筑分三期完成，跨度達(dá)3年。在各施工時(shí)段，難免存在結(jié)合不良情況，且對(duì)心墻斷面控制不嚴(yán)，使得心墻現(xiàn)狀時(shí)寬時(shí)窄，心墻結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

從1978年開(kāi)始發(fā)現(xiàn)大壩壩身滲漏較嚴(yán)重，針對(duì)壩身滲漏問(wèn)題，曾進(jìn)行過(guò)部分壩身段的黃泥劈裂灌漿，但效果不明顯。2002年采用懸掛式防滲體、對(duì)接搭接高壓擺噴形式對(duì)壩身進(jìn)行防滲處理后，原從大壩下游到濾體頂部平臺(tái)滲出的壩身漏水均已消失。2002年至今，經(jīng)過(guò)高水位蓄水運(yùn)行之后，近年來(lái)觀察發(fā)現(xiàn)大壩壩身滲漏狀況雖有了較大程度改善，但壩體下游壩面局部滲水現(xiàn)象并未完全消失。

根據(jù)勘探和室內(nèi)測(cè)試結(jié)果可知，大壩心墻區(qū)和壩殼區(qū)的填筑土料質(zhì)量均較好，但心墻區(qū)的注水試驗(yàn)表明心墻區(qū)填筑土料具有中等透水性，抗?jié)B性能差，不能滿(mǎn)足粘土心墻土壩防滲質(zhì)量要求。同時(shí)，受施工期經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的制約和多期不連續(xù)施工的影響，大壩壩體存在施工接合面，且2002年對(duì)大壩壩身滲漏處理采用的高壓噴射灌漿只進(jìn)行至178 m高程(壩頂以下22 m位置)，以下至壩底157 m高程的壩身段未進(jìn)行任何形式的防滲處理。

因此，為了保證壩體防滲體的完整性和壩基防滲體的銜接，徹底解決壩身施工接合面，建議沿原防滲中心線(xiàn)對(duì)178 m高程以下壩體部分進(jìn)行高壓噴射灌漿處理。為了更好的與原防滲體搭接，在高噴灌漿孔封孔前對(duì)原防滲體孔段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理[3-5]。

1.3 其他附屬建筑物

側(cè)槽式溢洪道位于大壩左岸山坡上，地基為強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁(yè)巖，但巖石淺部風(fēng)化破碎嚴(yán)重，巖體完整性較差，具有中等透水性。下游消力池地基主要為第四系松散堆積的含碎石粘土，抗沖刷能力較差，存在抗沖刷穩(wěn)定問(wèn)題。

隧洞全線(xiàn)均處于全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化巖體中。根據(jù)施工地質(zhì)資料，圍巖風(fēng)化破碎，小斷層與軟弱結(jié)構(gòu)面分布較多，巖體不完整，開(kāi)挖后毛洞成形較差。由于圍巖巖石風(fēng)化破碎嚴(yán)重，巖體完整性較差，巖體結(jié)構(gòu)面之間和襯砌與圍巖之間空隙形成滲漏通道，在地下水與庫(kù)水的長(zhǎng)期滲透、淘蝕作用下，滲漏量逐年增大，本次洞內(nèi)勘察發(fā)現(xiàn)襯砌接頭伸縮縫中出現(xiàn)較嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象。建議對(duì)輸水隧洞設(shè)計(jì)回填灌漿和進(jìn)出口段固結(jié)灌漿。

2 古滑坡勘察及防治

2.1 古滑坡概況

南沖水庫(kù)工程樞紐區(qū)域內(nèi)存在滑坡，A區(qū)位于溢洪道進(jìn)口段左側(cè)墻附近，B區(qū)位于溢洪道上游民房后。A區(qū)滑坡是發(fā)育于泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組砂巖、頁(yè)巖中的強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)滑坡，以受斷裂構(gòu)造和風(fēng)化破碎的碎塊石加上覆第四系松散土體組成滑體，以巖層層面、泥化的頁(yè)巖夾層及斷層破碎帶組成的潛在滑動(dòng)面，以較完整的弱風(fēng)化石英砂巖為滑床的老滑坡，原滑動(dòng)剪出帶位于庫(kù)水位以下岸坡，在后期溢洪道開(kāi)挖施工切腳，引發(fā)老滑坡繼續(xù)發(fā)展的牽引式蠕滑變形。B區(qū)滑坡是發(fā)育于泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組砂巖、頁(yè)巖地層中的土質(zhì)滑坡，以來(lái)源于上述地層的粘土夾碎塊石土組成滑體，以土與基巖界面為滑帶，以砂巖為滑床的土質(zhì)滑坡。目前，A區(qū)滑坡體目前正處于蠕滑變形階段，B區(qū)滑坡正處于緩慢滑動(dòng)狀態(tài)。

2.2 滑坡形成機(jī)制

1)層間構(gòu)造泥化夾層構(gòu)成了潛在滑移面。軟硬相間地層在構(gòu)造作用下，普遍沿軟巖夾層發(fā)育有泥化夾層，這類(lèi)泥化層在飽和狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度很低，構(gòu)成了潛在滑移面。同時(shí)A區(qū)滑坡為巖質(zhì)順向坡，巖體沿層間頁(yè)巖軟弱泥化夾層易產(chǎn)生向河床方向蠕變性滑移。2)河谷下切構(gòu)成了岸坡臨空條件。由于庫(kù)內(nèi)河谷深切，形成較陡的基巖岸坡(相對(duì)高差大于150 m)，對(duì)順向邊坡構(gòu)成有利的切割臨空條件。坡體內(nèi)平行河流方向的陡傾構(gòu)造裂面和坡體中原有節(jié)理的拉裂張開(kāi)后，地表水沿拉裂縫大量滲入軟化滑帶，最終引起滑坡。3)斷層構(gòu)成滑坡中后部切割分離面。滑坡體中發(fā)育有3條斷層，其中陡傾角的F3斷層橫貫滑坡后部，傾角稍緩的F1斷層破碎帶構(gòu)成了滑坡后緣滑裂面。受F1，F(xiàn)3斷層的影響，滑體內(nèi)巖體破碎、巖體結(jié)構(gòu)的完整性及其力學(xué)性能在很大程度上遭破壞，從而為巖層的順層滑移和沿F1層面的滑移提供了促進(jìn)作用。4)溢洪道的切槽開(kāi)挖誘發(fā)滑坡體的復(fù)活。南沖水庫(kù)溢洪道左岸邊坡在漫長(zhǎng)的蠕滑變形過(guò)程中已基本趨于穩(wěn)定，由于溢洪道的切槽開(kāi)挖破壞了滑體已初步形成的臨界穩(wěn)定，誘發(fā)了該滑坡體的復(fù)活。

2.3 滑坡防治建議

1)滑坡處理的基本原則：以防水排水為主，結(jié)合支撐加固；以A區(qū)滑坡為主，B區(qū)滑坡次之。2)設(shè)置排水系統(tǒng)：沿坡頂公路修筑混凝土排水溝；結(jié)合坡面護(hù)砌，設(shè)置縱橫向排水溝，并布置一定數(shù)量的排水孔；利用原勘探平硐、并在平硐內(nèi)向上下游方向分別掘進(jìn)20 m～30 m的支洞作為坡體內(nèi)部排水通道。3)加固處理：所有的裂縫必須追索后適當(dāng)開(kāi)挖，用土質(zhì)較好的粘土進(jìn)行封堵、夯實(shí)；適當(dāng)平整坡面，并進(jìn)行坡面護(hù)砌；對(duì)A區(qū)滑坡體坡腳溢洪道公路內(nèi)側(cè)設(shè)置抗滑樁，樁頂設(shè)置聯(lián)系梁，上部砌筑漿砌石擋土墻，修復(fù)原有破損的噴護(hù)體，并設(shè)置錨桿；溢洪道內(nèi)側(cè)墻進(jìn)行翻修或其他加固處理；民房后面山坡予以適當(dāng)削坡，并砌筑漿砌石擋土墻；排水洞均需進(jìn)行襯砌。4)布置滑坡體原位變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

南沖水庫(kù)自建成以來(lái)，雖然已開(kāi)展過(guò)數(shù)次病險(xiǎn)勘察和除險(xiǎn)加固施工，但受施工期的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等條件限制，仍存在下述問(wèn)題，應(yīng)盡早開(kāi)展相應(yīng)防治工作，從而保證有利地保護(hù)國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

1)大壩壩基、壩肩存在局部滲漏；2)大壩壩體以往除險(xiǎn)加固處理時(shí)壩身防滲體與壩基防滲體沒(méi)有連接，導(dǎo)致壩身22.0 m以下存在滲漏；3)左壩段溢洪道左岸邊坡失穩(wěn)，屬于一個(gè)古滑坡體，且處于活動(dòng)期；4)隧洞自建成以來(lái)沒(méi)有維修過(guò)，存在漏水現(xiàn)象。