上福沖水庫(kù)壩體地質(zhì)評(píng)價(jià)及加固措施探討

周代榮

摘要：水庫(kù)作為蓄水排洪的重要設(shè)施，在農(nóng)田灌溉、城市生活供水等領(lǐng)域也有著較為重要的作用，但大中型水庫(kù)的建設(shè)無論是在施工質(zhì)量控制還是在使用階段的養(yǎng)護(hù)工作相較于小型水庫(kù)而言都有著較大的差距。對(duì)于大中型水庫(kù)病險(xiǎn)的防護(hù)以及加固工作成了當(dāng)前亟待解決的重要問題。本文主要分析了上福沖水庫(kù)除險(xiǎn)加固前存在的滲漏問題。結(jié)合工程實(shí)際情況，介紹了水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù);地質(zhì)評(píng)價(jià);加固措施

1.工程概況

1.1地形形貌

區(qū)域位于湘江中游北岸，湘江一級(jí)支流祁水和歸陽河的上游，白地市鎮(zhèn)和風(fēng)石堰鎮(zhèn)交接地帶為祁水和歸陽河水系的自然分水嶺。區(qū)內(nèi)水系多呈南北向發(fā)育。區(qū)內(nèi)地勢(shì)北高南低，自西北向東南具有逐漸傾斜之勢(shì)，地面高程一般150m～700m。北部為低山區(qū)，地形高差100m～300m;南部為丘陵區(qū)，地形高差小于100m。

1.2地質(zhì)構(gòu)造及區(qū)域穩(wěn)定性

本區(qū)構(gòu)造屬祁陽山字形構(gòu)造的前弧內(nèi)帶至脊柱區(qū)域。祁陽山字形構(gòu)造前弧向西凸出，脊柱大體東西向，前弧與脊柱之間的馬蹄形盾地，由于前弧曲度較大的緣故，顯得十分狹窄，寬僅5km～10km。主要構(gòu)造形跡是一對(duì)銳角等分線指向南北，走向?yàn)楸北睎|向（或北東向）和北北西向（或北西向）的共軛剪裂面。它們彼此截切，互相錯(cuò)移，北北東向（或北東向）組的兩盤相對(duì)作逆時(shí)針方向扭動(dòng)，北北西向（或北西向）組的兩盤相對(duì)作順時(shí)針方向扭動(dòng)，從而構(gòu)成一個(gè)受南北方向壓應(yīng)力而成生、同時(shí)控制著包圣殿—南河嶺下白堊統(tǒng)紅色盆地的形成和形變的典型棋盤格式構(gòu)造。

1.3上福沖水庫(kù)工程地質(zhì)

上福沖水庫(kù)位于湘江水系，祁水支流上游，樞紐工程位于祁東縣黃土鋪鎮(zhèn)上福沖村，距離祁東縣城36km。水庫(kù)控制集水面積45km2，正常蓄水位196.32m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容1082萬m2，校核洪水位198.02m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容1211×104m3。上福沖水庫(kù)擴(kuò)建工程樞紐包括擋水、泄洪、輸水建筑物，大壩為均質(zhì)土壩，泄洪建筑物為岸邊式有閘控制溢洪道，輸水建筑物為壓力隧洞和2#副壩涵管。擋水建筑物由主壩、1#副壩、2#副壩組成。主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高38.45m，壩頂軸線長(zhǎng)299.11m，壩頂高程為202.50m，壩頂寬5.0m。正常蓄水位抬升至199.30m。

2.上福沖水庫(kù)主要工程地質(zhì)問題

2.1水庫(kù)滲漏

該水庫(kù)以峽谷型為主，兩岸山體雄厚，巖性為石英砂巖、粉砂巖夾砂質(zhì)頁巖為主，巖石相對(duì)不透水，通過水庫(kù)多年運(yùn)行情況看，未產(chǎn)生庫(kù)水向鄰谷滲漏，隔水良好，且水庫(kù)范圍內(nèi)無通向庫(kù)外的集中滲流通道，庫(kù)盆封閉良好，故水庫(kù)不存在滲漏問題。

2.2水庫(kù)浸沒

水庫(kù)大部分處于峽谷地段，水庫(kù)為庫(kù)區(qū)的最低排泄基準(zhǔn)面，庫(kù)邊無低洼區(qū)，河流兩岸基巖裸露，庫(kù)岸為較陡的斜坡，斜坡坡度一般大于30°，地下水位埋深較大，水庫(kù)浸沒只存在于水庫(kù)正常蓄水位的水邊線附近。河流兩岸正常蓄水位線以下無農(nóng)田及建筑物，不存在浸沒影響。河流西支庫(kù)尾正常蓄水位附近有少量的建筑物和農(nóng)田分布，建筑物及農(nóng)田均位于河谷較寬地帶，河谷分布沖洪積物，顆粒以礫石、卵石、碎塊石為主，夾砂粒，石質(zhì)成分為石英、灰?guī)r、砂巖等，表層分布0.3m～0.5m的薄層壤土。

2.3庫(kù)岸穩(wěn)定

水庫(kù)區(qū)沖溝較多，但松散堆積體較少，大部分基巖出露，經(jīng)多年運(yùn)行庫(kù)水變動(dòng)帶內(nèi)未見明顯的崩岸、滑坡產(chǎn)生，基巖岸坡形態(tài)改變不大，水庫(kù)擴(kuò)容后塌岸問題較輕。經(jīng)調(diào)查庫(kù)區(qū)未見不良地質(zhì)現(xiàn)象，庫(kù)岸基巖斜坡整體基本穩(wěn)定。

3.上福沖水庫(kù)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1主壩壩基現(xiàn)狀工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

主壩處于傾伏背斜的傾伏端，巖層產(chǎn)狀傾向下游，傾角28°～32°。壩基及壩肩巖性為中厚層石英砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖等，受皺褶影響，巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育，尤其順河向斷層及節(jié)理是庫(kù)水集中滲漏通道。大壩修筑時(shí)清基不徹底，壩體填筑時(shí)又未做壩基防滲處理。分別于1974年、1994年對(duì)主壩滲漏嚴(yán)重的左壩端基巖進(jìn)行了帷幕灌漿處理，處理效果不佳。經(jīng)2004年現(xiàn)場(chǎng)鉆孔揭露及原位壓水試驗(yàn)，壩基建基面下5m～22.5m范圍存在中等透水帶通過2015年12月在主壩上游三級(jí)平臺(tái)的鉆孔SZK1、SZK2、SZK2的現(xiàn)場(chǎng)鉆探成果可知，2007年已做帷幕灌漿的壩基巖體僅一段的滲透率大于10Lu，為10.2Lu，其他皆小于10Lu。可見，2007年主壩壩基帷幕灌漿經(jīng)過近10年的運(yùn)行，其防滲效果依然較好，沿主壩壩基、壩肩的滲漏問題較小。本次擴(kuò)容加壩僅抬高水位3m，壩體加高3m，壩肩由于水位抬高，原帷幕灌漿未能有效封閉透水層，建議擴(kuò)容后防滲灌漿適當(dāng)增高延長(zhǎng)，封閉新產(chǎn)生的相對(duì)透水層。

3.2主壩壩體工程質(zhì)量及評(píng)價(jià)

主壩新建于1958年，筑壩技術(shù)力量弱，無質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，碾壓機(jī)械缺少，人工夯壓不密實(shí)，壩體填筑土料主要來自兩岸山坡的第四系殘坡積堆積，其主要成分為含礫砂質(zhì)粘土。故于1967年發(fā)生大體積滑坡，雖做過一些應(yīng)急處理，但根治不徹底，經(jīng)2004年取樣土工試驗(yàn)，干密度平均值1.46，偏低，孔隙比0.915，偏高，現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水實(shí)驗(yàn)滲透系數(shù)1.2×103cm/s～3.47×103cm/s，說明主壩壩體呈中等透水性。從巖層結(jié)構(gòu)看，礫石、砂礫含量較高，鉆進(jìn)是發(fā)現(xiàn)有多處薄弱區(qū)。此外，下游壩腳排水棱體，是為貼坡式結(jié)構(gòu)，施工質(zhì)量差，排滲失效，致使主壩浸潤(rùn)線抬高，滲水高位溢出，影響下游壩體的穩(wěn)定性。并翻修改造排水棱體。上游壩體，原為塊石護(hù)坡，塊石料為砂巖、灰?guī)r等，現(xiàn)已風(fēng)化及浪蝕破損。

4.上福沖水庫(kù)加固措施

針對(duì)壩體防滲效果差，對(duì)大壩采用高壓旋噴和土工膜相結(jié)合的防滲方式。即在壩體183.27m高程至壩基采用高壓旋噴灌漿，灌漿孔布置在183.27m的內(nèi)坡平臺(tái)，183.27m至壩頂鋪復(fù)合土工膜。高壓旋噴灌漿孔距1.25m，孔深伸入基巖以下0.5m，最大灌漿深度19.23m，與壩基帷幕灌漿孔中心軸線重合。壩體單薄，坡面坑洼極不平整，對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚并對(duì)壩坡面進(jìn)行加固處理。具體為對(duì)下游壩坡200.27m高程以下進(jìn)行培厚加固，同時(shí)對(duì)上游坡小于1∶2部位進(jìn)行修整培厚，加固后下游壩坡工設(shè)有3級(jí)平臺(tái)，并于排水棱體頂部171.76m高程處設(shè)有2m寬?cǎi)R道，每級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)及兩岸與岸坡結(jié)合部設(shè)置排水溝。針對(duì)老排水棱體排水功能下降，對(duì)其進(jìn)行改造，在老排水棱體上游坡腳位置沿壩軸線方向每間隔3m用沖抓機(jī)造孔，孔內(nèi)鋪反濾料壓實(shí)，形成排水孔，沖抓孔孔徑1m，間距3m，深度直接達(dá)到老排水體，平均深度6.8m，造好孔后回填1m厚粗砂，再回填卵石。在所有排水孔做好后，在排水孔之間開挖2m深，1m寬的溝槽與沖抓造孔連通，周邊鋪設(shè)土工布，并距溝底0.5m處埋設(shè)直徑200mm的塑料盲管，立即回填砂卵石并壓實(shí)，在石體上再鋪設(shè)2層土工布，最后回填粘土。施工竣工驗(yàn)收時(shí)，檢測(cè)孔測(cè)得高壓旋噴后的壩體滲透系數(shù)皆小于1.0×105cm/s，呈弱透水性，且下游原有壩體滲漏問題消失?？梢?，主壩壩體防滲加固質(zhì)量較好。

針對(duì)副壩壩體存在著滲漏問題，采用沖抓套井回填處理，沖抓套井鉆孔沿壩頂中心線布設(shè)一排孔，孔深伸入壩體與基巖分界線以下0.5m，防滲墻在平面上按主井、套井相間布置，一主一套相交連成井墻。造孔孔徑為1.1m，主井與套井中心間距0.865m。上游壩坡面護(hù)坡?lián)p毀嚴(yán)重，對(duì)護(hù)坡進(jìn)行砼預(yù)制塊護(hù)坡，并對(duì)上游坡小于1∶2部位進(jìn)行休整培厚處理。對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚，壩頂加寬1.04m，壩坡坡比按照1∶2.5、1∶1.6分別進(jìn)行培厚。施工竣工驗(yàn)收時(shí)，檢測(cè)孔測(cè)得副壩壩體沖抓套井回填形成的防滲心墻的滲透系數(shù)皆小于1.0×105cm/s，呈弱透水性，且下游原有壩體滲漏問題消失?？梢?，1#副壩壩體防滲加固質(zhì)量較好針對(duì)副壩排水棱體功能下降這一問題，對(duì)排水棱體進(jìn)行改造，排水棱體改造方案為在原有排水棱體偏上游位置沿壩軸線方向每間隔3m用沖抓機(jī)造孔，孔內(nèi)鋪反濾料壓實(shí)，形成排水孔，表層開挖導(dǎo)滲溝。由于副壩涵管滲漏嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行翻新，挖除原有漿砌石箱涵，用鋼筋混凝土預(yù)制涵管代替。新建低涵由進(jìn)口消力井、涵管及出口消力池組成。

5.結(jié)束語

通過上文所述我們可以看出，水庫(kù)的病險(xiǎn)因素有很多，大都源于其建設(shè)施工時(shí)的技術(shù)所限，或使用時(shí)間過久而削弱了其運(yùn)行性能與安全性能。大中型水庫(kù)對(duì)于城市發(fā)展與居民生活等仍然有著極為重要的作用。因此，我們有必要關(guān)注水庫(kù)的加固工作，讓水庫(kù)在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用。

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