論述永壽縣高劉溝水庫大壩防滲搶修工程方案

王小樸

（西安景天水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司，陜西 西安710014）

1 基本概況

高劉溝水庫壩址位于咸陽市永壽縣馬坊鎮(zhèn)高劉溝村東、泔河一級支流三岔河郭家河溝道的上游，發(fā)源于永壽縣馬坊鎮(zhèn)郭家河溝，河道全長10.3 km，河床平均比降36.5‰。水庫壩址以上河道長6.0 km，平均比降55‰。全流域面積18.9 km2，壩址以上控制流域面積7.8 km2，高劉溝水庫是一座以防洪和灌溉功能的V等?。?）型水利樞紐工程。于1976年建成，2013年水庫加固設(shè)計后總庫容為95萬m3。2013年除險加固對左壩肩進行上游鋪設(shè)土工膜防滲，除險加固工程完工蓄水后未見壩腳滲水，2020年在巡查中發(fā)現(xiàn)滲漏點重新出現(xiàn)，針對巡查中發(fā)現(xiàn)的左壩肩滲漏，永壽縣水利局組織有關(guān)部門及相關(guān)專家勘查確認存在安全隱患。2020年12月我公司受永壽縣水利局委托，對現(xiàn)場進行了勘查和地質(zhì)勘探，通過勘察和地質(zhì)勘探分析，壩后斜坡出現(xiàn)滲漏溢出點及浸濕區(qū)，主要是由于左壩肩存在繞壩滲漏問題造成的，庫水通過左壩肩中下部的兩層砂礫石繞滲至壩后斜坡，并從表面堆積的松散素填土滲出地面或形成集中滲漏點；同時可以看出，集中滲漏點的出露位置與兩層砂礫石分布高程高度一致，從而進一步印證了滲漏通道的存在性；另外，雖然下部溢出點的水頭更高，但滲漏通道進口段覆蓋有弱透水的庫內(nèi)淤泥質(zhì)粘土，明顯降低了漏水量，這也就是為什么上部溢出點的出水量明顯比下部大的原因，危及壩體運行安全。

2 工程存在的問題

高劉溝水庫2013年除險加固后，經(jīng)多年運行，左壩肩壩后斜坡區(qū)長度約100 m，寬約26 m～40 m，高程920.0 m以上斜坡坡度約30°，高程920.0 m以下的斜坡坡度約9°～16°，坡度較緩；斜坡表面為人工堆積素填土，屬于2013年除險加固時施工開挖棄土，結(jié)構(gòu)疏松，厚度0.8 m～2.5 m，下部為黃土狀壤土夾兩層沖洪積砂礫石。根據(jù)本次調(diào)查及復(fù)核，該斜坡區(qū)存在沖溝、裂縫、滲漏溢出點、浸濕區(qū)等諸多工程地質(zhì)現(xiàn)象，現(xiàn)分述如下：

1）沖溝：左壩肩壩后土質(zhì)斜坡區(qū)可見三條沖溝，長度30 m～100 m，深度0.1 m～0.15 m，沖溝寬度0.1 m～0.3 m，見附圖1。產(chǎn)生沖溝的主要原因是：斜坡表面堆積的素填土，結(jié)構(gòu)疏松，抗沖刷能力很差，加之表面未作防護和排水，從而導(dǎo)致產(chǎn)生多條無序的小沖溝。建議設(shè)計考慮防護及排水措施。

2）裂縫：野外調(diào)查該斜坡區(qū)東側(cè)上部出現(xiàn)兩條裂縫，長度6 m～15 m，深度0.8 m～1.5 m，主要出現(xiàn)在表面堆積的素填土內(nèi)，未延伸到下部地層，裂縫寬度2 mm～5 mm，見附圖1。產(chǎn)生裂縫的主要原因是：表面素填土結(jié)構(gòu)普遍疏松，密實不均，從而引起局部不均勻沉降變形，導(dǎo)致產(chǎn)生多條裂縫。建議對該土層挖除，重新按標準回填夯實。

3）滲漏溢出點、浸濕區(qū)：該斜坡區(qū)的西側(cè)中下部存在三個滲漏溢出點，編號分別為出水點1、出水點2及出水點3（見附圖1），出露高程分別為917.5 m、916.6 m及909.6 m，水質(zhì)清澈，未見泥沙，勘察期（庫水位高程）初步測量各出水點的水量分別為0.3 L/min～0.5 L/min、1.5 L/min～2.0 L/min及0.5 L/min～1.0 L/min，合計該區(qū)總滲漏量為99.0 m3/d～151.2 m3/d；浸濕區(qū)亦位于該斜坡區(qū)的西側(cè)中下部，長度約56 m，寬度7.0 m～10.5 m，表面土質(zhì)飽和松軟；另外野外發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律，三個滲漏溢出點均位于該浸濕區(qū)內(nèi)，前兩個溢出點與第三個溢出點高差相差7.0 m，距離約40.0 m，有成帶分布的特點，且前兩個溢出點出水量明顯比第三個溢出點大。

3 工程任務(wù)及規(guī)模

3.1 工程任務(wù)

高劉溝水庫是以防洪和灌溉功能的Ⅴ等?。?）型工程。本工程的任務(wù)為針對目前存在且影響水庫安全運行的缺陷進行大壩防滲搶修，使其達到國家現(xiàn)行標準的相關(guān)規(guī)定，保證水庫按功能安全正常運行，發(fā)揮應(yīng)有效益。大壩防滲搶修工程后水庫功能維持原設(shè)計不變，仍以灌溉和防洪為功能。

本次大壩防滲搶修的主要任務(wù)有：

①左壩肩防滲處理；

②左壩肩裂縫和沖溝處理。

3.2 大壩防滲搶修必要性

高劉溝水庫是一座以防洪和灌溉為主功能的Ⅴ等?。?）型水利樞紐工程，擔負著水庫下游馬坊鎮(zhèn)4個村組1500多人的生命安全，以及下游河道1100畝耕地防洪安全，對下游防洪相當重要，同時也是塬面7000畝灌區(qū)水源；總之，高劉溝水庫綜合效益顯著，對當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展起到了積極而又重要的作用，因此高劉溝水庫水毀搶修是十分重要和必要的。

3.3 壩高復(fù)核

壩頂高程復(fù)核采用2013年除險加固特征水位和《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)劃》（SL274-2001）（以下簡稱《規(guī)范》）推薦計算公式進行計算：

式中：Y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩頂上的爬高，m；e為最大風雍水面高度，m；A為安全價高，m。

壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和，依據(jù)《規(guī)范》5.3.3條應(yīng)分別按以下運用情況計算：

設(shè)計洪水位加正常運用條件的壩頂超高；

正常蓄水為加正常運用條件的壩頂超高；

校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高；

正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高再加地震安全超高。

計算采用的參數(shù)：

波浪計算，正常情況依據(jù)《規(guī)范》5.3.5取多年最大平均風速的1.5倍即27 m/s，非常情況取多年最大平均風速18 m/s。

本工程地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

采用莆田試驗站公式進行計算，計算壩頂高程成果見表1。

表1 大壩超高復(fù)核計算成果表

由表1可知：工況②情況下校核加非正常運用計算壩頂高程起控制作用，對應(yīng)水位為927.10 m，低于壩頂高程927.50 m，滿足運行要求。

4 大壩防滲搶修工程方案

4.1 左壩肩防滲處理設(shè)計

根據(jù)本次勘察及調(diào)查資料分析，壩后斜坡出現(xiàn)滲漏溢出點及浸濕區(qū)，主要是由于左壩肩存在繞壩滲漏問題造成的，庫水通過左壩肩中下部的兩層砂礫石繞滲至壩后斜坡，并從表面堆積的松散素填土滲出地面或形成集中滲漏點；根據(jù)附圖可以看出，集中滲漏點的出露位置與兩層砂礫石分布高程高度一致，從而進一步印證了滲漏通道的存在性；另外，雖然下部溢出點的水頭更高，但滲漏通道進口段覆蓋有弱透水的庫內(nèi)淤泥質(zhì)粘土，明顯降低了漏水量，這也就是為什么上部溢出點的出水量明顯比下部大的原因。

本次設(shè)計采用在沿壩軸線K0+007.5～K0+075.5修建截滲墻，截滲墻厚0.4 m，截滲墻采用C25W8F100混凝土，截滲墻頂高程至正常蓄水位925.00，下至壩基第二層砂礫石以下5 m，高程為904.00 m。正常蓄水位以上挖槽回填土，土方壓實度不小于0.96。溢洪道處防滲墻高程為原溢洪道底板高程。

4.2 左壩肩沖溝、裂縫和溢出點處理設(shè)計

①沖溝：經(jīng)過現(xiàn)場勘查，左壩肩壩后土質(zhì)斜坡區(qū)可見三條沖溝，長度30 m～100 m，深度0.1 m～0.15 m，沖溝寬度0.1 m～0.3 m，本次對左壩肩沖溝進行回填，回填前壩坡進行清基，清基厚度不小于0.3 m，回填壓實度不小于0.96，回填后對左壩肩進行整修。

②裂縫：左壩肩斜坡區(qū)東側(cè)上部出現(xiàn)兩條裂縫，長度6 m～15 m，深度0.8 m～1.5 m，主要出現(xiàn)在表面堆積的素填土內(nèi)，未延深到下部地層，裂縫寬度2 mm～5 mm。產(chǎn)生裂縫的主要原因是：表面素填土結(jié)構(gòu)普遍疏松，密實不均，從而引起局部不均勻沉降變形，導(dǎo)致產(chǎn)生多條裂縫。因此本次采用有裂縫土層挖除，挖土底高程是原地面以下1.5 m，挖除前進行清基，清基厚度不小于0.3 m，然后回填，壓實度不小于0.96。

③溢出點：溢出點有沖坑，本次對溢出點沖坑進行回填壓實，回填前對沖坑進行清基，清基厚度不小于0.3 m，壓實度不小于0.96。壓實之后對岸坡進行整修。

5 主體工程施工要求

5.1 左岸壩肩防滲處理

①成槽：針對本工程地質(zhì)特點和槽深分布情況，擬在工程中采用“鉆劈法”成槽工藝。即沖擊鉆鑿端頭孔及主孔，再鉆取中間副孔部分，二期槽孔的端頭孔直接由起拔接頭管形成，中間部分的成槽同于一期槽孔。槽段接頭采用“接頭管法”連接，有效保證墻體搭接完好。

②混凝土入槽：混凝土運輸車運送混凝土至槽孔口，直接對準導(dǎo)管料斗澆筑?；炷灵_澆時采用壓球法開澆，每個導(dǎo)管均下入隔離塞球。開始澆筑混凝土前，先在導(dǎo)管內(nèi)注入適量的水泥砂漿，并準備好足夠數(shù)量的混凝土，以使隔離的球塞被擠出后，能將導(dǎo)管底端埋入混凝土內(nèi)?；炷帘仨氝B續(xù)澆筑，槽孔內(nèi)混凝土上升速度不得小于2 m/h，并連續(xù)上升至高于設(shè)計規(guī)定的墻頂高程以上0.5 m。

③墻體連接：本工程混凝土防滲墻槽段連接采用“接頭管”法。一期槽孔清孔換漿結(jié)束后，在槽孔端頭下設(shè)接頭管，混凝土澆筑過程中及澆筑完成一定時段之內(nèi)，根據(jù)槽內(nèi)混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側(cè)壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。

5.2 左壩肩沖溝、裂縫和溢出點處理

在左岸壩肩施工前，需對壩坡原有腐殖土、雜草進行清理，清理深度0.30 m。壩體清表施工以人工為主，人工配合裝載機將棄土用5t自卸汽車運至壩體下游100 m溝道，棄渣推平。

左壩肩裂縫開挖回填施工采用人工開挖，然后采用人工依次進行分層回填填筑壓實。

6 結(jié)語

高劉溝水庫目前存在的影響水庫安全運行的隱患與缺陷進行大壩防滲搶修，該項目的建成使其達到國家現(xiàn)行標準的相關(guān)規(guī)定，保證水庫按功能要求安全正常運行，發(fā)揮應(yīng)有的效益。加固處理后水庫功能維持原設(shè)計不變，保護下游多座建筑物及人民的生命財產(chǎn)安全，水庫一旦失事，后果不堪設(shè)想。大壩防滲搶修工程建設(shè)完成，可確保防洪安全，為當?shù)厝嗣駝?chuàng)造一個良好的生存環(huán)境。