鳳翔桃樹溝水庫(kù)壩下滲漏原因分析及封堵措施探討

田金平

（寶雞市鳳翔區(qū)橫水河灌溉管理處,陜西 鳳翔 721400）

1 水庫(kù)基本情況

桃樹溝水庫(kù)位于縣城東北20 km的姚家溝鎮(zhèn)橫水河右岸的支流桃樹溝河上,水庫(kù)于1958 年10 月動(dòng)工興建,1960 年5 月建成投用,壩址以上控制流域面積18.2 km2,總庫(kù)容135 萬(wàn)m3,滯洪庫(kù)容35萬(wàn)m3,有效庫(kù)容79 萬(wàn)m3,死庫(kù)容21 萬(wàn)m3。是橫水河流域蓄水灌溉工程中,第一期開發(fā)興建的一座以灌溉為主,兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖、防洪等綜合效益的Ⅳ等?。?）型水庫(kù)。

2 工程現(xiàn)狀及存在問題

2.1 工程現(xiàn)狀

桃樹溝水庫(kù)樞紐工程由均質(zhì)土壩、放水洞及開敞式溢洪道組成。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩,壩高28.6 m,壩頂高程928.6 m,長(zhǎng)245 m,壩頂寬3.5 m,壩基高程900.0 m,最大壩基底寬152.0 m,壩基長(zhǎng)30 m。1977 年4 月壩高由原來(lái)18 m加高到28.6 m。1977 年9 月,大壩加高工程完成。

放水洞位于大壩左側(cè),基礎(chǔ)座落于原狀黃土上,進(jìn)口底部高程908.50 m,長(zhǎng)165 m,底坡1%,放水流量0.3 m3/s,洞身為城門洞型,寬0.8 m,高0.9 m。放水臥管共60 階,管坡比降1∶3.0,寬度0.8 m,高度1.5 m,底部消力池長(zhǎng)4.5 m,底高程為907.30 m,進(jìn)水孔為圓形,直徑30 cm。2007 年水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)施時(shí),水庫(kù)現(xiàn)狀淤積面高程918.0 m,放水臥管淤埋27 階,且臥管進(jìn)口扭曲變形,滲漏嚴(yán)重,同年進(jìn)行除險(xiǎn)加固,新建塔式放水洞全長(zhǎng)145 m,設(shè)計(jì)流量0.3 m3/s,由進(jìn)水口段、塔身段、洞身段、出口段四部分組成。進(jìn)水口段采用C25鋼筋砼箱式箱涵進(jìn)水,總長(zhǎng)28 m；塔身段:新建放水塔為圓桶形鋼筋砼結(jié)構(gòu),內(nèi)徑2.5 m,塔壁厚度0.4 m,塔身預(yù)留進(jìn)水口,底層進(jìn)、出口底部高程均為917.70 m,頂層進(jìn)水口高程920.70 m,孔口尺寸1.0 m×1.0 m；洞身段全長(zhǎng)42 m,底坡1∶100,隧洞過水?dāng)嗝娉叽鐬?.5 m×1.8 m,隧洞內(nèi)壁采用C25 鋼筋砼襯砌,厚度0.3 m；隧洞出口接明渠與原引水渠相接。

2010 年7 月完成水庫(kù)除險(xiǎn)加固,新建塔式放水洞,隨后對(duì)原放水臥管及壩下放水洞進(jìn)行封堵。封堵設(shè)計(jì)采用塑料管從臥管進(jìn)口插進(jìn)涵洞進(jìn)口灌泥漿,灌漿材料為粘土。實(shí)際施工中采用粘土對(duì)梯級(jí)臥管回填封堵,將臥管進(jìn)水孔用C20 砼蓋板封堵。

水庫(kù)經(jīng)除險(xiǎn)加固后,隨即投入蓄水運(yùn)行,經(jīng)日常巡查觀測(cè),桃樹溝水庫(kù)樞紐設(shè)施運(yùn)行基本正常。2015 年4 月繼續(xù)對(duì)桃樹溝水庫(kù)放水洞進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘,發(fā)現(xiàn)新建放水洞鋼筋砼襯砌與大壩壩體存在空腔,放水洞洞頂、洞壁、側(cè)墻滲水及部分段有細(xì)小射水現(xiàn)象,新建放水洞與壩體結(jié)合部位存在安全隱患,直接威脅水庫(kù)安全,故對(duì)放水洞段進(jìn)行充填灌漿防滲處理。沿新建放水洞軸線布設(shè)回填灌漿孔11 個(gè)孔,采用灌注水泥粘土漿充填灌漿,灌漿后有效解決了洞壁滲漏和空腔問題,保證了水庫(kù)安全運(yùn)行。

2.2 存在問題

桃樹溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固和放水洞回填灌漿完成后,經(jīng)觀測(cè),水庫(kù)蓄水運(yùn)行狀況良好。2020 年9 月25 日,桃樹溝水庫(kù)出現(xiàn)險(xiǎn)情,壩下原放水涵洞出口部位發(fā)生大量涌水情況,涌水量大約1.0 m3/s左右,庫(kù)水迅速漏失,對(duì)大壩安全穩(wěn)定和下游群眾生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。同時(shí)也對(duì)水庫(kù)水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來(lái)?yè)p失。

3 壩下漏水原因分析

3.1 滲漏應(yīng)急處置

水庫(kù)壩下發(fā)生涌水險(xiǎn)情后,首先應(yīng)急排險(xiǎn)處突,第一時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)查勘險(xiǎn)情,分析原因,制定應(yīng)急搶險(xiǎn)措施。經(jīng)對(duì)滲漏水量、渾濁程度、夾雜泥砂情況、涌水部位綜合分析研判,滲漏部位涌水量達(dá)1.0 m3/s左右,但流量穩(wěn)定,水流無(wú)挾帶泥砂現(xiàn)象,壩體無(wú)浸潤(rùn)現(xiàn)象,初步判定涌水來(lái)至原壩下放水涵洞,為原梯級(jí)放水臥管封堵失效,并非壩體發(fā)生管涌現(xiàn)象。為防止壩體浸水飽和,減輕庫(kù)水對(duì)壩體壓力,對(duì)已封堵回填的原壩下放水涵洞出口開挖排水明溝,疏通排水設(shè)施,同時(shí)通過新建塔式放水洞提閘放水0.6 m3/s,閘門泄水及壩下滲漏最大排水流量1.6 m3/s,日泄水量14 萬(wàn)m3,迅速降低庫(kù)水位,減輕大壩壓力。經(jīng)過近一周的持續(xù)泄水,泄水量50 萬(wàn)m3,庫(kù)水位降至現(xiàn)狀淤積面最低點(diǎn)917.74 m,水庫(kù)基本放空,及時(shí)消除了對(duì)下游群眾的安全威脅。

3.2 滲漏原因分析

在對(duì)水庫(kù)持續(xù)泄水緊急避險(xiǎn)過程中,24 小時(shí)持續(xù)對(duì)大壩上下游壩坡、壩腳排水棱體、放水設(shè)施、滲漏部位的變形及滲漏情況進(jìn)行觀測(cè),泄水三天后的9 月28 日,水庫(kù)水位由923.54 m降至920.03 m,下降3.51 m,庫(kù)容由50.34 萬(wàn)m3降為20.03 萬(wàn)m3,泄水量30.31萬(wàn)m3,在水位下降過程中,原放水臥管側(cè)壁大面積砼剝蝕、裂縫、破損,漏水點(diǎn)露出水面。經(jīng)持續(xù)通過新建放水洞放水,至2021 年4 月21 日桃樹溝水庫(kù)水位已降至917.74 m死庫(kù)容高程,水庫(kù)蓄水全部放空,原臥管周邊灘面全部出現(xiàn),新建放水洞洞口淤積面外露,庫(kù)區(qū)淤積灘面大部分出現(xiàn),水庫(kù)中心水面水位917.38 m,庫(kù)容2.88萬(wàn)m3,上游入庫(kù)流量約0.01 m3/s,出庫(kù)0.01 m3/s,上游來(lái)水通過明渠排水溝引流至新建放水洞排泄,水庫(kù)空庫(kù)運(yùn)行。

通過泄水過程的觀測(cè)和水庫(kù)放空后的現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)查勘,壩下涌水主要原因是：1977 年水庫(kù)壩高由18.0 m加高到28.6 m,原梯級(jí)放水臥管在1960 年建設(shè)的原梯級(jí)上進(jìn)行加高延長(zhǎng),新老混凝土結(jié)合部位老化,存在大量裂縫、破損,受水蝕影響,裂縫不斷擴(kuò)大,最寬處已達(dá)3 cm,庫(kù)水通過縫隙、破損處滲漏進(jìn)入梯級(jí)放水臥管,除險(xiǎn)加固后10 多年來(lái),水流不斷帶走原封堵臥管回填粘土,加之水庫(kù)近幾年持續(xù)高水位壓力,最終導(dǎo)致原梯級(jí)放水臥管粘土封堵失效,庫(kù)水從原階梯放水臥管側(cè)壁混凝土裂縫、破損部位漏入臥管,從原壩下涵洞出口處漏失排出。

4 原放水臥管封堵措施

4.1 封堵方案

桃樹溝水庫(kù)原放水臥管封堵失效,是導(dǎo)致庫(kù)水漏失和壩下發(fā)生涌水現(xiàn)象的主要原因,加固處置方案仍然是對(duì)原放水臥管重新封堵。因該庫(kù)建于1960 年,屬于三邊工程,原始資料不詳,必須準(zhǔn)確查清原放水臥管內(nèi)部構(gòu)造和結(jié)構(gòu)尺寸。通過現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入臥管,實(shí)際查清老臥管在水庫(kù)現(xiàn)狀於積面以下的走向及內(nèi)部構(gòu)造,準(zhǔn)確繪制圖紙,標(biāo)注尺寸,根據(jù)臥管現(xiàn)狀和基本原則,采用“上堵下排”,灌注砼的封堵方式。

4.2 封堵措施

（1）上游臥管灌注封堵。拆除現(xiàn)狀淤積面以上原階梯放水臥管兩塊砼蓋板,作為施工通道,由于淤積面以下臥管消力池出口的壩下涵洞斷面為0.5 m×0.7 m,不能滿足施工要求,且在淤積面以下十多米,從臥管消力池出口以上高程907.3 m至現(xiàn)狀淤積面918.0 m以下的臥管空腔全部采用C20 砼灌注。為了保證封堵效果和滿足灌注壓力要求,在消力池出口預(yù)先砌筑封堵墻。

（2）下游設(shè)置排水體。壩下涵洞出口至河床開挖排水槽長(zhǎng)度78 m,高2.5 m~4.5 m不等,底寬2.0 m,底部開挖坡比1∶200,在上游階梯放水臥管封堵完成后,排水槽以上1.0 m采用透水性良好的級(jí)配砂礫反濾料填筑,排除涵洞滲流。其他采用原開挖料回填壓實(shí),壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。

4.3 封堵施工過程的質(zhì)量控制和技術(shù)要求

（1）內(nèi)壁清洗鑿毛。封堵時(shí),首先拆除淤積面以上二塊梯級(jí)放水涵砼蓋板,人工清理梯級(jí)放水涵918.00 m高程至消力池段907.3 m高程沉積的淤泥,然后用高壓水槍沖洗放水臥管、消力池內(nèi)壁。封堵墻部位洞壁清洗鑿毛,鑿毛寬度不小于50 cm,深度3 cm。

（2）設(shè)置封堵墻。封堵墻厚度370 cm,墻體布置Φ8@500 拉結(jié)筋,兩端錨固洞壁30 cm以上,待封堵墻強(qiáng)度滿足要求后再澆筑C20 砼。

（3）灌注C20 砼封堵。由于舊放水臥管洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜,泵送導(dǎo)管無(wú)法伸入作業(yè),經(jīng)砼澆筑方案比選,采用人工澆筑,將梯級(jí)放水涵918.00 m高程至臥管底部消力池段采用C20 砼灌漿封堵。砼封堵作業(yè)時(shí),由臥管最底部消力池出口封堵墻處開始逐層澆筑振搗直至砼灌至梯級(jí)放水臥管918.0 m高程,截?cái)嗦┧ǖ馈９嘀虐韬蜁r(shí)加入防滲劑和速凝劑,在封堵過程中,應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè),控制砼攤鋪厚度和澆筑速度,邊澆筑邊振搗,確保C20砼灌滿涵管,確保砼澆筑密實(shí),砼與臥管內(nèi)壁結(jié)合牢固,以保證封堵質(zhì)量。

（4）水庫(kù)蓄水試驗(yàn)。封堵完成后,灌注砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,水庫(kù)下閘蓄水,蓄水過程中,逐日觀測(cè)水庫(kù)上游來(lái)水、庫(kù)容、水位、壩下涵洞出口滲流量,根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析庫(kù)容水位與壩下滲流量對(duì)應(yīng)關(guān)系。在庫(kù)水位抬升過程中,壩下涵洞滲流變化不明顯。庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位923.8 m高程后,壩下滲流量1.0 L/s左右,滲流穩(wěn)定。經(jīng)較長(zhǎng)一段時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)和分析判定,壩前放水臥管重新封堵后,壩下少量滲漏為壩下涵洞洞壁裂縫滲水,不影響水庫(kù)蓄水和壩體安全穩(wěn)定,本次放水臥管砼灌注封堵施工達(dá)到了預(yù)期效果,大壩放水設(shè)施安全隱患得到消除。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)的放水涵洞是水庫(kù)樞紐中重要的建筑物之一,它可以用來(lái)灌溉、引水發(fā)電、導(dǎo)流、放空水庫(kù),有的還可兼做泄洪、排沙。在中小型水庫(kù)工程中,特別是小型水庫(kù)土壩壩下埋設(shè)的階梯臥管無(wú)壓流涵洞兼有灌溉、泄洪、放空水庫(kù)等綜合利用效益,是水庫(kù)建設(shè)中采用最多的一種涵洞布置形式。目前,各地小型水庫(kù)工程大多修建于二十世紀(jì)六十年代,當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)落后,物資匱乏,技術(shù)人才短缺,大多水利工程屬“三邊”工程,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,施工技術(shù)落后,建設(shè)質(zhì)量差。多數(shù)小型水庫(kù)放水設(shè)施為階梯臥管無(wú)壓流涵洞,經(jīng)多年運(yùn)行,在長(zhǎng)期水流浸泡、沖刷、侵蝕作用下,放水臥管裂縫、破損,扭曲變形,漏水嚴(yán)重,土壩下涵洞也存在不同程度的滲漏,存在較大工程病險(xiǎn)。在對(duì)水庫(kù)放水設(shè)施改建及原階梯臥管回填封堵過程中,存在重視不夠,方案不周密,質(zhì)量控制不嚴(yán)等問題,導(dǎo)致原放水臥管封堵后,水庫(kù)在蓄水運(yùn)行中出現(xiàn)壩下滲漏、涌水、庫(kù)水漏失等工程問題,輕則影響水庫(kù)蓄水,重則危及大壩安全穩(wěn)定,應(yīng)引起工程技術(shù)人員和水庫(kù)管理部門的高度重視。所以在小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)對(duì)已廢棄的原放水設(shè)施封堵制定科學(xué)嚴(yán)密的封堵方案,并在施工過程中嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)質(zhì)量,保證封堵質(zhì)量安全可靠,確保小型水庫(kù)正常蓄水運(yùn)行和發(fā)揮工程效益。