七一水庫壩下涵洞質量檢測與加固方案設計

李紅星

（晉中市水利勘測設計院 山西晉中 030600）

七一水庫壩下涵洞質量檢測與加固方案設計

李紅星

（晉中市水利勘測設計院 山西晉中 030600）

針對七一水庫涵洞多個環向接縫處滲水滲泥的現象，利用地質雷達基本查明了由于滲漏引起涵洞周圍存在明顯空隙以及空隙分布的空間位置。并提出了對洞身段進行回填灌漿和內襯鋼筋混凝土的加固處理方案。

壩下涵洞 加固 地質雷達

1 工程概況

七一水庫壩址位于臨汾市襄汾縣西賈鄉萬東毛村東的七一溝和南賈溝上，屬黃河流域汾河水系，水庫控制流域面積140.4km2，總庫容5544萬m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合利用的中型水庫。樞紐建筑物主要包括：大壩和輸水涵洞。

大壩為均質土壩，大壩壩頂高程473.8m，最大壩高43m，壩頂長1250m。上游坡比1∶3，下游坡比1∶3、1∶3.5、1∶4。

七一涵洞位于大壩樁號1+063.5m處，進口高程449.2m，縱坡0.0017，最大泄流量12.5m3/s。涵洞為城門洞形鋼筋混凝土結構，底寬3.6m，直墻高2.0m，半圓拱高1.8m，總高3.8m。壩內涵洞長164m，進口設進水塔控制，涵洞內設DN1400預應力鋼筋混凝土管道，出口設DN1400閘閥。

七一水庫地處臨汾盆地中南部，地貌單元屬黃土丘陵溝壑區。壩址區位于襄汾縣萬東毛村與阜寧莊之間，壩軸線橫跨七一溝和南賈溝兩條河谷。壩址區出露的地層巖性為：第四系中更新統洪積層(Q2pl)，棕紅色壤土，淺棕黃色砂壤土，出露在溝谷兩側；第四系上更新統沖洪積物(Q3pal)，淺黃色粉質壤土，砂壤土，廣泛分布于黃土階地塬面，厚約5～10m；全新統沖洪積物(Q4pal)、砂壤土、砂卵石，分布在溝谷底部。

涵洞地層巖性為中更新統(Q2)壤土、砂壤土，夾細砂層，土質較好。地基土的承載力根據鉆孔標準貫入擊數得，細砂、砂土承載力基本值f0=160kPa，壤土的承載力標準值fk=200kPa。

2 現存問題

2013年蓄水安全專項檢查時發現涵洞多個環向接縫處滲水明顯。其中3個環向接縫處（0+21、0+51、0+81)滲水明顯，其滲水量達到0.7L/S。長期存在的滲流現象，使得多處存在碳酸鹽結晶，局部可見明顯的滲泥現象，在導水渠可見較厚淤泥，需查明是否由于滲漏引起涵洞襯砌后方存在明顯空隙（或密實度較差），以及空隙分布的空間位置。

3 地質雷達法檢測

圖1 地質雷達原理示意圖

地質雷達（Ground Penetrating Rader簡稱GPR）是利用超高頻電磁波探測地下介質分布的一種地球物理勘測儀器，它是利用電磁波在不同介質中的傳播與反射特性來進行探測的。電磁波脈沖由發射天線發出，被地下介質界面（或異常體）反射，然后由接收天線接收，并以實時成像方式顯示地下結構剖面，探測結果一目了然，分析、判釋直觀方便，見圖1。

3.1 測線布設

在涵洞內部，沿涵洞兩側邊墻、側拱頂布設4條測線，探查涵洞襯砌后方空隙是否存在。測線布置見圖2。

圖2 測線布置斷面示意圖

3.2 地質雷達法數據處理

地質雷達資料的處理過程就是抑制隨機的和有規律的干擾，最大限度地提高雷達剖面圖像上的分辨能力，通過提取電磁回波的各種有用參數，來解釋不同介質的物理特征。數據處理一般分五個步驟進行：

①數據預處理，包括文件編輯、文件巡視等。

②技術性處理，包括數字濾波、反褶積、偏移及希爾伯特變換等。

③拾取反射層。

④確定介電常數，計算速度，進行時深轉換，形成深度剖面。

⑤判釋異常界面。

3.3 判釋原則

輸水涵洞襯砌背后回填不密實或者存在空洞，土壤內含水量相對偏高，一般會在地質雷達法成果圖中呈現強能量反射特征。因此，重點分析地質雷達斷面中的強能量同相反射軸，并參考調查資料，圈定涵洞內的重點危險段。

3.4 資料分析

根據地質雷達成果，并結合收集的地質調查資料，按較好、一般、較差、差四個等級，分段評價了輸水涵洞的滲透情況，并重點圈定了洞周回填不密實、土壤含水量相對偏高的危險部位。見圖3。

圖3 地質雷達成果圖

（1）左邊墻LD-1。0～7.0m較好，反射波能量均勻，未見明顯異常。7.0～33.0m情況差， 其 中：8.0～12.0m和21.0～27.0m處涵洞襯砌背后出現雜亂的強反射波組，且24.0～27.0m反射波同相軸呈弧狀，推斷襯砌背后存在空洞或回填不密實，13.0～15.0m和29.0～33.0m處土壤內部出現強反射波，同相軸不連續，推斷土壤含水量相對偏

高；33.0～65.0m情況較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；65.0～80.0m情況差，66.0～ 69.0m和72.0～79.0m土 壤內 出現雜亂的強反射波組，推斷土壤的含水量相對偏高；80.0～102.0m情況較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；102.0～126.0m情況 差，105.0～ 114.0m、115.0～ 119.0m和122.0～126.0m處出現襯砌背后雷達剖面上波形雜亂，推斷襯砌背后存在空洞,105.0～114.0m土壤內含水量相對偏高；126.0～147.0m情況較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；147.0～164.0m情況差，147.0～150.0m土壤內部反射波雜亂，推斷土壤內含水量相對偏高；159.0～164.0m襯砌背后以及土壤內部均出現強反射波，推斷襯砌后面存在空洞，并且土壤內含水量相對偏高。

（2）左拱頂LD-2。0～7.0m較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；7.0～33.0m情況較差，9.0～12.0m處涵洞襯砌背后出現強反射波，推斷回填不密實；18.0～22.0m土壤內部出現雜亂強反射波，同相軸錯段，推斷土壤含水量相對偏高；33.0～57.0m情況較差，36.0～41.0m和46.0～49.0m處土壤內部出現雜亂強反射波，推斷襯砌后面的土壤含水量相對偏高；57.0～164.0m情況差，57.0～70.0m、73.0～77.0m和80.0～140.0m處土壤內部出現雜亂強反射波，能量不均，推斷土壤含水量相對偏高；141.0～164.0m處襯砌背后及土壤內出現強反射波，推斷襯砌背后回填不密實，局部存在空洞，土壤含水量相對偏高。

（3）右邊墻LD-3。0～7.0m較好，反射波能量均勻，未見明顯異常；7.0～33.0m情 況 一 般，9.0～12.0m、24.0～27.0m和29.0～31.0m處襯砌背后出現強反射波，同相軸錯段，推斷襯砌背后回填不密實；33.0～ 60.0m情 況 較 差，36.0～ 39.0m、41.0～42.0m和44.0～45.0m處襯砌背后出現雜亂反射波，同相軸錯段，推斷襯砌背后回填不密實；49.0～51.0m處襯砌背后出現強反射波，且反射波同相軸呈弧狀，推斷襯砌背后存在空洞；54.0～60.0m處土壤內部出現強反射波，能量不均，推斷土壤內含水量相對偏高；60.0～92.0m情況較差，66.0～71.0m襯砌背后出現雜亂的強反射波組，推斷回填不密實；89.0～91.0m處涵洞襯砌背后出現強反射波，且反射波同相軸呈弧狀，推斷存在空洞；73.0～76.0m、80.0～83.0m處土壤內部出現雜亂的強反射波，能量不均勻，推斷土壤內含水量相對偏高；92.0～101.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續，未見明顯異常；101.0～ 121.0m情況較差，102.0～111.0m和113.0～114.0m襯砌背后出現強反射波，推斷存在空洞，并且土壤的含水量相對偏高；119.0～121.0m襯砌背后出現強反射波，且反射波同相軸呈弧狀，推斷存在空洞；121.0～ 156.0m情 況 差，125.0～ 126.0m、134.0～ 137.0m、142.0～ 144.0m和152.0～156.0m處土壤內部出現強反射波，能量不均勻，同相軸錯段，推斷土壤內含水量相對偏高；156.0～164.0m情況一般，162.0～164.0m土壤內部出現強反射波，推斷土壤內含水量相對偏高。

（4）右拱頂LD-4。0～7.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續，未見明顯異常；7.0～33.0m情況差，9.0～12.0m處涵洞襯砌背后出現雜亂的強反射波，推斷回填不密實，25.0～33.0m土壤內出現強反射波，推斷土壤內含水量相對偏高；33.0～59.0m情況較差，42.0～45.0m襯砌背后與土壤內均存在強反射波，推斷襯砌背后存在空洞，土壤內含水量相對偏高；59.0～84.0m情況差，59.0～64.0m、65.0～71.0m和73.0～77.0m土壤內存在強反射波，推斷土壤內含水量相對偏高；78.0～82.0m處襯砌背后出現強反射波，推斷回填不密實；84.0～100.0m情況較差，90.0～93.0m和96.0～100.0m土壤內出現強反射波，推斷土壤內含水量相對偏高；100.0～109.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續，未見明顯異常；109.0～119.0m情況較差，109.0～111.0m和114.0～119.0m處土壤內部存在強反射波，推斷土壤內部含水量相對偏高；119.0～134.0m情況較好，反射波能量均勻，同相軸連續，未見明顯異常；134.0～154.0m情況較差，134.0～137.0m、151.0～153.0m土壤內均存在強反射波，推斷土壤內含水量相對高，142.0～143.0m

襯砌背后出現強反射波，推斷回填不密實；154.0～164.0m較好，反射波能量均勻，同相軸連續，未見明顯異常。

4 加固方案

針對七一水涵洞的漏水問題，此次應急工程對閘室后洞身段進行回填灌漿和C25鋼筋混凝土襯砌防滲加固處理。

首先對洞身段外部回填灌漿，灌漿孔深入土層30cm以上，灌漿孔與伸縮縫間距不小于50cm。回填灌漿采用中壓砂漿泵填式灌注，灌漿壓力為0.3mPa，分兩序孔進行，一序孔可灌注水灰比0.6(或0.5)∶1的水泥漿，二序孔可灌注1∶1、0.8∶1和0.6(或0.5)∶1兩個比級的水泥漿，一序孔和兩序孔呈梅花型布置。在規定的設計壓力下，灌漿孔停止吸漿，并繼續灌注10min即可結束。

在灌漿過程中如發現漏漿，應將漏漿部位封堵，還應采取加濃漿液、降低壓力、間歇灌漿等方法處理。因故中斷灌漿，應及早恢復灌漿，中斷時間大于30min應設法清洗至原孔深后恢復灌漿，此時若灌漿孔仍不吸漿，則應重新就近鉆孔進行灌漿。

灌漿結束后，應排除鉆孔內積水和污物，采用濃漿將全孔封堵密實和抹平，露出表面的埋管應割除。

混凝土襯砌前須對原洞身表面按規范要求處理干凈并鑿毛。混凝土防滲層厚20cm，標號為C25F200W6。洞身段襯砌混凝土伸縮縫按現伸縮縫位置布置，縫寬2cm，距洞內表面10cm處設12mm厚紫銅止水和遇水膨脹橡膠止水條，縫內填塞聚乙烯低發泡沫板，臨水面5cm深度內采用雙組分聚硫密封膏密封。鋼筋網采用Φ18和Φ14，間距為200mm和300mm，鋼筋網保護層厚度為5cm。洞身設Φ25錨筋，長度70cm，頂部夾角為48°，直墻段和底板間距1.5m，排距2m，采用化學錨固，外露部分須與洞身襯砌混凝土鋼筋牢固連接。

混凝土襯砌層應預留灌漿孔，對混凝土襯砌與原洞身間進行回填灌漿。灌漿需在混凝土襯砌強度達到70%設計強度后方可進行，回填灌漿孔預埋管采用鋼管，管徑φ63；回填灌漿孔排距2m，錯位布置；回填灌漿應分為兩個次序進行，回填灌漿孔灌漿完畢后，須使用干硬性水泥砂漿將鉆孔封堵密實，孔口與周邊混凝土抹齊平。

對輸水涵洞的DN1400混凝土管和鋼管進行更換，混凝土管更換為PCCP管，管徑為1400mm，全長242m；DN1400鋼管全長45m。

5 結論

壩下涵洞病險不易檢查，由于涵洞滲水，在庫水頭的長期作用下，當滲透坡降超過允許坡降，便產生滲透變形，逐漸帶走壩體土，土體空隙變大，在壩體內形成集中滲漏通道，造成水庫嚴重漏水，甚至出現壩面塌陷，影響大壩安全。

本文根據地質雷達成果，并結合收集的地質調查資料，按較好、一般、較差、差四個等級，分段評價了輸水涵洞的質量情況，重點圈定了洞周土體不密實、土壤含水量相對偏高的危險段落。并提出了對涵洞洞身與壩體土間進行回填灌漿和內襯鋼筋混凝土的加固處理方案。但壩下涵洞病害具有隱蔽性、突發性，徹底處理難度大的特點，其檢測和處理方法還有待進一步研究。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.022

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B

1672-2469(2014)09-0073-04

李紅星（1974年—），男，高級工程師。