橫山縣大川溝水庫大壩病險問題分析

張慧勇 高強山

（1.橫山縣河務水庫管理站 陜西 橫山 719100；2.橫山縣水庫移民辦公室 陜西 橫山 719100）

1 概況

位于橫山縣波羅鎮鮑渠村附近的大川溝水庫，距橫山縣縣城東北15km，壩址位于無定河左岸一級支流大川溝下游，水庫壩址以上控制流域面積70km2。大川溝水庫于1978年3月動工修建，并于1982年11月竣工發揮效益，水庫建成后，由陜西省橫山發電有限責任公司供水公司管理，隸屬于橫山縣水利局。該水庫是一座具有工業供水、農業灌溉、水產養殖、防洪等綜合效益的小（Ⅰ）型水庫。該水庫原設計洪水標準為50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。大川溝水庫原設計總庫容950萬m3，其中調洪庫容650萬m3，興利庫容140萬m3，截至目前，水庫淤積145萬m3。限于當時施工技術條件，施工設施現代化程度低下，施工質量差，為水庫安全運行留下隱患，土壩建成后從未高水位運行過。八畝塔下游山坡處一直有多處滲漏點，滲水面積約350m2；背水坡右岸壩坡處有1處集中漏水點，1998年進行了插管排水處理；從1993年至2006年，每年由橫山電廠安排零星的加固處理，對大壩壩體進行裂縫修補加固，并對上游壩坡進行干砌石護面處理。

2 水文

橫山縣屬溫帶大陸性季風半旱草原氣候，春季干旱秋季澇，風沙霜凍加冰雹，無霜期短溫差大，日照充足降雨少。多年平均氣溫8.6℃，平均相對濕度54%；無霜期為163天；多年平均風速2.5m/s，最大風速25.7m/s，風向為NW；多年平均降水量為398.4mm。大川溝水庫流域內無實測水文資料。設計年徑流量采用水文比擬法、徑流深等值線圖法等兩種方法分析計算，經過比較，選用殿市水文站為參證站，以水文比擬法計算結果為推薦值，即水庫多年平均徑流量為310萬m3。頻率25%、50%、75%、95%的相應徑流量代表年分別為殿市水文站實測1988年、1971年、1986年、1965年。采用推理公式法、經驗公式法和水文比擬法三種方法推算大川溝水庫設計洪水。經過對三種計算成果的對比分析，認為采用推理公式法計算結果較為合理，故水庫壩址50年、500年一遇設計、校核洪峰流量分別為1100m3/s、1780m3/s，相應洪水總量分別為352萬m3、733萬m3。2008年4月實測水庫淤積面高程為994.5m，淤積量為145萬m3。水庫建成已經運行26年，平均年淤積泥沙5.57萬m3。

3 地質

大川溝水庫位于陜北黃土高原北部，毛烏蘇沙漠南緣，庫區回水長度約3.0km左右，庫岸邊坡主要由砂質黃土組成；庫岸邊坡黃土崩塌較發育，尤以左岸最為發育，左岸距壩肩約600m處有一崩塌體，寬約150m，厚約10m～15m，總方量約7萬m3～10萬m3。庫區段河谷地形封閉，水庫滲漏輕微；設計庫水位高程附近無大面積農田和集中居民點，不存在浸沒問題。工程區地震基本烈度小于Ⅵ度，地震動峰值加速度小于0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s。

壩址區河谷呈“W”型，溝谷中心偏右處有一孤島（八畝塔），將溝谷分為兩部分，右側溝谷（副壩）底部寬30m～40m，河床高程997.86m～998.86m，兩岸斜坡高50m～60m，壩區兩岸邊坡基本穩定。左側溝谷（主壩）底部寬40m～50m，河床高程975.6m～976.3m，兩岸斜坡高50m～100m，壩區兩岸邊坡基本穩定。壩區無不良地質現象。

4 大壩病險分析

大川溝水庫水庫大壩由主壩、副壩組成，壩頂總長349m，主壩高42m，長240m，壩頂寬10m。大壩壩基建在基巖上，右壩端與巖石相接；左壩端與巖石、砂壤土相連，壩基與壩體采用結合槽及齒墻型式連接，大壩迎背水坡坡比為1∶3.0～1∶3.5；大壩迎水坡高程1008.50m建有戧臺，戧臺寬均為0.4m，其中在右壩端1008.70m戧臺處建有過壩補水渠道（雷惠補水渠），渠寬2m，深2m為漿砌石矩形渠；大壩背水坡高程1009.66m、995.00m處分別建有兩道戧臺，戧臺寬分別為6.0m、10m，其中補水渠從1009.66m戧臺上通過下游壩坡，結構形式同上游壩坡；壩腳設有排水棱體，棱臺高程980.50m，棱體高8.2m（已經淤埋僅剩3.6m高），頂寬1.2m，長75m，內外側坡比分別為1∶1、1∶1.5。

4.1 壩體穩定性評價

根據勘探試驗資料分析，大壩施工時清除了右岸壩肩斜坡表面的殘坡積土和全風化及強風化巖體，右岸壩肩斜坡由弱風化的砂巖組成，巖體較完整，基本穩定。大壩壩基為弱風化砂巖，巖體較穩定。在大川溝水庫大壩背水坡發現幾處小沖溝，壩面呈凹形下陷并在馬道邊緣發育有小落水洞，直徑15cm～20cm，深10cm～15cm。調查時在右側壩體雷惠渠涵洞口發現人工引水渠，曾經用來灌溉馬道上的植被，現在已基本廢棄。經分析認為，壩面的小型沖溝和小落水洞均是由于在馬道上灌溉苗圃時，水體過大造成的，與壩體滲漏沒有直接關系。經復核大壩在正常、非常運用條件下，壩坡的抗滑穩定安全系數均滿足規范要求，所以，大壩上、下游邊坡都是穩定的。

4.2 壩體填筑質量評價

大壩軸線布設鉆孔3個，取原狀土樣24組，大壩填筑土的物理力學指標統計成果如表地質報告，顆分試驗成果地質報告。根據室內顆分試驗資料定名，大壩填筑土為砂壤土，其干密度值偏低（平均ρd=1.56g／cm3），壩體碾壓質量較差；孔隙比最大值為0.944，最小值為0.576，平均值為0.698，屬中等密實；壓縮系數最大值為a1-2=0.27MPa-1，最小值為a1-2=0.08MPa-1，平均值為 a1-2=0.27MPa-1，屬中壓縮性土；滲透系數大小不均，垂直滲透系數平均值K=3.3×10-4cm／s，大于規范標準（1×10-5cm／s）。壓水試驗測得其透水率q=36Lu～58Lu，中等透水，與下游坡面浸水、鉆探過程局部有漏水現象基本一致。綜上，壩體填筑土碾壓質量較差，沒有達到設計要求和規范標準。

4.3 壩基壩望滲漏檢測

據檢測，大川溝水庫大壩為均質水墜土壩，壩體土各項技術質量指標基本符合《SL251-2000規程》要求。但壩殼填筑土的孔隙比在0.675～0.874之間，滲透系數kv=2.5×10-4；滲透系數 kh=2.0×10-4，小于規范標準。壩體以砂壤土為主，壩體透水率q＞10Lu，中等透水，滲漏明顯；壩基為中風化砂巖，壩基巖面以下弱風化帶垂直厚度3.0m～5.0m左右，巖體透水率q=28Lu～56Lu，為中等透水，其接觸部位的透水率q＞10Lu。

據調查，在主壩背水坡坡腳發現1處滲水點，可見明顯的滴水現象。根據觀察，每分鐘滴水2滴～3滴，滲水量極小水點周圍約0.3m2～0.4m2的土體濕潤。其受庫中蓄水影響變化明顯，當庫水位較高時，滲水量明顯增大，滲水點周圍出現約2m2～3m2的散浸區。右岸壩肩巖體總體穩定，但由于節理及層理發育，大壩有繞壩滲漏現象。在泄水洞出口右側壁發現滲水點，出水口側壁砌石顏色變深，有綠青苔展示，其為長期滲水的結果。

4.4 現狀壩坡滲流、穩定復核

現狀壩體穩定復核根據正常蓄水位1000.00m進行大壩滲流計算，計算過程如下述。

4.4.1 壩坡滲透復核

計算斷面取實測壩體最大斷面（樁號ZB0+185），壩基高程為 971.80m，壩頂高程1013.50m，寬10m，迎水坡坡比1∶3.0～1∶3.5，背水坡平均坡比1∶3.0～1∶3.5，壩后河床面高程976.30m。計算工況為：上游正常蓄水位1000.00m，下游最低水位976.40m時，上下游壩坡滲流穩定情況。土料參數指標：壩體填筑土滲透系數采用《大壩土工試驗報告》建議值，詳見表1。

表1 滲透試驗指標值

4.4.2 滲透穩定分析

本次滲流計算采用北京理正滲流計算程序，經計算現狀穩定滲流期，滲透坡降i最大值0.92，最小值0.03，平均值0.48，允許滲透坡降（i允）0.386。根據計算知，浸潤線于背水坡981.50m處出逸，壩體內浸潤線起始段滲透坡降大于壩體填土的允許滲透坡降i允，中間段及出逸段滲透坡降小于壩體填土的允許滲透坡降i允，所以下游壩坡不會發生滲透破壞，但存在滲透破壞的隱患。依據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2001)，選擇對壩坡穩定較為不利的工況進行分析計算：上游水位為1011.69m，下游為最低水位976.40m時下游壩坡穩定；上游水位為1011.69m降落至死水位995.00m時上游壩坡穩定。

5 結論與建議

根據大川溝水庫地質勘察結果及現場查勘病害反映，水庫大壩目前存在的主要問題有：

（1）大川溝水庫位于陜北黃土高原北部的丘陵區，庫盆由黃土構成，滲漏輕微。庫岸右邊坡巖體裸露，自然坡面傾角50°～60°，整體基本穩定。正常蓄水位附近無平緩的耕地及村莊分布，不存在浸沒問題。

（2）水庫泥沙淤積嚴重，水庫防洪標準逐年降低；大壩上、下游壩坡不規整，局部存在裂縫及沖坑，下游壩坡有1處明顯滲水區。

（3）大壩為水墜均質土壩，壩殼填筑料以砂壤土為主，砂壤土各項技術質量指標基本符合《SL251-2000規程》對壩殼料的要求。但壩體填土壓實不夠，主壩右肩存在繞壩滲漏現象；壩基、壩肩透水率都較大，均有滲漏水現象，建議對壩體及肩進行防滲帷幕灌漿處理。

（4）壩坡下游排水棱體被淤埋嚴重，喪失排水效果，造成大壩下游坡浸潤線較高危及壩身安全。

（5）大壩安全檢測設施不健全，無法對大壩的安全運行進行有效的監控；上壩防汛道路為土路，且路面凹凸不平，影響汛期防汛搶險通行。

綜上所述，大川溝水庫大壩病險問題，嚴重制約了水庫應有效益的正常發揮，影響了水庫的安全運行，因此，對該水庫進行除險加固是非常必要的。建議其大壩除險主要措施為：

（1）大壩壩頂路面加固。將壩頂中間6.0m寬硬化為瀝青碎石路面，兩側各2.0m寬硬化為碎石路面。路面橫向坡2%，從路中間坡向上下游。

（2）迎水坡護坡修復加固。設計對正常蓄水位到壩頂段（1000.00m～1013.50m）壩坡采用干砌塊石護坡。干砌石厚30cm，下層設20cm厚砂礫石反濾層（粒經5mm～80mm）。另外對左岸壩坡塌陷部位進行素土回填夯實，并增設上游坡踏步。

（3）背水坡整修工程。對左右壩肩不規整坡面進行整修素土回填夯實，對右壩肩老岸坡進行削坡處理，并增設坡頂及坡面排水溝；完善壩坡縱橫向排水溝，對毀壞嚴重的岸坡排水溝拆除重建，橫向新增兩條排水溝。

（4）右壩肩繞壩滲漏加固。在大壩樁號ZB0+000到樁號ZB0+120段上游壩坡鋪設復合土工膜防滲，從上游壩坡淤積面以下1.5m（993.00m）沿上游壩坡鋪設復合土工膜，鋪設總面積為8760m2，復合土工膜上下游邊與壩坡接合地帶均采用開挖寬40cm、深30cm基槽，并澆筑素砼回填固定。陜西水利