鳳翔縣姚家溝水庫大壩背水坡滲水濕潤分析

毋珺婷 蘭海生

（鳳翔縣橫水河灌溉管理處 陜西 鳳翔 721400）

1 工程概況

姚家溝水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合效益的Ⅳ等小（一）型水利工程，屬丘陵區，主河槽長6.08km，平均比降41.3‰。水庫位于渭河水系漆水河韋水一級支流橫水河流域的姚家溝河中游，地處鳳翔縣姚家溝鎮北1.5km處的姚家溝境內。水庫控制流域面積13km2，總庫容207.3萬m3，有效庫容90.1萬m3，滯洪庫容53萬m3，設施灌溉面積1.59萬畝。

姚家溝水庫1958年動工興建，1960年5月竣工并投入運用。水庫樞紐工程由碾壓均質土壩、放水洞、溢洪道三部分組成。壩頂高程917.10 m，壩頂寬18.0 m，壩基寬65 m，壩頂長124 m，最大壩高31.5 m，壩后為貼坡反濾排水體，頂部高程894.7 m，壩基為粘土梯形截滲槽防滲,截滲槽深6.5 m，底寬2 m，上口寬16 m～17 m，邊坡1∶1。城門洞型放水洞位于大壩右側，進口高程905.40 m，出口高程900.15 m，設計流量0.3m3/s；溢洪道寬頂堰，總長225 m，堰頂高程912.50 m。洪水標準為30年一遇設計，300年一遇洪水校核。2010年測淤后，淤積面高程905.62 m，有效庫容77萬m3。

姚家溝水庫屬三邊工程，工程設施不配套，防洪標準低。自建成投運以來，溢洪道未砌護不能滿足防洪要求，一直低水位運行。2009年10月實施除險加固項目，完善了樞紐工程設施，改善了管理設施，改建了溢洪道，提高了防洪標準，建立健全了大壩觀測和水文監測制度，堅持常態管理和規范化管理，明確了職能和職責，制訂了相應的管理制度，水庫工程運行正常。水庫蓄水位才由原來的低水位907.0 m逐漸蓄水上升，2013年2月19日庫水位達到911.67 m，相應庫容69.4萬m3，但一直未達到正常高水位912.5 m。

2 工程區地質

2.1 地形地貌

水庫樞紐區河流近南北向發育，谷底寬40 m～50 m，發育有河流一級階地，呈條帶狀分布于河床右岸。右壩肩黃土斜坡比較平直，左壩肩呈鼻形突出，邊坡鼻形突出部分為老堆積體。堆積物以粉質壤土夾鈣質結核為主，根據工程類比分析基本穩定。

2.2 地層巖性

水庫樞紐工程揭露底層均為第四系堆積，根據地層地質資料從上而下為：人工堆土（Q4mL），由粉質壤土和鈣質結核構成，灰黃、土質疏松，為水庫施工棄土；人工填筑土（Q4S）,灰黃色-褐黃色，以粉質壤土為主，土質均勻、可塑，為大壩填筑碾壓土；第四系全新統坡積層（Q4dl），灰黃色粉質壤土；第四系全新統洪坡積層（Q4pl+dl），褐黃色粉質壤土；第四系全新統滑坡積層（Q4del），灰黃色-天棕紅色，以黃土狀壤土夾鈣質結核為主，疏松可塑；第四系全新統早期沖積層（Q4lal），按巖層分為三個亞類，上部粉質壤土，褐灰色-褐黃色，下部礫卵石層，灰黃色-銹黃色；上更新統風積層（Q32eol），黃土、灰黃、疏松、多孔；下更新統風積層（Q2eol），黃土狀壤土，灰黃、淺桔黃色，土質均勻、質密。

表1 測壓孔位置布置表

2.3 水文地質

水庫樞紐區地下水屬第四系孔隙潛水，受大氣降水補給，含水層有Q2黃土狀壤土，滲透系數K=2.4×10-4cm/s～3.4×10-4cm/s,弱透水；Q4粉質狀壤土,滲透系數K=1.01×10-4cm/s,中等透水；砂卵石滲透系數K=20cm/s～30cm/s,強透水。根據《水利水電工程地質勘查規范》(GB50287-99)水質評價標準，庫水及地下水對砼無腐蝕性。

3 大壩背水坡滲水濕潤問題分析

姚家溝水庫出現壩體背水坡濕潤滲漏現象后，根據現場觀測，浸潤線出水處位于沿壩軸線，樁號B 0+050～B 0+096橫斷面之間，具體位置在背水坡戧臺高程901.70 m以下處，浸潤面積約為150m2，長約為31 m，寬約為4.85 m。浸潤面出水最高點高程900.315 m，最低點高程898.101 m。

在壩前水位均為911.67 m的工況下，根據測壓孔高程觀測記錄分析壩體內實際浸潤線，測壓孔共兩組，每組各三個孔，數據如表1。

由現場觀測測壓管水位繪制的兩個橫斷面位置實測浸潤線，浸潤面出水范圍位于沿壩軸線方向，浸潤面出水最高點高程900.00 m，出水最低點高程891.978 m。

根據壩體內地質勘探及試驗滲透系數數據中滲透系數較大的區域主要集中在壩體內高程900.000 m～906.000 m之間。

通過觀測成果及背水坡腳排水棱體察勘分析，經近三月的觀測浸潤范圍無明顯變化，浸潤面無明水，屬壩體滲水。壩前水位相同，但壩體上游迎水面兩斷面的滲流量明顯有差異，B 0+050 m斷面滲流量遠小于B 0+096，壩體上游B 0+096 m斷面填筑效果較B 0+050斷面差，壩體上游部分填筑不均勻；實測的兩斷面滲流曲線溢出點均位于壩體下游排水棱體以上，且B 0+096 m斷面滲流曲線溢出點低于B 0+050 m斷面滲流曲線溢出點。

由于土壩均具有一定的透水性，散粒體結構顆粒間存在大量孔隙，水庫蓄水后庫水位將通過孔隙向下游滲透，因此在大壩下游出現少量清水滲透現象是正常的。但當滲透水流的滲透坡降超過一定限度時，水流將逐漸帶走壩身或壩基土體中的細小顆粒，致使壩體產生具有危害性的滲透變形。在滲流作用下在背水坡出逸點以下土體濕潤或發軟，就會有水滲出的現象。在高水位水流作用下，背水坡由于抗剪強度降低或臨水坡水位驟降引起滑坡裂縫；當庫水位升高滲透坡降大于地基表面弱透水層允許的滲透坡降時，即在壩體背水坡腳或較遠的地帶發生滲透破壞，如不及時處理有可能發展為管涌或滑坡等，嚴重威脅大壩安全運行。

4 防滲加固措施

姚家溝水庫大壩是人工堆筑成的長條形土料建筑物，為梯形斷面，由于受多種自然因素的影響，常出現一些不穩定現象。如果向不穩定的堤段造孔并向孔內注漿液，加上漿液自重因素，使堤體沿軸線方向形成一道或數道粘土帷幕，則可達到消險固堤的作用。此種技術在土壩壩體加固除險中具有投資小、見效快、設備和技術簡單、操作方便等優點。

因此根據姚家溝水庫現有地質勘探資料及大壩背水坡濕潤滲水產生的原因分析，經多方調研和論證，確定防滲加固方案為在壩頂沿軸向進行全斷面劈裂式灌漿，形成縱向防滲墻，防滲加固僅在壩頂施工。劈裂灌漿是利用堤身的最小主應力和堤軸線方向一致的壩體應力分布規律，根據土體水力劈裂的原理，順堤向布孔，在灌漿壓力下以適宜的泥漿液為能量載體，有控制力地劈裂堤身。在灌漿壓力作用下，裂縫沿自重應力與主應力差值較大的縱軸線方向迅速發展，自然形成自上而下的縱向劈裂。在劈裂未及壩頂之前，其周為一封閉空間，灌漿在自重和泵壓力作用沿裂縫周圍土體孔隙，裂縫、孔洞或軟弱夾層內滲透、填充。通過低壓漿液的不斷有效灌滲，形成鉛直連續的防滲泥墻，堵塞裂縫、孔隙或切斷軟弱層，以達到防滲加固的目的。

姚家溝水庫背水坡出水濕潤范圍位于樁號B 0+050～B 0+096橫斷面之間，因此此區域作為灌漿重點區域。其灌漿范圍為右壩坡至左壩肩溢洪道的全斷面，其中濕潤滲漏及左壩肩滑積層區向兩側擴展5 m（樁號B 0+045-B 0+150）?？紤]壩前淤積土壓力，布孔沿壩軸線布置，于壩軸線上游側2 m處與壩軸線平行，采用單排孔，孔距10 m，到浸潤面處加密孔距2 m～3 m，灌漿孔深入到壩體下或滑積區2 m，布孔27個，灌漿長度685 m，檢查孔段68.3 m。

5 質量保證措施

（1）考慮到壩身應力，應安排在不擋水的枯水期進行施工，同時應進行壩身變形、裂縫等觀測，避免貫穿性橫縫產生。

（2）應確定專人負責，所有材料必須進行周期性控制試驗及抽檢，全面控制灌漿質量。

（3）嚴格按照規范要求施工，確保壩體灌漿期的安全，以及灌漿的質量和效果。

6 結語

灌漿防滲完成后經過一段時間等漿完全析水固結后，隨機對灌漿部位進行開挖、檢驗粘土墻質量。經檢驗，現場在壩體沿壩軸線方向形成數道粘土帷幕均符合設計規范標準。沿壩體軸線方向的粘土帷幕能使壩體的浸潤線驟然降低，有效地降低了水向背水坡腳的滲水，治理滲漏面積約200m2，使庫區滲漏點得到了有效治理，減少了滲漏量，節約了水資源，大壩安全隱患基本消除，同時也提高了壩體的穩定性。

鳳翔縣姚家溝水庫大壩背水坡滲水濕潤面發生后，從發現問題，分析原因，研究對策，制定方案到治理措施實施，整個過程充滿探索，幾經周折，最終排除了影響水庫安全的隱患，同時也給水庫管理工作提供了許多珍貴的經驗教訓，今后必須重視水庫管理工作，保障其安全、良好的運行，發揮水利工程應有的效益。