上福沖水庫壩體地質評價及加固措施探討

周代榮

摘要：水庫作為蓄水排洪的重要設施，在農田灌溉、城市生活供水等領域也有著較為重要的作用，但大中型水庫的建設無論是在施工質量控制還是在使用階段的養(yǎng)護工作相較于小型水庫而言都有著較大的差距。對于大中型水庫病險的防護以及加固工作成了當前亟待解決的重要問題。本文主要分析了上福沖水庫除險加固前存在的滲漏問題。結合工程實際情況，介紹了水庫除險加固工程設計的主要特點。

關鍵詞：水庫;地質評價;加固措施

1.工程概況

1.1地形形貌

區(qū)域位于湘江中游北岸，湘江一級支流祁水和歸陽河的上游，白地市鎮(zhèn)和風石堰鎮(zhèn)交接地帶為祁水和歸陽河水系的自然分水嶺。區(qū)內水系多呈南北向發(fā)育。區(qū)內地勢北高南低，自西北向東南具有逐漸傾斜之勢，地面高程一般150m～700m。北部為低山區(qū)，地形高差100m～300m;南部為丘陵區(qū)，地形高差小于100m。

1.2地質構造及區(qū)域穩(wěn)定性

本區(qū)構造屬祁陽山字形構造的前弧內帶至脊柱區(qū)域。祁陽山字形構造前弧向西凸出，脊柱大體東西向，前弧與脊柱之間的馬蹄形盾地，由于前弧曲度較大的緣故，顯得十分狹窄，寬僅5km～10km。主要構造形跡是一對銳角等分線指向南北，走向為北北東向（或北東向）和北北西向（或北西向）的共軛剪裂面。它們彼此截切，互相錯移，北北東向（或北東向）組的兩盤相對作逆時針方向扭動，北北西向（或北西向）組的兩盤相對作順時針方向扭動，從而構成一個受南北方向壓應力而成生、同時控制著包圣殿—南河嶺下白堊統(tǒng)紅色盆地的形成和形變的典型棋盤格式構造。

1.3上福沖水庫工程地質

上福沖水庫位于湘江水系，祁水支流上游，樞紐工程位于祁東縣黃土鋪鎮(zhèn)上福沖村，距離祁東縣城36km。水庫控制集水面積45km2，正常蓄水位196.32m，對應庫容1082萬m2，校核洪水位198.02m，對應庫容1211×104m3。上福沖水庫擴建工程樞紐包括擋水、泄洪、輸水建筑物，大壩為均質土壩，泄洪建筑物為岸邊式有閘控制溢洪道，輸水建筑物為壓力隧洞和2#副壩涵管。擋水建筑物由主壩、1#副壩、2#副壩組成。主壩為均質土壩，最大壩高38.45m，壩頂軸線長299.11m，壩頂高程為202.50m，壩頂寬5.0m。正常蓄水位抬升至199.30m。

2.上福沖水庫主要工程地質問題

2.1水庫滲漏

該水庫以峽谷型為主，兩岸山體雄厚，巖性為石英砂巖、粉砂巖夾砂質頁巖為主，巖石相對不透水，通過水庫多年運行情況看，未產生庫水向鄰谷滲漏，隔水良好，且水庫范圍內無通向庫外的集中滲流通道，庫盆封閉良好，故水庫不存在滲漏問題。

2.2水庫浸沒

水庫大部分處于峽谷地段，水庫為庫區(qū)的最低排泄基準面，庫邊無低洼區(qū)，河流兩岸基巖裸露，庫岸為較陡的斜坡，斜坡坡度一般大于30°，地下水位埋深較大，水庫浸沒只存在于水庫正常蓄水位的水邊線附近。河流兩岸正常蓄水位線以下無農田及建筑物，不存在浸沒影響。河流西支庫尾正常蓄水位附近有少量的建筑物和農田分布，建筑物及農田均位于河谷較寬地帶，河谷分布沖洪積物，顆粒以礫石、卵石、碎塊石為主，夾砂粒，石質成分為石英、灰?guī)r、砂巖等，表層分布0.3m～0.5m的薄層壤土。

2.3庫岸穩(wěn)定

水庫區(qū)沖溝較多，但松散堆積體較少，大部分基巖出露，經多年運行庫水變動帶內未見明顯的崩岸、滑坡產生，基巖岸坡形態(tài)改變不大，水庫擴容后塌岸問題較輕。經調查庫區(qū)未見不良地質現(xiàn)象，庫岸基巖斜坡整體基本穩(wěn)定。

3.上福沖水庫工程地質評價

3.1主壩壩基現(xiàn)狀工程地質條件評價

主壩處于傾伏背斜的傾伏端，巖層產狀傾向下游，傾角28°～32°。壩基及壩肩巖性為中厚層石英砂巖、粉砂巖、砂質頁巖等，受皺褶影響，巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育，尤其順河向斷層及節(jié)理是庫水集中滲漏通道。大壩修筑時清基不徹底，壩體填筑時又未做壩基防滲處理。分別于1974年、1994年對主壩滲漏嚴重的左壩端基巖進行了帷幕灌漿處理，處理效果不佳。經2004年現(xiàn)場鉆孔揭露及原位壓水試驗，壩基建基面下5m～22.5m范圍存在中等透水帶通過2015年12月在主壩上游三級平臺的鉆孔SZK1、SZK2、SZK2的現(xiàn)場鉆探成果可知，2007年已做帷幕灌漿的壩基巖體僅一段的滲透率大于10Lu，為10.2Lu，其他皆小于10Lu。可見，2007年主壩壩基帷幕灌漿經過近10年的運行，其防滲效果依然較好，沿主壩壩基、壩肩的滲漏問題較小。本次擴容加壩僅抬高水位3m，壩體加高3m，壩肩由于水位抬高，原帷幕灌漿未能有效封閉透水層，建議擴容后防滲灌漿適當增高延長，封閉新產生的相對透水層。

3.2主壩壩體工程質量及評價

主壩新建于1958年，筑壩技術力量弱，無質量控制標準，碾壓機械缺少，人工夯壓不密實，壩體填筑土料主要來自兩岸山坡的第四系殘坡積堆積，其主要成分為含礫砂質粘土。故于1967年發(fā)生大體積滑坡，雖做過一些應急處理，但根治不徹底，經2004年取樣土工試驗，干密度平均值1.46，偏低，孔隙比0.915，偏高，現(xiàn)場鉆孔注水實驗滲透系數(shù)1.2×103cm/s～3.47×103cm/s，說明主壩壩體呈中等透水性。從巖層結構看，礫石、砂礫含量較高，鉆進是發(fā)現(xiàn)有多處薄弱區(qū)。此外，下游壩腳排水棱體，是為貼坡式結構，施工質量差，排滲失效，致使主壩浸潤線抬高，滲水高位溢出，影響下游壩體的穩(wěn)定性。并翻修改造排水棱體。上游壩體，原為塊石護坡，塊石料為砂巖、灰?guī)r等，現(xiàn)已風化及浪蝕破損。

4.上福沖水庫加固措施

針對壩體防滲效果差，對大壩采用高壓旋噴和土工膜相結合的防滲方式。即在壩體183.27m高程至壩基采用高壓旋噴灌漿，灌漿孔布置在183.27m的內坡平臺，183.27m至壩頂鋪復合土工膜。高壓旋噴灌漿孔距1.25m，孔深伸入基巖以下0.5m，最大灌漿深度19.23m，與壩基帷幕灌漿孔中心軸線重合。壩體單薄，坡面坑洼極不平整，對下游壩坡進行培厚并對壩坡面進行加固處理。具體為對下游壩坡200.27m高程以下進行培厚加固，同時對上游坡小于1∶2部位進行修整培厚，加固后下游壩坡工設有3級平臺，并于排水棱體頂部171.76m高程處設有2m寬馬道，每級平臺內側及兩岸與岸坡結合部設置排水溝。針對老排水棱體排水功能下降，對其進行改造，在老排水棱體上游坡腳位置沿壩軸線方向每間隔3m用沖抓機造孔，孔內鋪反濾料壓實，形成排水孔，沖抓孔孔徑1m，間距3m，深度直接達到老排水體，平均深度6.8m，造好孔后回填1m厚粗砂，再回填卵石。在所有排水孔做好后，在排水孔之間開挖2m深，1m寬的溝槽與沖抓造孔連通，周邊鋪設土工布，并距溝底0.5m處埋設直徑200mm的塑料盲管，立即回填砂卵石并壓實，在石體上再鋪設2層土工布，最后回填粘土。施工竣工驗收時，檢測孔測得高壓旋噴后的壩體滲透系數(shù)皆小于1.0×105cm/s，呈弱透水性，且下游原有壩體滲漏問題消失。可見，主壩壩體防滲加固質量較好。

針對副壩壩體存在著滲漏問題，采用沖抓套井回填處理，沖抓套井鉆孔沿壩頂中心線布設一排孔，孔深伸入壩體與基巖分界線以下0.5m，防滲墻在平面上按主井、套井相間布置，一主一套相交連成井墻。造孔孔徑為1.1m，主井與套井中心間距0.865m。上游壩坡面護坡?lián)p毀嚴重，對護坡進行砼預制塊護坡，并對上游坡小于1∶2部位進行休整培厚處理。對下游壩坡進行培厚，壩頂加寬1.04m，壩坡坡比按照1∶2.5、1∶1.6分別進行培厚。施工竣工驗收時，檢測孔測得副壩壩體沖抓套井回填形成的防滲心墻的滲透系數(shù)皆小于1.0×105cm/s，呈弱透水性，且下游原有壩體滲漏問題消失。可見，1#副壩壩體防滲加固質量較好針對副壩排水棱體功能下降這一問題，對排水棱體進行改造，排水棱體改造方案為在原有排水棱體偏上游位置沿壩軸線方向每間隔3m用沖抓機造孔，孔內鋪反濾料壓實，形成排水孔，表層開挖導滲溝。由于副壩涵管滲漏嚴重，對其進行翻新，挖除原有漿砌石箱涵，用鋼筋混凝土預制涵管代替。新建低涵由進口消力井、涵管及出口消力池組成。

5.結束語

通過上文所述我們可以看出，水庫的病險因素有很多，大都源于其建設施工時的技術所限，或使用時間過久而削弱了其運行性能與安全性能。大中型水庫對于城市發(fā)展與居民生活等仍然有著極為重要的作用。因此，我們有必要關注水庫的加固工作，讓水庫在各個領域中發(fā)揮更大的作用。

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