論述永壽縣高劉溝水庫(kù)大壩防滲搶修工程方案

王小樸

（西安景天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安710014）

1 基本概況

高劉溝水庫(kù)壩址位于咸陽(yáng)市永壽縣馬坊鎮(zhèn)高劉溝村東、泔河一級(jí)支流三岔河郭家河溝道的上游，發(fā)源于永壽縣馬坊鎮(zhèn)郭家河溝，河道全長(zhǎng)10.3 km，河床平均比降36.5‰。水庫(kù)壩址以上河道長(zhǎng)6.0 km，平均比降55‰。全流域面積18.9 km2，壩址以上控制流域面積7.8 km2，高劉溝水庫(kù)是一座以防洪和灌溉功能的V等小（2）型水利樞紐工程。于1976年建成，2013年水庫(kù)加固設(shè)計(jì)后總庫(kù)容為95萬(wàn)m3。2013年除險(xiǎn)加固對(duì)左壩肩進(jìn)行上游鋪設(shè)土工膜防滲，除險(xiǎn)加固工程完工蓄水后未見(jiàn)壩腳滲水，2020年在巡查中發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)重新出現(xiàn)，針對(duì)巡查中發(fā)現(xiàn)的左壩肩滲漏，永壽縣水利局組織有關(guān)部門及相關(guān)專家勘查確認(rèn)存在安全隱患。2020年12月我公司受永壽縣水利局委托，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘查和地質(zhì)勘探，通過(guò)勘察和地質(zhì)勘探分析，壩后斜坡出現(xiàn)滲漏溢出點(diǎn)及浸濕區(qū)，主要是由于左壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題造成的，庫(kù)水通過(guò)左壩肩中下部的兩層砂礫石繞滲至壩后斜坡，并從表面堆積的松散素填土滲出地面或形成集中滲漏點(diǎn)；同時(shí)可以看出，集中滲漏點(diǎn)的出露位置與兩層砂礫石分布高程高度一致，從而進(jìn)一步印證了滲漏通道的存在性；另外，雖然下部溢出點(diǎn)的水頭更高，但滲漏通道進(jìn)口段覆蓋有弱透水的庫(kù)內(nèi)淤泥質(zhì)粘土，明顯降低了漏水量，這也就是為什么上部溢出點(diǎn)的出水量明顯比下部大的原因，危及壩體運(yùn)行安全。

2 工程存在的問(wèn)題

高劉溝水庫(kù)2013年除險(xiǎn)加固后，經(jīng)多年運(yùn)行，左壩肩壩后斜坡區(qū)長(zhǎng)度約100 m，寬約26 m～40 m，高程920.0 m以上斜坡坡度約30°，高程920.0 m以下的斜坡坡度約9°～16°，坡度較緩；斜坡表面為人工堆積素填土，屬于2013年除險(xiǎn)加固時(shí)施工開(kāi)挖棄土，結(jié)構(gòu)疏松，厚度0.8 m～2.5 m，下部為黃土狀壤土夾兩層沖洪積砂礫石。根據(jù)本次調(diào)查及復(fù)核，該斜坡區(qū)存在沖溝、裂縫、滲漏溢出點(diǎn)、浸濕區(qū)等諸多工程地質(zhì)現(xiàn)象，現(xiàn)分述如下：

1）沖溝：左壩肩壩后土質(zhì)斜坡區(qū)可見(jiàn)三條沖溝，長(zhǎng)度30 m～100 m，深度0.1 m～0.15 m，沖溝寬度0.1 m～0.3 m，見(jiàn)附圖1。產(chǎn)生沖溝的主要原因是：斜坡表面堆積的素填土，結(jié)構(gòu)疏松，抗沖刷能力很差，加之表面未作防護(hù)和排水，從而導(dǎo)致產(chǎn)生多條無(wú)序的小沖溝。建議設(shè)計(jì)考慮防護(hù)及排水措施。

2）裂縫：野外調(diào)查該斜坡區(qū)東側(cè)上部出現(xiàn)兩條裂縫，長(zhǎng)度6 m～15 m，深度0.8 m～1.5 m，主要出現(xiàn)在表面堆積的素填土內(nèi)，未延伸到下部地層，裂縫寬度2 mm～5 mm，見(jiàn)附圖1。產(chǎn)生裂縫的主要原因是：表面素填土結(jié)構(gòu)普遍疏松，密實(shí)不均，從而引起局部不均勻沉降變形，導(dǎo)致產(chǎn)生多條裂縫。建議對(duì)該土層挖除，重新按標(biāo)準(zhǔn)回填夯實(shí)。

3）滲漏溢出點(diǎn)、浸濕區(qū)：該斜坡區(qū)的西側(cè)中下部存在三個(gè)滲漏溢出點(diǎn)，編號(hào)分別為出水點(diǎn)1、出水點(diǎn)2及出水點(diǎn)3（見(jiàn)附圖1），出露高程分別為917.5 m、916.6 m及909.6 m，水質(zhì)清澈，未見(jiàn)泥沙，勘察期（庫(kù)水位高程）初步測(cè)量各出水點(diǎn)的水量分別為0.3 L/min～0.5 L/min、1.5 L/min～2.0 L/min及0.5 L/min～1.0 L/min，合計(jì)該區(qū)總滲漏量為99.0 m3/d～151.2 m3/d；浸濕區(qū)亦位于該斜坡區(qū)的西側(cè)中下部，長(zhǎng)度約56 m，寬度7.0 m～10.5 m，表面土質(zhì)飽和松軟；另外野外發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律，三個(gè)滲漏溢出點(diǎn)均位于該浸濕區(qū)內(nèi)，前兩個(gè)溢出點(diǎn)與第三個(gè)溢出點(diǎn)高差相差7.0 m，距離約40.0 m，有成帶分布的特點(diǎn)，且前兩個(gè)溢出點(diǎn)出水量明顯比第三個(gè)溢出點(diǎn)大。

3 工程任務(wù)及規(guī)模

3.1 工程任務(wù)

高劉溝水庫(kù)是以防洪和灌溉功能的Ⅴ等小（2）型工程。本工程的任務(wù)為針對(duì)目前存在且影響水庫(kù)安全運(yùn)行的缺陷進(jìn)行大壩防滲搶修，使其達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，保證水庫(kù)按功能安全正常運(yùn)行，發(fā)揮應(yīng)有效益。大壩防滲搶修工程后水庫(kù)功能維持原設(shè)計(jì)不變，仍以灌溉和防洪為功能。

本次大壩防滲搶修的主要任務(wù)有：

①左壩肩防滲處理；

②左壩肩裂縫和沖溝處理。

3.2 大壩防滲搶修必要性

高劉溝水庫(kù)是一座以防洪和灌溉為主功能的Ⅴ等小（2）型水利樞紐工程，擔(dān)負(fù)著水庫(kù)下游馬坊鎮(zhèn)4個(gè)村組1500多人的生命安全，以及下游河道1100畝耕地防洪安全，對(duì)下游防洪相當(dāng)重要，同時(shí)也是塬面7000畝灌區(qū)水源；總之，高劉溝水庫(kù)綜合效益顯著，對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了積極而又重要的作用，因此高劉溝水庫(kù)水毀搶修是十分重要和必要的。

3.3 壩高復(fù)核

壩頂高程復(fù)核采用2013年除險(xiǎn)加固特征水位和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)劃》（SL274-2001）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）推薦計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩頂上的爬高，m；e為最大風(fēng)雍水面高度，m；A為安全價(jià)高，m。

壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與超高之和，依據(jù)《規(guī)范》5.3.3條應(yīng)分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算：

設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；

正常蓄水為加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；

校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；

正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高再加地震安全超高。

計(jì)算采用的參數(shù)：

波浪計(jì)算，正常情況依據(jù)《規(guī)范》5.3.5取多年最大平均風(fēng)速的1.5倍即27 m/s，非常情況取多年最大平均風(fēng)速18 m/s。

本工程地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

采用莆田試驗(yàn)站公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算壩頂高程成果見(jiàn)表1。

表1 大壩超高復(fù)核計(jì)算成果表

由表1可知：工況②情況下校核加非正常運(yùn)用計(jì)算壩頂高程起控制作用，對(duì)應(yīng)水位為927.10 m，低于壩頂高程927.50 m，滿足運(yùn)行要求。

4 大壩防滲搶修工程方案

4.1 左壩肩防滲處理設(shè)計(jì)

根據(jù)本次勘察及調(diào)查資料分析，壩后斜坡出現(xiàn)滲漏溢出點(diǎn)及浸濕區(qū)，主要是由于左壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題造成的，庫(kù)水通過(guò)左壩肩中下部的兩層砂礫石繞滲至壩后斜坡，并從表面堆積的松散素填土滲出地面或形成集中滲漏點(diǎn)；根據(jù)附圖可以看出，集中滲漏點(diǎn)的出露位置與兩層砂礫石分布高程高度一致，從而進(jìn)一步印證了滲漏通道的存在性；另外，雖然下部溢出點(diǎn)的水頭更高，但滲漏通道進(jìn)口段覆蓋有弱透水的庫(kù)內(nèi)淤泥質(zhì)粘土，明顯降低了漏水量，這也就是為什么上部溢出點(diǎn)的出水量明顯比下部大的原因。

本次設(shè)計(jì)采用在沿壩軸線K0+007.5～K0+075.5修建截滲墻，截滲墻厚0.4 m，截滲墻采用C25W8F100混凝土，截滲墻頂高程至正常蓄水位925.00，下至壩基第二層砂礫石以下5 m，高程為904.00 m。正常蓄水位以上挖槽回填土，土方壓實(shí)度不小于0.96。溢洪道處防滲墻高程為原溢洪道底板高程。

4.2 左壩肩沖溝、裂縫和溢出點(diǎn)處理設(shè)計(jì)

①?zèng)_溝：經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，左壩肩壩后土質(zhì)斜坡區(qū)可見(jiàn)三條沖溝，長(zhǎng)度30 m～100 m，深度0.1 m～0.15 m，沖溝寬度0.1 m～0.3 m，本次對(duì)左壩肩沖溝進(jìn)行回填，回填前壩坡進(jìn)行清基，清基厚度不小于0.3 m，回填壓實(shí)度不小于0.96，回填后對(duì)左壩肩進(jìn)行整修。

②裂縫：左壩肩斜坡區(qū)東側(cè)上部出現(xiàn)兩條裂縫，長(zhǎng)度6 m～15 m，深度0.8 m～1.5 m，主要出現(xiàn)在表面堆積的素填土內(nèi)，未延深到下部地層，裂縫寬度2 mm～5 mm。產(chǎn)生裂縫的主要原因是：表面素填土結(jié)構(gòu)普遍疏松，密實(shí)不均，從而引起局部不均勻沉降變形，導(dǎo)致產(chǎn)生多條裂縫。因此本次采用有裂縫土層挖除，挖土底高程是原地面以下1.5 m，挖除前進(jìn)行清基，清基厚度不小于0.3 m，然后回填，壓實(shí)度不小于0.96。

③溢出點(diǎn)：溢出點(diǎn)有沖坑，本次對(duì)溢出點(diǎn)沖坑進(jìn)行回填壓實(shí)，回填前對(duì)沖坑進(jìn)行清基，清基厚度不小于0.3 m，壓實(shí)度不小于0.96。壓實(shí)之后對(duì)岸坡進(jìn)行整修。

5 主體工程施工要求

5.1 左岸壩肩防滲處理

①成槽：針對(duì)本工程地質(zhì)特點(diǎn)和槽深分布情況，擬在工程中采用“鉆劈法”成槽工藝。即沖擊鉆鑿端頭孔及主孔，再鉆取中間副孔部分，二期槽孔的端頭孔直接由起拔接頭管形成，中間部分的成槽同于一期槽孔。槽段接頭采用“接頭管法”連接，有效保證墻體搭接完好。

②混凝土入槽：混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送混凝土至槽孔口，直接對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)管料斗澆筑。混凝土開(kāi)澆時(shí)采用壓球法開(kāi)澆，每個(gè)導(dǎo)管均下入隔離塞球。開(kāi)始澆筑混凝土前，先在導(dǎo)管內(nèi)注入適量的水泥砂漿，并準(zhǔn)備好足夠數(shù)量的混凝土，以使隔離的球塞被擠出后，能將導(dǎo)管底端埋入混凝土內(nèi)。混凝土必須連續(xù)澆筑，槽孔內(nèi)混凝土上升速度不得小于2 m/h，并連續(xù)上升至高于設(shè)計(jì)規(guī)定的墻頂高程以上0.5 m。

③墻體連接：本工程混凝土防滲墻槽段連接采用“接頭管”法。一期槽孔清孔換漿結(jié)束后，在槽孔端頭下設(shè)接頭管，混凝土澆筑過(guò)程中及澆筑完成一定時(shí)段之內(nèi)，根據(jù)槽內(nèi)混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土?xí)r，接頭孔靠近一期槽孔的側(cè)壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。

5.2 左壩肩沖溝、裂縫和溢出點(diǎn)處理

在左岸壩肩施工前，需對(duì)壩坡原有腐殖土、雜草進(jìn)行清理，清理深度0.30 m。壩體清表施工以人工為主，人工配合裝載機(jī)將棄土用5t自卸汽車運(yùn)至壩體下游100 m溝道，棄渣推平。

左壩肩裂縫開(kāi)挖回填施工采用人工開(kāi)挖，然后采用人工依次進(jìn)行分層回填填筑壓實(shí)。

6 結(jié)語(yǔ)

高劉溝水庫(kù)目前存在的影響水庫(kù)安全運(yùn)行的隱患與缺陷進(jìn)行大壩防滲搶修，該項(xiàng)目的建成使其達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，保證水庫(kù)按功能要求安全正常運(yùn)行，發(fā)揮應(yīng)有的效益。加固處理后水庫(kù)功能維持原設(shè)計(jì)不變，保護(hù)下游多座建筑物及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，水庫(kù)一旦失事，后果不堪設(shè)想。大壩防滲搶修工程建設(shè)完成，可確保防洪安全，為當(dāng)?shù)厝嗣駝?chuàng)造一個(gè)良好的生存環(huán)境。