宜川縣劉莊水庫大壩工程質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

相里釗，龐學(xué)忠

(陜西省延安市宜川縣河道和水庫管護(hù)中心，陜西 延安 716200)

1 劉莊水庫氣象水文概況

劉莊水庫位于宜川縣西北部仕望河支流的西川河上游英旺鄉(xiāng)劉莊村，距309國(guó)道6 km，壩址距縣城34 km?？刂屏饔蛎娣e100 km2，壩址以上河流長(zhǎng)度15.0 km，河道比降為7‰。地屬黃土高原稍林區(qū)，森林茂密，植被覆蓋率高，年降水量的70%集中于6-9月，由于地處大陸腹地，遠(yuǎn)離水汽源地，故降水年際變化大，且年內(nèi)分配不均勻，因而徑流洪水的年際變化大，洪水多發(fā)生在7、8兩月，連陰雨多發(fā)生在九月。劉莊水庫地處暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天氣，秋季常有連陰雨，據(jù)英旺雨量站1961-2000 年資料統(tǒng)計(jì)，其多年平均值為604.5 mm。多年平均氣溫9.9℃，一月平均氣溫-5.7℃，七月平均氣溫23.6℃，極端最高氣溫39.9℃，極端最低氣溫-22.4℃，無霜期 178 d，早霜多出現(xiàn)在10月中旬，晚霜終于4月中旬。最大凍土深0.5 m，最大風(fēng)速18 m/s。

2 水庫工程區(qū)地形地貌及地質(zhì)條件分析

2.1 地形地貌

壩址區(qū)位于陜北黃土丘陵溝壑區(qū)，地貌以黃土梁和溝壑為主，河流由西流向東，河谷形態(tài)呈寬闊的“U”型，兩岸不對(duì)稱。右壩肩為基巖及黃土斜坡；左壩肩為一、二級(jí)階地，一級(jí)階地寬度約40 m，二級(jí)階地寬度大于130 m。劉莊水庫以上屬黃土高原稍林區(qū)，森林茂密，植被覆蓋率高，劉莊水庫控制流域面積100 km2，壩址以上河流長(zhǎng)度15.0 km，河道比降為10‰。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)出露的地層巖性為三疊系延長(zhǎng)群(T3y)碎屑巖和第四系松散堆積層，由老至新敘述如：⑴三疊系延長(zhǎng)群(T3y)碎屑巖；⑵第四系中更新統(tǒng)風(fēng)、洪積堆積(Q21eol+pl～Q22eol+pl)黃土狀壤土和古土壤；⑶上更新統(tǒng)沖積堆積(Q3al)二級(jí)階地堆積物；⑷上更新統(tǒng)風(fēng)積堆積(Q3eol)黃土；⑸全新統(tǒng)沖積堆積(Q41al)一級(jí)階地堆積物；⑹全新統(tǒng)沖積堆積(Q42al)淤泥質(zhì)壤土；⑺全新統(tǒng)坡積、沖積堆積(Q4dl+al)壤土；⑻全新統(tǒng)坡積堆積(Q4dl)壤土；⑼人工堆積(Qs)素填土。

2.3 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震烈度

工程區(qū)在構(gòu)造上位于鄂爾多斯臺(tái)地中部，巖層產(chǎn)狀平緩，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，巖層中具有斜交層理。區(qū)內(nèi)無區(qū)域性活動(dòng)斷裂及較大斷裂分布，自第四紀(jì)以來，本區(qū)處于長(zhǎng)期緩慢抬升，無發(fā)震構(gòu)造，屬相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)地地震基本烈度為Ⅵ度。

2.4 水文地質(zhì)條件

劉莊水庫位于仕望河上游西川河支流丁盤溝上的劉莊村。仕望河發(fā)源于黃龍縣圪臺(tái)街孟家山，從河源至宜川縣城段為自南向北流，在縣城至黨灣鄉(xiāng)之間納入西川河折向東流，在秋林以西納入交里河，向東流入黃河，屬黃河一級(jí)支流，全長(zhǎng)112.8 km，面積2 356 km2，全河平均比降9.7‰。西川河于縣城附近與仕望河交匯，全長(zhǎng)52.1 km，面積519.6 km2，平均比降7.7‰。丁盤溝河長(zhǎng)24.1 km，面積125.3 km2，平均比降11.7‰。仕望河上游森林密布，植被較好，清水長(zhǎng)流，含沙量較小，河道多為土基河床，縣城以下河床下切較深，基巖出露，形成裸露的石峽谷。劉莊水庫以上屬黃土高原稍林區(qū)，森林茂密，植被覆蓋率高，劉莊水庫控制流域面積100 km2，壩址以上河流長(zhǎng)度15.0 km，河道比降為10‰。

3 劉莊大壩工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

本次對(duì)劉莊水庫安全及質(zhì)量評(píng)價(jià)采用現(xiàn)場(chǎng)檢查法和歷史資料分析法?，F(xiàn)場(chǎng)檢查法是通過現(xiàn)場(chǎng)檢査和勘察測(cè)量，復(fù)核水庫大壩的形體尺寸、外觀質(zhì)量及運(yùn)行情況等是否正常，進(jìn)而評(píng)判大壩工程質(zhì)量。而歷史資料分析法則是通過對(duì)工程施工質(zhì)量控制、質(zhì)量檢測(cè)(查)、驗(yàn)收以及安全鑒定、運(yùn)行、安全監(jiān)測(cè)等資料的復(fù)查和分析，對(duì)照現(xiàn)行規(guī)范要求，評(píng)價(jià)大壩工程質(zhì)量。

3.1 壩基和岸坡處理質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1.1 壩基和岸坡地質(zhì)條件

1)巖基地質(zhì)條件

大壩巖基分布在原河床及右壩肩，巖性為砂巖、泥巖互層，呈水平層理，右岸基巖面出露高程約1 106 m；河床及左岸基巖面高程約1 096～1 099 m。河床處巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚約0.5 m，右岸巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚度1.0 m，左岸巖體強(qiáng)風(fēng)化厚度約1.5 m。砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為59.4 MPa，為中硬巖；泥巖為軟巖～較軟巖，易干裂崩解。壩基壩肩巖體完整，透水率為3.5～10 Lu。按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-99)，基巖為弱透水性，不必對(duì)基巖進(jìn)行防滲處理。

2)土基地質(zhì)條件

土基主要分布在左壩肩和右壩肩高程1 106 m以上。右壩肩土基為1 066 m以上，巖性為中更新統(tǒng)堆積的黃土狀壤土和古土壤層。右壩肩黃土狀壤土和古土壤層室內(nèi)定名為低液限粘土，具中壓縮性，干密度平均值ρd=1.53 g/cm3。無須進(jìn)行工程措施處理。左壩肩基巖面高程1 099 m以上巖性為黃土、砂質(zhì)壤土和礫石層等。黃土層厚約6～10 m，砂質(zhì)壤土厚度約4 m。黃土和砂質(zhì)壤土為低液限粘土，具中壓縮性，為弱透水層，黃土干密度平均值ρd=1.50 g/cm3，砂質(zhì)壤土干密度平均值ρd=1.58～1.59 g/cm3。砂礫石層厚度約0.5～1.5 m，級(jí)配不良，含泥量大，充填較密實(shí)，據(jù)工程地質(zhì)類比，其滲透系數(shù)K=2.3×10-3cm/s，可灌性較差。

3.1.2 壩基評(píng)價(jià)

根據(jù)已給勘測(cè)資料可知，并結(jié)合調(diào)查訪問，大壩壩基為中硬砂巖，其強(qiáng)度高、完整性好，除險(xiǎn)加固工程后，壩基滲透系數(shù)﹤110～5 cm/s，滿足規(guī)范要求?；鶐r為弱透水性。故壩基總體穩(wěn)定，且防滲性能好?；鶐r的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和滲透系數(shù)采用表1的數(shù)值。

表1 巖體力學(xué)性質(zhì)建議值表

3.1.3 岸坡評(píng)價(jià)

據(jù)已有除險(xiǎn)加固資料可知，通過砌護(hù)和培厚處理解決了壩肩坍塌等不穩(wěn)定問題。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，左、右壩肩均穩(wěn)定且不存在滲漏現(xiàn)象。但大壩岸坡上存在冗長(zhǎng)雜草，嚴(yán)重影響大壩的觀測(cè)和維護(hù)工作，應(yīng)對(duì)岸坡進(jìn)行雜草清理和草皮種植處理。

3.2 壩體工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.3 溢洪道質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.3.1 地基土的物理力學(xué)特性指標(biāo)

溢洪道區(qū)域地基土為黃土狀壤土和古土壤層，含有鈣質(zhì)結(jié)核層，具中壓縮性，地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值為200 kPa；溢洪道下游，上部為壤土，中部為含泥礫石層，下部為砂巖。壤土松軟，地基承載力為80 kPa，礫石層呈松散狀態(tài)，地基承載力為150 kPa，砂巖強(qiáng)風(fēng)化層厚約1.5 m，承載力為400 kPa。

3.3.2 溢洪道工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

通過歷史勘察資料和除險(xiǎn)加固施工方案可知，溢洪道區(qū)存在的邊坡穩(wěn)定問題已得到解決。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，溢洪道區(qū)工程地質(zhì)條件良好，不存在坍塌、滑塌等安全隱患。

3.3.3 溢洪道現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果

溢洪道進(jìn)水段無坍塌、岸崩、淤堵或其他阻水現(xiàn)象；中間段的堰頂面、溢流面、底板均完好，不存在裂縫、滲水、剝落、沖刷、磨損、空蝕等不良現(xiàn)象；出口段未能順利連接進(jìn)入河槽，邊坡沖刷較嚴(yán)重，該段渠道不平整。

3.3.4 溢洪道質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，溢洪道整體情況良好，但在出口段邊坡受到嚴(yán)重沖刷而破壞嚴(yán)重，未能順利將水引入河槽?？紤]到長(zhǎng)久導(dǎo)流穩(wěn)定和順暢，建議對(duì)邊坡進(jìn)行加固和修復(fù)、修建翼墻，以確保汛期溢洪道出口正常排泄。

3.4 放水洞質(zhì)量評(píng)價(jià)

放水洞位于大壩右岸，由放水塔、涵洞組成。放水塔選用圓形鋼筋砼結(jié)構(gòu)，進(jìn)水口采用平底喇叭口，進(jìn)口段圓弧半徑1.2 m；閘室段為0.8×0.8 m方型；漸變段長(zhǎng)1.0 m，其上設(shè)負(fù)壓消除孔，采用φ200 mm鋼管。涵洞為拱形，進(jìn)口高程1 104.9 m。為漿砌石洞體，洞內(nèi)砌石完好，無砼剝落及裂縫等不良地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)劉莊水庫歷史除險(xiǎn)加固資料可知，2008年對(duì)放水洞進(jìn)水口改造處理，將臥管式進(jìn)水改成塔式進(jìn)水口，放水洞有足夠的泄洪能力，滿足運(yùn)行要求。運(yùn)行至今，未發(fā)現(xiàn)安全隱患。

4 質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)論

(1)區(qū)域地質(zhì)：依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)地地震基本烈度為Ⅵ度。

(2)壩基與岸坡：大壩壩基與岸坡均未發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象。岸坡植物冗雜，嚴(yán)重影響大壩運(yùn)行和觀測(cè)，建議進(jìn)行雜草清理和草皮種植處理。

(4)溢洪道：溢洪道設(shè)于壩右側(cè)，為河岸開敞式，全長(zhǎng)94.5 m，由寬頂堰、陡坡段組成。堰寬17 m。最大泄洪能力70 m3/s，堰頂高程1 116.8 m。溢洪道能夠滿足泄水要求。但溢洪道出口未進(jìn)入河槽，下泄水流對(duì)邊坡沖刷嚴(yán)重，建議修建引流翼墻將水流引向河槽，并對(duì)邊坡進(jìn)行修復(fù)加固處理。

(5)放水洞：放水洞位于大壩右岸，由放水塔、涵洞組成。放水塔選用圓形鋼筋砼結(jié)構(gòu)，進(jìn)水口采用平底喇叭口，進(jìn)口段圓弧半徑1.2 m；閘室段為0.8×0.8 m方型；漸變段長(zhǎng)1.0 m，其上設(shè)負(fù)壓消除孔，采用φ200 mm 鋼管。涵洞為拱形，進(jìn)口高程1104.9 m。臥管出口周邊無滲水現(xiàn)象，拱型砌石涵洞與壩體土壤接觸良好，結(jié)合緊密。涵洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與周邊土壤和巖石接觸良好，能滿足泄水需求。放水洞可滿足運(yùn)行需要，運(yùn)行安全可靠。

5 結(jié)語

通過對(duì)劉莊水庫大壩進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)可知，大壩的大部分工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，但在長(zhǎng)期運(yùn)行中也暴露出個(gè)別較小的質(zhì)量缺陷和問題，主要存在岸坡上植物過多、大壩壩面風(fēng)化嚴(yán)重、溢洪道出口未進(jìn)入河槽段邊坡沖刷嚴(yán)重，后期應(yīng)采取種植草皮、對(duì)邊坡進(jìn)行修復(fù)加固、修建引流翼墻等相應(yīng)的處理措施予以處理。總體分析，工程質(zhì)量基本滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，運(yùn)行中暴露的局部質(zhì)量缺陷不影響工程安全，工程質(zhì)量評(píng)為基本合格。評(píng)價(jià)結(jié)果為后期水庫大壩工程必要時(shí)進(jìn)行除險(xiǎn)加固提供了可靠的理論依據(jù)。