庄头水库枢纽工程蓄水安全鉴定分析与评价

2012-08-21周慧蓉

山西建筑 2012年32期

关键词：砌石涵洞溢洪道

周慧蓉

(山西省水利建筑工程局，山西太原 030006)

1 工程概况

枢纽工程位于海河流域浊漳南源支流石子河上游，大坝坝址位于壶关县晋庄镇庄头村南，坝址以上控制流域面积119.1 km2。枢纽工程由大坝、溢洪道和输水洞三部分组成，总库容1 675万m3，是一座以防洪为主，兼顾灌溉和供水等综合利用的中型水库。

坝型为碾压式均质土坝，其坝顶高程1 092.4 m，最大坝高为43.4 m，坝长300 m，坝顶宽 6.5 m。

溢洪道为河岸开敞式，梯形断面，为一土质泄槽，溢洪道长210 m。原设计最大泄量779 m3/s。自进口向下游60 m处建有高11 m，宽4 m的钢筋混凝土4孔桥。

输水隧洞为浆砌石结构，进口设卧管，共18级(2排36孔)，孔径0.8 m，单孔泄量0.8 m3/s，由于操作不便，止水不良，漏水严重，于1980年将右排的各级下降0.5 m，进水孔直径改为0.5 m，设0.8 m×0.8 m的铸铁盖板。原左排直径0.8 m的孔用盖板封闭。

坝下输水洞进口高程1 061.5 m，出口高程1 059.3 m，长197 m，纵坡1.33%，断面为半圆拱形，拱高0.7 m，底部高×宽=2.2 m×1.2 m，最大泄量 3 m3/s。

2 坝体质量

2.1 坝体土物理力学指标

坝体土用料为大坝右岸的低液限粘土。勘察中试验样品采用了探井取样和钻孔取样的方法。从勘探和试验结果看，大坝土体可分为两层，下部一层(Qs1)土质比较均匀，不含杂质，上部土(Qs2)中含有碎石等杂质。

坝体含碎石土(Qs2)的粒度成分为:大于20 mm含量7.7%～61.6%，平均 42.1%;20 mm ～ 2 mm 含量 7.2% ～ 36.2%，平均16.8%;2 mm ～0.5 mm 含量2.8%～7.2%，平均4.6%;0.5 mm ～0.25 mm 含量 0.9%～4.5%，平均 2.2%;0.25 mm ～0.075 mm 含量1.5% ～ 5.7%，平均 2.7%;小于 0.075 mm 含量 22.6% ～44.3%，平均 31.6%;不均匀系数 Cu=51.4，曲率系数 Cc=3.21，见表1。标贯击数修正值5.0～8.4，平均6.6，属于稍密状态，均匀性差。

据土工试验资料，坝体土(Qs1)的粒度成分为:砂粒含量0.2%～1.1%，平均值0.6%，粉粒含量 55.4% ～ 64.6%，平均值61.6%，粘粒含量34.8%～44.4%，平均值37.8%。坝体土干密度 1.32 g/cm3～1.76 g/cm3，平均值 1.55 g/cm3。

坝体土干密度大于1.60 g/cm3的，占29.2%，干密度1.60 g/cm3～1.50 g/cm3的，占29.2%，干密度1.50 g/cm3～1.40 g/cm3的，占20.8%，干密度小于1.40 g/cm3的，占20.8%。标贯击数修正值3.1 ～17.9，平均10.8，稍密，均匀性较差。

根据试验资料，经统计分析提出坝体土的物理力学指标为:含水率17.9%～30.0%，平均值为 21.8%;比重 2.70;天然密度1.63 g/cm3～2.05 g/cm3，平均值为1.87 g/cm3;干密度1.32 g/cm3～1.67 g/cm3，平均值 1.52 g/cm3;饱和密度 1.98 g/cm3，孔隙比0.549 ～1.059，平均值为0.771;压缩系数 0.09 MPa－1～0.565 MPa－1，平均值为0.22 MPa－1，具中等压缩性;压缩模量3.5 MPa ～18.1 MPa，平均值为9.91 MPa;坝体土抗剪强度建议值:有效应力强度凝聚力 c′=18.6 kPa，内摩擦角 φ′=21.2°。渗透系数1.00 ×10－5cm/s～2.40 ×10－5cm/s，建议值为2.40 ×10－5cm/s。

表1 坝体含碎石土层(Qs2)颗分统计表

2.2 坝体土渗透变形判别

经进行渗透变形判别，结果坝体土渗透变形类型为流土，临界水力比降1.004，除以安全系数2.0，得到允许水力比降为0.50。

2.3 坝体土湿陷性

勘察中对坝体土进行了湿陷试验，按照GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范，自重湿陷量Δzs(cm)和总湿陷量Δs(cm)分别按式(1)，式(2)计算:

其中，δzsi为第i层土的自重湿陷系数;δsi为第i层土的湿陷系数;hi为第i层土的厚度，mm;β0为因地区土质而异的修正系数，本区取0.50;β为土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，0 m～5 m深度内取值1.5;5 m～10 m深度取值1.0。

经计算评价，坝体土局部具湿陷性，湿陷下限深度为6.0 m，坝体土总湿陷量52.5 mm～130.5 mm，自重湿陷量为0 mm～14.5 mm。湿陷起始压力61 kPa～160 kPa，湿陷类型为非自重湿陷，湿陷等级为Ⅰ级(轻微)。坝顶和坝坡面不甚平整，可造成积水，建议进行整平夯实，消除坝面积水条件，建议对坝坡进行护坡及排水处理。

3 溢洪道

溢洪道位于大坝左岸50 m处，为一河岸开敞式土泄槽，梯形断面，进口底高程1 081.4 m，宽17 m，全长210 m。仅进口60 m长两侧墙采用浆砌石衬砌，但已多处风化脱落。溢洪道原设计最大泄量779 m3/s。自进口向下游60 m处建有高11 m，宽4 m的钢筋混凝土4孔桥。

溢洪道中上部地段(交通桥地段)为开挖基岩形成，槽底与槽壁下部岩性为奥陶系中统峰峰组白云质灰岩，上部为土壁，该段长度约为70 m。其上下游地段均为土质槽壁与槽底。溢洪道土体为第四系中更新统洪积低液限粘土。土的物理力学指标见表2。

含水率 13.4%～15.3% ，平均值为 14.4%;比重 2.72;天然密度1.88 g/cm3～ 2.08 g/cm3，平均值为 2.01 g/cm3;干密度1.65 g/cm3～1.80 g/cm3，平均值 1.76 g/cm3;孔隙比 0.508 ～0.652，平均值为 0.550;压缩系数 0.06 MPa－1～0.09 MPa－1，平均值为 0.073 MPa－1，土具低压缩性。

溢洪道地形较平缓，地基与边坡的岩土工程性质良好，无不良地质作用，故溢洪道地质条件较好。为抵御洪水的冲刷，溢洪道需进行衬砌防护，原浆砌石衬砌已破损部分需拆除重新衬砌。

表2 溢洪道土层物理力学指标统计表

4 输水涵洞

输水涵洞置于大坝左端的岩基上，为浆砌石结构，进口设卧管，共18 级(分2 排共36 孔)，孔径0.8 m，单孔泄量0.8 m3/s，由于止水不良，漏水严重，于1980年将右排的各级下降0.5 m，进水孔直径改为0.5 m，设0.8 m×0.8 m的铸铁盖板。原左排直径0.8 m的孔用盖板封闭。

输水涵洞进口高程1 061.5 m，出口高程1 059.3 m，长197 m，纵坡1.33%，断面为半圆拱形，拱高0.7 m，底部高×宽=2.2 m×1.2 m，最大泄量3 m3/s。输水涵洞地基岩土工程性质较好，但是浆砌石结构隔水能较差，且又年久失修，产生裂缝和风化脱落等破损，这样在水流下泄时可能对坝体土与涵洞浆砌石之间发生界面接触冲刷破坏。建议对涵洞进行防渗加固处理。