七一水库坝下涵洞质量检测与加固方案设计

李红星

（晋中市水利勘测设计院 山西晋中 030600）

七一水库坝下涵洞质量检测与加固方案设计

李红星

（晋中市水利勘测设计院 山西晋中 030600）

针对七一水库涵洞多个环向接缝处渗水渗泥的现象，利用地质雷达基本查明了由于渗漏引起涵洞周围存在明显空隙以及空隙分布的空间位置。并提出了对洞身段进行回填灌浆和内衬钢筋混凝土的加固处理方案。

坝下涵洞 加固 地质雷达

1 工程概况

七一水库坝址位于临汾市襄汾县西贾乡万东毛村东的七一沟和南贾沟上，属黄河流域汾河水系，水库控制流域面积140.4km2，总库容5544万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的中型水库。枢纽建筑物主要包括：大坝和输水涵洞。

大坝为均质土坝，大坝坝顶高程473.8m，最大坝高43m，坝顶长1250m。上游坡比1∶3，下游坡比1∶3、1∶3.5、1∶4。

七一涵洞位于大坝桩号1+063.5m处，进口高程449.2m，纵坡0.0017，最大泄流量12.5m3/s。涵洞为城门洞形钢筋混凝土结构，底宽3.6m，直墙高2.0m，半圆拱高1.8m，总高3.8m。坝内涵洞长164m，进口设进水塔控制，涵洞内设DN1400预应力钢筋混凝土管道，出口设DN1400闸阀。

七一水库地处临汾盆地中南部，地貌单元属黄土丘陵沟壑区。坝址区位于襄汾县万东毛村与阜宁庄之间，坝轴线横跨七一沟和南贾沟两条河谷。坝址区出露的地层岩性为：第四系中更新统洪积层(Q2pl)，棕红色壤土，浅棕黄色砂壤土，出露在沟谷两侧；第四系上更新统冲洪积物(Q3pal)，浅黄色粉质壤土，砂壤土，广泛分布于黄土阶地塬面，厚约5～10m；全新统冲洪积物(Q4pal)、砂壤土、砂卵石，分布在沟谷底部。

涵洞地层岩性为中更新统(Q2)壤土、砂壤土，夹细砂层，土质较好。地基土的承载力根据钻孔标准贯入击数得，细砂、砂土承载力基本值f0=160kPa，壤土的承载力标准值fk=200kPa。

2 现存问题

2013年蓄水安全专项检查时发现涵洞多个环向接缝处渗水明显。其中3个环向接缝处（0+21、0+51、0+81)渗水明显，其渗水量达到0.7L/S。长期存在的渗流现象，使得多处存在碳酸盐结晶，局部可见明显的渗泥现象，在导水渠可见较厚淤泥，需查明是否由于渗漏引起涵洞衬砌后方存在明显空隙（或密实度较差），以及空隙分布的空间位置。

3 地质雷达法检测

图1 地质雷达原理示意图

地质雷达（Ground Penetrating Rader简称GPR）是利用超高频电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘测仪器，它是利用电磁波在不同介质中的传播与反射特性来进行探测的。电磁波脉冲由发射天线发出，被地下介质界面（或异常体）反射，然后由接收天线接收，并以实时成像方式显示地下结构剖面，探测结果一目了然，分析、判释直观方便，见图1。

3.1 测线布设

在涵洞内部，沿涵洞两侧边墙、侧拱顶布设4条测线，探查涵洞衬砌后方空隙是否存在。测线布置见图2。

图2 测线布置断面示意图

3.2 地质雷达法数据处理

地质雷达资料的处理过程就是抑制随机的和有规律的干扰，最大限度地提高雷达剖面图像上的分辨能力，通过提取电磁回波的各种有用参数，来解释不同介质的物理特征。数据处理一般分五个步骤进行：

①数据预处理，包括文件编辑、文件巡视等。

②技术性处理，包括数字滤波、反褶积、偏移及希尔伯特变换等。

③拾取反射层。

④确定介电常数，计算速度，进行时深转换，形成深度剖面。

⑤判释异常界面。

3.3 判释原则

输水涵洞衬砌背后回填不密实或者存在空洞，土壤内含水量相对偏高，一般会在地质雷达法成果图中呈现强能量反射特征。因此，重点分析地质雷达断面中的强能量同相反射轴，并参考调查资料，圈定涵洞内的重点危险段。

3.4 资料分析

根据地质雷达成果，并结合收集的地质调查资料，按较好、一般、较差、差四个等级，分段评价了输水涵洞的渗透情况，并重点圈定了洞周回填不密实、土壤含水量相对偏高的危险部位。见图3。

图3 地质雷达成果图

（1）左边墙LD-1。0～7.0m较好，反射波能量均匀，未见明显异常。7.0～33.0m情况差， 其 中：8.0～12.0m和21.0～27.0m处涵洞衬砌背后出现杂乱的强反射波组，且24.0～27.0m反射波同相轴呈弧状，推断衬砌背后存在空洞或回填不密实，13.0～15.0m和29.0～33.0m处土壤内部出现强反射波，同相轴不连续，推断土壤含水量相对偏

高；33.0～65.0m情况较好，反射波能量均匀，未见明显异常；65.0～80.0m情况差，66.0～ 69.0m和72.0～79.0m土 壤内 出现杂乱的强反射波组，推断土壤的含水量相对偏高；80.0～102.0m情况较好，反射波能量均匀，未见明显异常；102.0～126.0m情况 差，105.0～ 114.0m、115.0～ 119.0m和122.0～126.0m处出现衬砌背后雷达剖面上波形杂乱，推断衬砌背后存在空洞,105.0～114.0m土壤内含水量相对偏高；126.0～147.0m情况较好，反射波能量均匀，未见明显异常；147.0～164.0m情况差，147.0～150.0m土壤内部反射波杂乱，推断土壤内含水量相对偏高；159.0～164.0m衬砌背后以及土壤内部均出现强反射波，推断衬砌后面存在空洞，并且土壤内含水量相对偏高。

（2）左拱顶LD-2。0～7.0m较好，反射波能量均匀，未见明显异常；7.0～33.0m情况较差，9.0～12.0m处涵洞衬砌背后出现强反射波，推断回填不密实；18.0～22.0m土壤内部出现杂乱强反射波，同相轴错段，推断土壤含水量相对偏高；33.0～57.0m情况较差，36.0～41.0m和46.0～49.0m处土壤内部出现杂乱强反射波，推断衬砌后面的土壤含水量相对偏高；57.0～164.0m情况差，57.0～70.0m、73.0～77.0m和80.0～140.0m处土壤内部出现杂乱强反射波，能量不均，推断土壤含水量相对偏高；141.0～164.0m处衬砌背后及土壤内出现强反射波，推断衬砌背后回填不密实，局部存在空洞，土壤含水量相对偏高。

（3）右边墙LD-3。0～7.0m较好，反射波能量均匀，未见明显异常；7.0～33.0m情 况 一 般，9.0～12.0m、24.0～27.0m和29.0～31.0m处衬砌背后出现强反射波，同相轴错段，推断衬砌背后回填不密实；33.0～ 60.0m情 况 较 差，36.0～ 39.0m、41.0～42.0m和44.0～45.0m处衬砌背后出现杂乱反射波，同相轴错段，推断衬砌背后回填不密实；49.0～51.0m处衬砌背后出现强反射波，且反射波同相轴呈弧状，推断衬砌背后存在空洞；54.0～60.0m处土壤内部出现强反射波，能量不均，推断土壤内含水量相对偏高；60.0～92.0m情况较差，66.0～71.0m衬砌背后出现杂乱的强反射波组，推断回填不密实；89.0～91.0m处涵洞衬砌背后出现强反射波，且反射波同相轴呈弧状，推断存在空洞；73.0～76.0m、80.0～83.0m处土壤内部出现杂乱的强反射波，能量不均匀，推断土壤内含水量相对偏高；92.0～101.0m较好，反射波能量均匀，同相轴连续，未见明显异常；101.0～ 121.0m情况较差，102.0～111.0m和113.0～114.0m衬砌背后出现强反射波，推断存在空洞，并且土壤的含水量相对偏高；119.0～121.0m衬砌背后出现强反射波，且反射波同相轴呈弧状，推断存在空洞；121.0～ 156.0m情 况 差，125.0～ 126.0m、134.0～ 137.0m、142.0～ 144.0m和152.0～156.0m处土壤内部出现强反射波，能量不均匀，同相轴错段，推断土壤内含水量相对偏高；156.0～164.0m情况一般，162.0～164.0m土壤内部出现强反射波，推断土壤内含水量相对偏高。

（4）右拱顶LD-4。0～7.0m较好，反射波能量均匀，同相轴连续，未见明显异常；7.0～33.0m情况差，9.0～12.0m处涵洞衬砌背后出现杂乱的强反射波，推断回填不密实，25.0～33.0m土壤内出现强反射波，推断土壤内含水量相对偏高；33.0～59.0m情况较差，42.0～45.0m衬砌背后与土壤内均存在强反射波，推断衬砌背后存在空洞，土壤内含水量相对偏高；59.0～84.0m情况差，59.0～64.0m、65.0～71.0m和73.0～77.0m土壤内存在强反射波，推断土壤内含水量相对偏高；78.0～82.0m处衬砌背后出现强反射波，推断回填不密实；84.0～100.0m情况较差，90.0～93.0m和96.0～100.0m土壤内出现强反射波，推断土壤内含水量相对偏高；100.0～109.0m较好，反射波能量均匀，同相轴连续，未见明显异常；109.0～119.0m情况较差，109.0～111.0m和114.0～119.0m处土壤内部存在强反射波，推断土壤内部含水量相对偏高；119.0～134.0m情况较好，反射波能量均匀，同相轴连续，未见明显异常；134.0～154.0m情况较差，134.0～137.0m、151.0～153.0m土壤内均存在强反射波，推断土壤内含水量相对高，142.0～143.0m

衬砌背后出现强反射波，推断回填不密实；154.0～164.0m较好，反射波能量均匀，同相轴连续，未见明显异常。

4 加固方案

针对七一水涵洞的漏水问题，此次应急工程对闸室后洞身段进行回填灌浆和C25钢筋混凝土衬砌防渗加固处理。

首先对洞身段外部回填灌浆，灌浆孔深入土层30cm以上，灌浆孔与伸缩缝间距不小于50cm。回填灌浆采用中压砂浆泵填式灌注，灌浆压力为0.3mPa，分两序孔进行，一序孔可灌注水灰比0.6(或0.5)∶1的水泥浆，二序孔可灌注1∶1、0.8∶1和0.6(或0.5)∶1两个比级的水泥浆，一序孔和两序孔呈梅花型布置。在规定的设计压力下，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注10min即可结束。

在灌浆过程中如发现漏浆，应将漏浆部位封堵，还应采取加浓浆液、降低压力、间歇灌浆等方法处理。因故中断灌浆，应及早恢复灌浆，中断时间大于30min应设法清洗至原孔深后恢复灌浆，此时若灌浆孔仍不吸浆，则应重新就近钻孔进行灌浆。

灌浆结束后，应排除钻孔内积水和污物，采用浓浆将全孔封堵密实和抹平，露出表面的埋管应割除。

混凝土衬砌前须对原洞身表面按规范要求处理干净并凿毛。混凝土防渗层厚20cm，标号为C25F200W6。洞身段衬砌混凝土伸缩缝按现伸缩缝位置布置，缝宽2cm，距洞内表面10cm处设12mm厚紫铜止水和遇水膨胀橡胶止水条，缝内填塞聚乙烯低发泡沫板，临水面5cm深度内采用双组分聚硫密封膏密封。钢筋网采用Φ18和Φ14，间距为200mm和300mm，钢筋网保护层厚度为5cm。洞身设Φ25锚筋，长度70cm，顶部夹角为48°，直墙段和底板间距1.5m，排距2m，采用化学锚固，外露部分须与洞身衬砌混凝土钢筋牢固连接。

混凝土衬砌层应预留灌浆孔，对混凝土衬砌与原洞身间进行回填灌浆。灌浆需在混凝土衬砌强度达到70%设计强度后方可进行，回填灌浆孔预埋管采用钢管，管径φ63；回填灌浆孔排距2m，错位布置；回填灌浆应分为两个次序进行，回填灌浆孔灌浆完毕后，须使用干硬性水泥砂浆将钻孔封堵密实，孔口与周边混凝土抹齐平。

对输水涵洞的DN1400混凝土管和钢管进行更换，混凝土管更换为PCCP管，管径为1400mm，全长242m；DN1400钢管全长45m。

5 结论

坝下涵洞病险不易检查，由于涵洞渗水，在库水头的长期作用下，当渗透坡降超过允许坡降，便产生渗透变形，逐渐带走坝体土，土体空隙变大，在坝体内形成集中渗漏通道，造成水库严重漏水，甚至出现坝面塌陷，影响大坝安全。

本文根据地质雷达成果，并结合收集的地质调查资料，按较好、一般、较差、差四个等级，分段评价了输水涵洞的质量情况，重点圈定了洞周土体不密实、土壤含水量相对偏高的危险段落。并提出了对涵洞洞身与坝体土间进行回填灌浆和内衬钢筋混凝土的加固处理方案。但坝下涵洞病害具有隐蔽性、突发性，彻底处理难度大的特点，其检测和处理方法还有待进一步研究。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.022

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1672-2469(2014)09-0073-04

李红星（1974年—），男，高级工程师。