西峡县七峪水库除险加固工程大坝防渗方案研究

□黄玉晓 □梁士鹏 □马 千（河南省南阳市水利建筑勘测设计院）

1 工程概述

七峪水库位于西峡县丹水镇西北部七峪村以上1.50km处的丹水河上，属长江流域白河水系湍河支流。该水库于1958年3月动工兴建，1969年5月基本竣工，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。水库坝址以上控制流域面积26.70km2，主干流长度为9.30km，河道平均比降1/130。

七峪水库下游有西峡丹水镇、内乡赵店镇及内乡县城，保护区共有居民13万多人、0.53万hm2耕地、宁西铁路、沪陕高速公路、312国道、欧亚光缆、沪新光缆等。水库一旦失事，将给沿河两岸带来严重灾害，防洪位置比较重要。

七峪水库大坝为粘土斜墙坝，大坝现状坝顶高程258.33～258.65m，最大坝高21.61m，坝顶宽5.00m，坝顶长401m，无防浪墙。大坝迎、背水坡坡度均为二级，台地段迎水坡坡比自上而下依次为1:2.50,1:3.10,1:4，高程252.03m、245.00m处戗台宽分别为1.90、3.00m；背水坡自上而下依次为1:1.80,1:2.50,1:2.20，在高程252.00m、245.20m分别有1.70m、2.50m宽的平台一道，在背水坡高程244.50m处由灌溉渠一条。大坝迎水坡坡采用块石护坡，背水坡为草皮护坡。该水库大坝上游局部无护坡，护坡部分块石松动、塌陷，坝顶混凝土路面裂缝，下游坝坡凹凸不平，大面积凹陷，左端坝脚渗水，右端坝脚处坝体有2.00m高陡坎，陡坎面渗水，有明流。大坝坝基座于强透水的第四系全新统砾砂层上，清基不彻底，曾出现管涌翻砂等现象，增建粘土斜墙截水槽后，渗流基本稳定。台地段及两坝肩座于强风化的基岩上，岩体裂隙发育，坝坡散浸、渗漏。

七峪水库溢洪道位于大坝左端，现状进口底部高程为253.00m，底宽最宽处为21.10m，进口段长度30m，控制段长度270m，出口段长度22m，溢洪道全长322m；溢洪道桩号0+122处右岸，沿左坝脚有一条建库时留下的老溢洪道与之相交。溢洪道与左坝头的连接处为一防汛交通桥，桥长25m，宽4.00m，高6.00m，为双曲拱桥。溢洪道位于强风化砂岩上，基本无护砌，边坡坡局部垮塌，出口过流断面较小，上部渡槽阻水，无消能防冲设施，泄流时，水流冲刷坝脚，交通桥裂缝，护栏破损。

输水洞位于大坝右侧桩号0+328.30处，主要有进口连接段、闸室段、洞身段、出口段等部分组成，洞身结构为1.16m× 2.07m（宽×高）的无压拱涵。拱顶为预制混凝土拱片和砖砌结构，侧墙为白灰砌青砖结构，洞身长82.50m，进口底部高程244.10m，输水洞最大泄量8.24m3/s。输水洞洞身裂缝、渗漏，闸室混凝土碳化、剥蚀，进口混凝土闸门碳化、漏水，灌溉及泄洪闸漏水，启闭设施老化。

根据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，七峪水库总库容超过1000万m3，属中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。七峪水库原设计防洪标准为50年一遇设计，1000年一遇校核。主要建筑物有大坝、输水洞、溢洪道等。该次除险加固工程设计依据水利部长江水利委员会对七峪水库除险加固初步设计的复核意见，水库设计防洪标准为50年一遇设计，1000年一遇校核。

水库除险加固后防洪标准为50年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核。校核水位256.14m，总库容1123万m3；设计洪水位254.34m，相应库容854万m3；兴利水位251.00m，兴利库容451万m3；死水位244.12m，死库容53万m3。

2 前期工作过程

七峪水库大坝工程存在许多安全隐患，一旦失事，将给下游沿河两岸人民生命财产带来严重灾害。为此，在河南省水利厅、南阳市水利局的直接领导下，成立了大坝安全鉴定领导小组和大坝安全评价项目组。2007年元月对水库大坝和溢洪道等进行工程地质勘察和大坝质量检查。按照《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000），结合水库现状，编制了《河南省西峡县七峪水库大坝工程安全评价报告》，并通过河南省水利厅专家组评审鉴定，提出了《大坝安全鉴定报告书》，2007年12月21日通过了水利部大坝安全管理中心的核查。

受西峡县七峪水库除险加固建设管理局的委托，依据2007年4月编制的《河南省西峡县七峪水库大坝工程安全评价报告》及水利部大坝安全管理中心的核查意见，于2008年9月编报了《河南省西峡县七峪水库除险加固工程初步设计报告》，通过了河南省水利厅对初步设计的审查（豫水计[2008]20号文）和水利部长江水利委员会对初步设计的复核（长规计[2008]407号文）。根据批复意见对西峡县七峪水库进行除险加固工程施工方案设计。

3 工程存在的问题

3.1 安全鉴定结论

2007年4月，南阳市水利局组织专家对《河南省西峡县七峪水库大坝工程安全评价报告》进行评审鉴定，提出了《大坝安全鉴定报告书》，其安全鉴定结论为：①七峪水库位于汉江唐白河水系湍河支流丹水河上，下游1.50km即为丹水镇及宁西铁路、沪陕高速公路、312国道等重要设施，地理位置重要。②经复核，水库防洪能力满足国家《防洪标准》（GB50201-94）规定防洪标准要求，但溢洪道泄洪时严重影响大坝安全。③大坝坝体填筑质量差，河槽段、台地段干密度合格率分别为39%和48%；上游坡有多处滑塌、凹陷。工程质量不合格。④经复核，大坝坝坡稳定基本满足规范要求，但上游局部无护坡，块石护坡大面积松动脱落。溢洪道位于全强风化砂岩上，基本无护砌，边坡滑塌，基础淘刷，出口无消能设施，不能安全泄洪。输水洞洞身多处裂缝、射流，闸室混凝土碳化，剥蚀。结构安全性为C级。⑤大坝坝基座于强透水的第四系全新统砾砂层上，处理不彻底，曾出现管涌翻砂等现象，增建粘土斜墙截水槽后，渗流基本稳定；台地段及两坝肩座于强风化的基岩上，裂隙发育，有大面积散浸和明流，存在接触冲刷隐患。渗流安全性为C级。⑥根据《中国地震动参数区划图》，该区地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度为Ⅵ度。不需进行抗震安全复核。⑦输水洞进口钢筋混凝土闸门严重碳化、露筋，出口闸门漏水，启闭设备老化失修，丝杆弯曲，锈蚀严重。金属结构安全性为C级。⑧监测及管理设施不完善。

综上所述，七峪水库病险严重，为三类坝，急需进行除险加固。

上述评价报告及结论于2007年12月21日通过了水利部大坝安全管理中心的核查，核查意见为：该水库大坝上游局部无护坡，护坡部分块石松动、塌陷，坝顶混凝土路面裂缝，下游坝坡凹凸不平，大面积凹陷，左端坝脚渗水，右端坝脚处坝体有2.00m高陡坎，陡坎面渗水，有明流；溢洪道进水渠未护砌，出口过流断面较小，上部渡槽阻水，泄流时，水流冲刷坝脚，交通桥裂缝，护栏破损；输水洞闸室混凝土碳化，输水洞进口混凝土闸门碳化、漏水，灌溉及泄洪闸漏水，启闭设施老化；大坝安全监测设施不完善，管理设施陈旧落后，防汛公路标准低。根据专家对书面材料与现场核查认定结果，同意三类坝鉴定结论意见。

3.2 大坝存在的主要问题

大坝上游局部无护坡，护坡部分块石松动、塌陷，坝顶混凝土路面裂缝，下游坝坡凹凸不平，大面积凹陷，左端坝脚渗水，右端坝脚处坝体有2.00m高陡坎，陡坎面渗水，有明流。大坝坝基座于强透水的第四系全新统砾砂层上，清基不彻底，曾出现管涌翻砂等现象，增建粘土斜墙截水槽后，渗流基本稳定；台地段及两坝肩座于强风化的基岩上，岩体裂隙发育，坝坡散浸、渗漏。

3.3 溢洪道存在的主要问题

溢洪道位于强风化砂岩上，基本无护砌，边坡坡局部垮塌，出口过流断面较小，上部渡槽阻水，无消能防冲设施，泄流时，水流冲刷坝脚，交通桥裂缝，护栏破损。

3.4 输水洞存在的主要问题

洞身裂缝、渗漏，闸室混凝土碳化、剥蚀，进口混凝土闸门碳化、漏水，灌溉及泄洪闸漏水，启闭设施老化。

3.5 管理工程存在的问题

防汛道路路面较窄，宽3.50m，宽度不够，通行困难；管理房急需维修，无交通车辆。

4 坝基工程地质条件评价

4.1 河槽段（0+099～0+143）

河槽段宽44.00m，上部地层为第四系全新统砾砂层，厚度2.50~3.20m，主要成份为粗砂粒及小砾石，砾石粒径一般3~5cm，个别大者7~8cm。其相对密度(Dr)0.30，标准贯入击数(N63.50)11击，结构稍密。渗透系数(K)为100m/d，为强透水层。该层下伏基岩为中粗粒砂岩，岩石强风化厚1.60m，强风化以下为弱风化岩石，岩石透水率6.40Lu，属弱透水。坝基座于强透水的砾砂层上，处理不彻底，曾出现管涌、翻砂等现象，增建粘土斜墙截水槽后，渗流基本稳定，但仍存在坝基渗漏问题。建议对该段采用高压旋喷灌浆或混凝土防渗墙等措施进行防渗处理。

4.2 右岸台地段(0+143～0+318)

桩号0+143-0+200段：呈陡坎状与河床右岸接触，岩性为第四系全新统重壤土及砾砂组成，重壤土厚度3.00~3.30m，砾砂层厚1.50~1.90m，渗透系数(K)为100m/d，为强透水层，增建粘土斜墙截水槽后，渗流基本稳定，但仍存在坝基渗漏问题。建议对该段采用高压旋喷灌浆或混凝土防渗墙等措施进行防渗处理。

桩号0+200~0+318段，坝体直接座于岩石上，台地段岩面深度11.00-18.50m，岩面高程247.40~239.90m，岩性为中粗粒砂岩，岩石强风化厚2.00～8.00m不等，强风化岩石透水率5.50Lu，弱透水，强风化以下，为弱风化岩石，岩石透水率7.30~8.10Lu，弱透水，因此该段不存在坝基渗漏问题。

5 塑性混凝土防渗墙设计

工程对大坝桩号0+011～0+388段采用塑性混凝土防渗墙处理，可以将坝体、坝基的渗漏进行统一治理，施工时可以一次开槽直抵坝基相对不透水层，连续浇筑一次成墙，施工方便，治理效果好。

防渗墙布置在坝顶，大坝坝顶宽度现状为5m，需将坝顶宽度拓宽至8m。同时，防渗墙顶高程定为256.24m。混凝土防渗墙工程轴线位置与坝顶轴线位置一致。塑性混凝土防渗墙采用沿坝轴线从中间向两端用冲击钻机配合液压开槽机开槽，进行塑性混凝土防渗墙浇筑。防渗墙厚0.50m，一期槽孔长6m，二期槽孔长8m，在一、二期槽孔搭接处设接头孔。为满足渗透稳定要求，混凝土防渗墙底部应深入强风化岩石5m，并按不进入弱风化岩石控制。

5.1 塑性混凝土防渗墙厚度确定

塑性混凝土防渗墙厚度可以参照下列公式进行计算：

式中：

d—防渗墙厚度，m；ΔHmax—作用在混凝土防渗墙上的最大水头，工程为20.40m；J允——允许水力坡降，塑性混凝土取70；经计算：d＝0.29m，考虑施工机具因素及孔斜因素，取混凝土防渗墙厚度取d=0.50m。

5.2 塑性混凝土防渗墙施工场地

塑性混凝土防渗墙施工，场地宽度应≥8m，因此结合坝顶路面及防浪墙工程将坝顶高程降低至257.68m，营造施工临时平台，平台宽8.00m，满足塑性混凝土防渗墙施工要求。施工后不再回填，按设计要求进行坝顶工程的施工。

5.3 造槽机具及导墙设计

塑性混凝土防渗墙施工采用冲击钻机配合液压抓斗机造槽，造槽前应先修导墙，设计导墙高度为1.50m，厚0.20m，导墙的内间距0.55m，高出地面0.10m，采用C20钢筋混凝土结构。

5.4 塑性混凝土防渗墙材料

塑性混凝土防渗墙设计厚度0.50m，要求成墙后强度不低于5MPa，抗渗标号为W4。墙体材料采用塑性混凝土，塑性混凝土中采用水泥标号不低于PO42.50，水泥用量约为200Kg/m3，粘土和膨润土必须含有足够粘粒和胶粒，一般来说，含粘量应>50%，膨润土用量约为水泥用量的5%～20%，一般用量20～50Kg/m3。粘土用量20～50Kg/m3。具体材料用量应在工程施工前通过现场实验确定。塑性混凝土的和易性与流动性仍采用混凝土防渗墙规范的指标进行控制，坍落度18～22cm，扩散度34～40cm，坍落度保持15cm以上的时间≥1h，初凝时间应不少于6h，终凝时间不长于24h。

5.5 质量控制方法

5.5.1 导墙

防渗墙造槽前应先修筑导墙，导墙的施工精度(宽度、平直度及标高等)严重影响着单元槽段的施工精度。导墙的内墙面应保证垂直，而且平行与连续墙中心线，两行导墙墙面间距必须达到设计宽度；墙面与纵轴线的距离偏差≤10mm，两条导墙间距偏差≤5mm；导墙顶应水平，全段范围内高差应<10mm，局部高差<5mm；导墙背侧回填土应分层夯实，不得有漏浆发生；导墙混凝土在养护期间不得有重型设备在附近行走或作业，防止导墙开裂或位移变形。

5.5.2 造孔

孔位在不同方向的允许偏差≤3cm，孔斜率≤0.40%，一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心在任一深度的偏差值不得大于设计墙厚的1/3。造孔结束后，应对造孔质量进行全面检查，经检查合格，方可进行清空换浆。清空换浆结束后1h，孔底淤积厚度应≤10cm。

5.5.3 泥浆

施工时固壁泥浆粘度应不低于20S，失水量应<20ml/30 min，相对密度为1.05～1.30，含砂量应<6%，酸碱度要求PH值为7～9。在机具造孔过程中始终要进行泥浆循环固壁工作。

5.5.4 墙体浇筑

墙体浇筑材料要符合塑性混凝土防渗墙材料要求，浇筑要连续进行，若因意外事故中断，中断时间不得超过30min。墙体外形尺寸、浇筑高度、技术性能指标必须满足设计要求；墙体要均匀、完整，不得存在夹泥浆、夹泥断墙、孔洞等严重缺陷；墙段之间的联接要紧密，墙底与坝基的接触带和墙体的抗渗性能要满足设计要求。接头孔施工应采用套打一钻法或双反弧法进行处理。

5.5.5 浇筑过程应遵守的规定

导管埋入混凝土的深度不得<1m，不宜>6m；混凝土面上升速度不应<2m/h；混凝土面应均匀上升，各处高差应控制在0.50m以内，在有钢筋笼和埋设件时尤应注意；至少每隔30min测量一次槽孔内混凝土面深度，至少每隔 2h测量一次导管内混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图，以便核对浇筑方量；槽孔口应设置盖板，避免混凝土散落槽孔内；不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内；应防止入管的混凝土将空气压入导管内。混凝土终浇顶面宜高于设计高程50cm。

5.5.6 质量检测及指标

塑性混凝土防渗墙墙体质量检查应在成墙一个月后进行，检查内容为墙体的均匀性、可能存在的缺陷和墙段接缝。质量检测采用钻孔取芯和其它无损检测等办法进行，并在钻孔中分段进行注水实验。对墙身取芯检查时，应按《钻芯法检测混凝土强度技术规范》中的有关取芯规定进行施工。

检查孔位置根据施工实际情况现场确定，每5个槽孔可取一组试件，尽量均匀布置，但墙段连接处必须布设检查孔，检查孔采用C15混凝土封孔。

检测要求墙体均匀、完整，不得存在夹泥、断墙、孔洞等，墙段之间要联接紧密。检测要求塑性混凝土防渗墙体必须满足以下指标：抗压强度≥5MPa，弹性模量为300～1000MPa，渗透系数≤1×10-6cm/s。

5.5.7 其它要求

为满足渗透稳定要求，混凝土防渗墙底部应深入强风化5m，并按不进入弱风化岩石控制。防渗墙施工完成后，应及时拆除临时施工道路及其它设施，按设计要求进行坝顶工程的施工。

6 工程实践

2009年，由御龙水利水电工程有限公司实施了大坝塑性混凝土防渗墙工程，工程完工后，经质量检测认定，大坝防渗取得了良好效果，完全达到设计要求。