溢沟水库除险加固设计

王 燕

（临汾市水利勘测设计院 山西 临汾 041000）

1 工程概述

溢沟水库位于汾河的三级支流天河中上游，地处曲沃县城东南14km紫金山北麓的北董乡东闫村南的溢沟沟口。控制流域面积26km2，流域地貌属黄土阶台地、灰岩土石山，流域主河道长度12.2km，流域平均宽度2.13km，流域平均坡度18‰。溢沟水库始建于1968年12月，于1975年5月竣工受益，总库容225万m3。2009年水库除险加固，2010年工程完工，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小(1)型水库。水库枢纽工程由大坝、灌溉洞、泄洪洞和溢洪道组成。其中大坝为均质土坝，坝顶长 230m，最大坝高 24.5m，坝顶高程555.95m，坝顶宽5.5m，大坝坝顶上游侧设高1.2m砖砌防浪墙。泄洪洞位于大坝左岸，由无压洞段、泄槽段、挑流段组成。灌溉洞位于大坝右岸，为有压洞，由进水塔、洞身、工作桥三部分组成。溢洪道位于大坝右岸，为开敞式溢洪道，总长211m。由进口段、陡坡段、消力池和挑流鼻坎等组成。

1.1 坝体土填筑质量

2006年6 月取坝体土样做物理力学试验，坝体为粉质壤土，总体为稍湿～湿土，呈可塑～坚硬状，属高压缩性土，非湿陷性土。最大干密度1.59g/cm3，最小干密度1.44g/cm3，平均干密度 1.52g/cm3。其中，干密度小于1.5g/cm3的有4个，占总统计样数的31%；干密度大于1.5g/cm3（含1.55g/cm3）的有9个，占总统计样数的69%。

在钻探过程中发现大坝坝体局部填筑质量较差，土质松散，遇水后呈软塑状态，出现岩芯拉长现象，进尺快，在孔深5.7m～7.9m间土质松软。

1.2 泄洪洞现状

泄洪洞位于大坝左岸，桩号0+193处，由无压洞段、泄槽段、挑流段组成。进口底高程为538.9m，出口底高程为537.8m，设计底纵坡i=0.88%，泄洪洞进口为φ850的钢管，无压洞全长125m，断面为城门洞型，宽1.5m，高1.95m，边墙为浆砌石结构，顶拱采用砼衬砌。资料显示，泄洪洞底板坐落于第四系中更新统冲洪积(Q2)地层上。

进行现场勘查后，发现泄洪洞内伸缩缝处均有不同程度的渗水、漏水，距泄洪洞出口63.1m处出现环向裂缝，最大缝宽1mm；距洞出口67m处出现环向裂缝，最大缝宽10mm左右；距洞出口73.4m处伸缩缝漏水严重，专项组检查时有浑水渗漏；距泄洪洞出口79.3m处出现环向裂缝，最大缝宽2mm左右。裂缝宽度及渗水量较大的位置出现在大坝坝顶上游处。

根据钻孔揭露泄洪洞洞顶和两侧均分布为砂卵砾石，由于有砂卵砾石的分布，致使泄洪洞洞壁接缝处产生漏水。2013年，库水位为546.1m～552.3m，测得渗漏量为0.7L/s～1.48L/s。

据实地调查和观测资料分析，泄洪洞渗漏量与库水位升降有关。当库水位升高时，渗水量加大，所以渗漏水量随库水位上涨逐渐增加。

1.3 左坝肩现状

左坝肩土的物理力学性质根据2006年试验数据，塑限17.0%，液限29.43%，塑性指数 12.43，干密度 1.75g/cm3，密度2.09g/cm3，孔隙比0.55，渗透系数2.63×10-6cm/s，含水量18.8%，C值50.99kPa，φ值20.02°，压缩系数0.129MPa-1，湿陷系数0.0005，属低压缩性，非湿陷性土。

左坝肩泄洪洞由于在大坝左岸高程548.9m～544.8m，分布一层厚为4.1m的细砂；在高程543.78m～541.58m，分布一层厚2.2m砂卵砾石，渗透系数1.9×10-3cm/s；在高程541.3m～536.45m，分布厚2.4m～4.85m粉砂，渗透系数2.7×10-4cm/s。泄洪洞洞顶和洞壁位于砂卵砾石中，所以大坝在运行期间左坝肩泄洪洞洞壁伸缩缝、裂缝处产生漏水，漏水点高程538m，1999年3月20日测得渗流量最大为2.0L/s。

（1）渗透变形形式的判别

左坝肩可能产生的渗透变形形式，根据《水利水电工程地质勘察规范》中要求，采用颗粒分析所得的不均匀系数和细粒含量来判别渗透破坏形式。其判别标准：正常颗粒级配情况下不均匀系数Cu＜5的土为流土；Cu＞5的土，细粒含量＞35%为流土，细粒含量25%～35%，可能为流土也可能产生管涌，细粒含量＜25%时为管涌。

（2）允许水力比降

左坝肩分布的砂卵砾石，不均匀系数Cu＞5，渗透变形形式为管涌。

允许水力比降：根据《水利水电工程地质勘察规范》表G.0.7，J允许=0.15。

（3）实际水力比降

根据水库正常蓄水位551.5m和大坝下游泄洪漏水点高程538.0m计算。计算公式：

式中，H1——上游水位，取设计正常库水位551.5m；

H2——下游水位，取大坝下游泄洪洞漏水点高程538.0m；

2b——渗径长度，取最短渗径28.85m；

计算实际水力比降：J实际=0.47。

经计算左坝肩泄洪洞的实际水力比降大于允许水力比降，渗透处于不稳定状态。

2 问题与建议

2.1 问题

2.1.1 工程地质问题

坝体土为粉质壤土，总体为稍湿～湿土，呈可塑～坚硬状，属高压缩性土，非湿陷性土。最大干密度1.59g/cm3，最小干密度1.44g/cm3，平均干密度 1.52g/cm3。

水库在蓄水运行期间，主河床下游坝坡未发现有渗流溢出。右坝肩溢洪道左、右侧渗漏严重，且左侧有大面积滑塌。2004年对渗流部位进行反滤处理，但仍存在渗漏。2006年对透水层做了防渗处理,目前未发生渗漏。

2.1.2 泄洪洞存在的问题

泄洪洞设计底高程538.9m～537.8m，位于第四系中更新(Q2)壤土夹粘土之上，洞顶和两侧洞壁分布一层砂卵砾石，由于有砂卵砾石的分布，致使泄洪洞洞壁接缝处产生漏水，渗漏量为2.0L/s。

2.1.3 左坝肩存在的问题

经对左坝肩砂卵砾石层渗透稳定性评价，渗透处于不稳定状态。

2.2 建议

针对上述存在的问题，如不尽快修复，将会影响水库运行安全，水库的灌溉、养殖等效益将不能保证，一旦水库出现较大问题，危及下游人民群众生命和财产安全，故对水库应急专项除险加固是非常必要的。

建议大坝左岸和泄洪洞侧墙周围的透水层做防渗处理，防止泄洪洞漏水。

3 除险加固方案

3.1 泄洪洞加固方案

针对应急专项检查目前泄洪洞存在洞内渗水、漏水的问题，对泄洪洞加固，泄洪洞采用内外加固的工程措施。

现状泄洪洞为城门洞型无压涵洞，洞高1.95m，洞宽1.5m，洞内加固采用2008年初步设计批复方案，洞内穿DN1400钢管，洞与管间砂浆充填。进水塔与现状泄洪洞连接段，采用DN1400钢管外包C25钢筋混凝土连接进水塔与现状涵洞，现状泄槽明渠段铺设DN1400钢管至坝坡下游，管道出口接消力池，宽2.0m～5.0m，池长18m，池深0.8m，消力池后接尾水渠，宽5.0m～13.0m，长19.5m，渠深2.0m，设计纵坡1/500。

泄洪洞外采用充填灌浆，灌浆孔布设在泄洪洞外侧0.5m～1.0m，左右两侧各一排，一序孔孔距5m，二序孔在一序孔的两孔中间插补加密。灌浆土料要求塑性指数10%～25%，粘粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量＜10%，有机质含量＜2%，可溶盐含量＜8%；浆液物理力学性能要求容重1.3 t/m3～1.6t/m3，粘度 30s～100s，稳定性＜0.1g/cm3，胶体率＞80%，失水量 10 cm3/30min～30 cm3/30min。灌浆施工前应做灌浆试验，选有代表性的坝段，按灌浆设计进行布孔、造孔、制浆、灌浆。观测灌浆压力、吃浆量及泥浆容量，试验孔不少于3个，试验结束后，根据试验确定施工参数。

3.2 左坝肩渗漏处理

水库在运行过程中，泄洪洞伸缩缝、裂缝处渗流,左坝肩分布有透水层，在洞壁接缝处,库水通过洞顶砂卵砾石层产生渗漏，根据左坝肩透水层分布情况进行防渗。

左坝肩渗漏处理选取坝顶高喷防渗墙。在坝顶左侧坝轴线设高喷防渗墙，伸入左坝肩，桩号 0+008.65～0+063，墙长 54.35m，深入透水层下部 2m～3m，顶高程 554.07m～536.48m，底高程531.35m。高喷墙的防渗标准：渗透系数K≤1×10-6cm/s，抗压强度≥1.5Mpa。采用单排摆喷高压喷射灌浆，摆喷角15°，高喷灌浆孔分两序施工，初拟设计参数孔距150cm，高压水压力33Mpa～35Mpa，流量75L/min，压缩气压力0.7Mpa,送气量1m3/min～1.5m3/min；水泥浆压力 0.1MPa～1.0MPa，注浆量60L/min～100L/min，进浆比重不小于1.5g/cm3，孔口冒浆比重不小于1.3g/cm3。设计板墙延伸范围60cm～180cm，有效长度50cm～150cm。施工时选择有代表性的地层进行高喷灌浆现场试验，并根据现场试验确定施工参数、浆液性能要求、适宜的孔距、墙体防渗性能等。

4 结语

溢沟水库保护着下游6个村庄、8000人、20000亩耕地，三条公路7km和6个企业及其下游天河水库的安全，因此水库的安全与否至关重要。溢沟水库经过除险加固改造后可以达到正常运行目的，满足下游灌区农田的灌溉和工业供水需求，保证下游村庄和人口的防洪安全。陕西水利

[1]水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）[S].

[2]水工建筑物抗震设计规范(SL203-97)[S].

[3]水工混凝土结构设计规范（SL/T191-2008）[S].