合水水库主坝安全加固扩建工程地质及处理措施

夏远泉

（兴宁市水利水电勘测设计室 广东 兴宁 514500）

1 合水水库概况

合水水库建成于1957年，是一座以防洪、灌溉为主，保障供水、改善环境，结合发电等综合利用的大（二）型水库，加固扩建后控制集雨面积577.6km2，均质土坝，主坝长867.78m，正常水位138m（加固前134 m），总库容1.16亿m3，捍卫着兴城、机场（军事）、铁路、国道、高速公路等重要基础设施，捍卫着宁江两岸23.26万亩耕地及下游50多万群众生命财产安全，担负着50万城乡居民饮用水和13.6万亩耕地灌溉的重要任务，是兴宁人民的“生命之库”。水库运行50多年来，泥沙淤积达1737多万m3，且2003年通过对水库大坝安全鉴定为三类坝，2005年获省批准对水库进行加固扩建，并于2006年2月起正式实施。该工程总投资6亿多元，分建安工程和移民安置工程两大部分。建安工程的建设2009年已经全部完成，移民安置工程基本完成。

2 库区工程地质情况

2.1 地形地貌

库区位于兴宁盆地东北部，以丘陵地形地貌为主，最大高程180m，一般高程130 m～160 m，山体呈浑园状，库区北部丘陵连绵不断，山体较完整，库区东、西、南三面残丘零星分布，山体不连续，库岸坡角较平缓，一般15°～20°。岩石风化较深，植被较少。

2.2 地层岩性

库区广泛分布白垩系上统地层面雄群（K2nna），此外有少量下第三系丹霞群（Edn）和第四系（Q）分布。

2.3 地质构造

库区白垩系上统地层岩层产状为EW/S∠10～15°，倾角较缓，区域性断裂不发育，主要发育层间错动断层，宽度1.5m～2.0m，由糜棱岩和角砾岩组成，呈全风化～强风化状，一般延伸不远。

2.4 水文地质条件

库区地层主要为砾岩、砂岩及第四系冲积层组成。地下水以孔隙性潜水为主，贮藏于第四系冲积层及坡积土中，由大气及河水补给，基岩裂隙水赋存于岩体裂隙中。

3 主坝加固目前存在的主要问题

3.1 主坝原填土等情况

原主坝填土压实度不够，填土质量不均匀，根据有关资料，原主坝坝基及岸坡清理不彻底，主坝泄洪闸顶后坡半坡部位曾发生纵向裂缝，后经回填粘土处理。1964年6月16日，合水水库水位涨至136.6m，主坝出现11处漏水，其中较严重处在主坝转弯原山坡处，水库设计、校核洪水位时主浸润线逸出点位于下游坝面，主坝桩号0+280.0～0+700.0下游坝坡浸润面最大渗透比降安全系数小于允许值，且下游无排水设备，水库设计、校核洪水位时将发生渗透破坏。

3.2 本次工程地质钻探勘察情况

（1）从2003年3月的主坝地质钻探勘察发现，主坝左坝基桩号0+195～0+350坝基为原宁江河道，河床面高程约121m，冲积砂层最大厚度约5m，中密措施～密实状，连通性较好，无坝基截水措施。

（2）主坝转弯段原是小山包（0+360～0+450），基岩为丹霞群砂岩，顶部有全风化土及强风化岩，厚度1.5m，分布高程136.6m～138.1m，其下为弱风化岩。全风化土较薄，其渗透系数K=1.62×10-4cm/s。强风化岩石破碎，完整性差，透水性较大，钻孔测的地下水位高程为135.51m。在抬高水位后，填土与基岩结合处及强风化带，弱风化带上部等地段可能出现渗漏。

3.3 溢洪道地质情况

原溢洪道（0+450）左边墙和闸底已出现裂缝，并有渗水和喷水，水压来源与左岸山坡的地下水比库水关系更大，原闸墙后及墙体没有排水设施。本次加固中溢洪道闸室底板基础开挖到设计高程后，发现地质钻探资料与实际不符合，底板地质情况变化很大，并且中间有一条较大的断层，闸室基础大部分还处在全风化层上。

4 不良工程地质问题的处理措施

4.1 清基开挖，回填加固

溢洪道闸室底板基础开挖到设计高程后，发现中间有一条较大的断层，闸室基础大部分还处在全风化层上，未能满足设计规范规定的承载力要求。为了确保该工程的安全性、适用性和耐久性，将基础挖至弱风化层后换填C15砼，断层部位加设Ф20@200钢筋网。

4.2 灌浆

4.2.1 采用高喷灌浆防渗处理

主坝转弯原山坡处（溢洪道左侧）因为原大坝坝基及岸坡清理不彻底，造成主坝填土与坝基间有一层松散层，为防止沿坝基面渗漏和减少坝基基础中、粗砂层渗水量，对旧坝坝体溢洪道左侧基础及主坝原河道进行高喷灌浆成墙处理，灌浆的范围为桩号0+135.0～0+454.5，灌浆深度至强风化带1m。

4.2.2 溢洪道左、右两侧采取主坝接触灌浆

溢洪道左、右两侧主坝临时边坡开挖面与水流方向相同，是工程建成蓄水后一个主要安全隐患，沿高喷灌浆孔轴线对溢洪道左、右两侧主坝临时边坡开挖面进行接触灌浆，接触灌浆钻孔深度沿临时边坡开挖面入原坝体1m，接触灌浆有效高度为入原坝体1m至临时边坡开挖面以上1m。接触灌浆孔距为1.3m，方法采用套管护壁法，灌浆压力采用0.05MPa～0.2MPa。接触灌浆采用粘土浆。

4.2.3 溢洪道闸室段增设防渗帷幕

为增强溢洪道陡坡段抗浮能力，减少溢洪道的渗漏量，在溢洪道闸室段增设防渗帷幕灌浆。

4.3 增设反滤排水层及排水孔

溢洪道位于残丘上，水库水和两岸基岩裂隙水同时对溢洪道挡墙形成渗压力。溢洪道左侧基岩裂隙水的天然地下水位比库水位还大，对边墙产生侧压力。为闸墙稳定，在左岸闸墙与山坡连接处设碎石、砾石反滤排水层，排水至溢洪道下游，墙体设排水孔，降低侧墙后山坡地下水压。

5 运行效果分析

5.1 围井试验

本次加固扩建工程，采取防渗墙处理完成后，进行围井试验，试验结果，渗透系数为6.5×10-7cm/s，满足设计要求。

5.2 运行效果分析

5.2.1 主坝和溢洪道垂直水平位移监测情况

由资料分析，各测点位移在-2mm～5mm之间，测点测值变化较平稳，测点LDA5-4最大位移为5mm；变差值均在允许偏差范围内，大坝未发现明显位移。

5.2.2 大坝渗流监测

主坝渗流监测通过5个观测断面（每个断面设四个测点）进行观测。从已有的观测资料看，管水位的变化趋势基本和库水位变化一致。但UP3-1、UP2-1测压管偶尔出现管水位高于库水位的情况，从测压管管水位过程线来看，管水位滞后于库水位，在库水位变幅较小时，管水位较为稳定。

5.2.3 工程运行情况

目前合水水库正在进行加固扩建工程蓄水安全鉴定，加固扩建后水库仍然执行加固扩建前的控制运用原则，工程运行情况：

2012年5月27 日夜间至28日早晨，水库上游大坪镇降雨量达252mm，流域内平均降雨量超过150mm，合水水库最大洪峰进库流量1030m3/s，水库最高水位137.67m。泄洪530m3/s，拦蓄洪量1740万m3。

2013年第7号超强台风“苏力”外围环流影响，兴宁市从7月13日22时起至14日12时，普降大暴雨到特大暴雨，其中大坪镇范围313mm、黄陂镇甘砖范围275mm、罗岗站251mm、温公水库236mm，合水水库最大进库流量1188m3/s，泄洪630m3/s，是1956年建库以来最大进库及出库流量。水库出现最高水位138.27m，高于加固扩建后的正常水位0.27m，充分发挥了水库滞洪削峰的作用，确保了水库工程的安全和为减少洪水对水库上游造成的淹浸损失。

从目前观测和监测数据资料显示，特别是经过2012年“5·28”及2013年“7·14”特大暴雨及运行情况看，经过防渗处理后，主坝坝基渗漏量明显减少，主坝、溢洪道等工程建筑物设施运行正常，表明处理效果显著。

6 总结

合水水库大坝安全加固工程中，为查明其工程地质特性，前期做了大量的勘探试验工作，根据勘探成果，结合工程建设情况，对大坝可能存在的工程地质问题进行了全面分析,并提出了相应的工程处理措施，取得较好的防渗效果，可为其他工程建设提供经验和设计参考。※

[1]广东省水利电力勘测设计研究院，合水水库加固扩建工程初步设计报告[R]，2005.