上福冲水库坝体地质评价及加固措施探讨

周代荣

摘要：水库作为蓄水排洪的重要设施，在农田灌溉、城市生活供水等领域也有着较为重要的作用，但大中型水库的建设无论是在施工质量控制还是在使用阶段的养护工作相较于小型水库而言都有着较大的差距。对于大中型水库病险的防护以及加固工作成了当前亟待解决的重要问题。本文主要分析了上福冲水库除险加固前存在的渗漏问题。结合工程实际情况，介绍了水库除险加固工程设计的主要特点。

关键词：水库;地质评价;加固措施

1.工程概况

1.1地形形貌

区域位于湘江中游北岸，湘江一级支流祁水和归阳河的上游，白地市镇和风石堰镇交接地带为祁水和归阳河水系的自然分水岭。区内水系多呈南北向发育。区内地势北高南低，自西北向东南具有逐渐倾斜之势，地面高程一般150m～700m。北部为低山区，地形高差100m～300m;南部为丘陵区，地形高差小于100m。

1.2地质构造及区域稳定性

本区构造属祁阳山字形构造的前弧内带至脊柱區域。祁阳山字形构造前弧向西凸出，脊柱大体东西向，前弧与脊柱之间的马蹄形盾地，由于前弧曲度较大的缘故，显得十分狭窄，宽仅5km～10km。主要构造形迹是一对锐角等分线指向南北，走向为北北东向（或北东向）和北北西向（或北西向）的共轭剪裂面。它们彼此截切，互相错移，北北东向（或北东向）组的两盘相对作逆时针方向扭动，北北西向（或北西向）组的两盘相对作顺时针方向扭动，从而构成一个受南北方向压应力而成生、同时控制着包圣殿—南河岭下白垩统红色盆地的形成和形变的典型棋盘格式构造。

1.3上福冲水库工程地质

上福冲水库位于湘江水系，祁水支流上游，枢纽工程位于祁东县黄土铺镇上福冲村，距离祁东县城36km。水库控制集水面积45km2，正常蓄水位196.32m，对应库容1082万m2，校核洪水位198.02m，对应库容1211×104m3。上福冲水库扩建工程枢纽包括挡水、泄洪、输水建筑物，大坝为均质土坝，泄洪建筑物为岸边式有闸控制溢洪道，输水建筑物为压力隧洞和2#副坝涵管。挡水建筑物由主坝、1#副坝、2#副坝组成。主坝为均质土坝，最大坝高38.45m，坝顶轴线长299.11m，坝顶高程为202.50m，坝顶宽5.0m。正常蓄水位抬升至199.30m。

2.上福冲水库主要工程地质问题

2.1水库渗漏

该水库以峡谷型为主，两岸山体雄厚，岩性为石英砂岩、粉砂岩夹砂质页岩为主，岩石相对不透水，通过水库多年运行情况看，未产生库水向邻谷渗漏，隔水良好，且水库范围内无通向库外的集中渗流通道，库盆封闭良好，故水库不存在渗漏问题。

2.2水库浸没

水库大部分处于峡谷地段，水库为库区的最低排泄基准面，库边无低洼区，河流两岸基岩裸露，库岸为较陡的斜坡，斜坡坡度一般大于30°，地下水位埋深较大，水库浸没只存在于水库正常蓄水位的水边线附近。河流两岸正常蓄水位线以下无农田及建筑物，不存在浸没影响。河流西支库尾正常蓄水位附近有少量的建筑物和农田分布，建筑物及农田均位于河谷较宽地带，河谷分布冲洪积物，颗粒以砾石、卵石、碎块石为主，夹砂粒，石质成分为石英、灰岩、砂岩等，表层分布0.3m～0.5m的薄层壤土。

2.3库岸稳定

水库区冲沟较多，但松散堆积体较少，大部分基岩出露，经多年运行库水变动带内未见明显的崩岸、滑坡产生，基岩岸坡形态改变不大，水库扩容后塌岸问题较轻。经调查库区未见不良地质现象，库岸基岩斜坡整体基本稳定。

3.上福冲水库工程地质评价

3.1主坝坝基现状工程地质条件评价

主坝处于倾伏背斜的倾伏端，岩层产状倾向下游，倾角28°～32°。坝基及坝肩岩性为中厚层石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩等，受皱褶影响，岩层节理裂隙较发育，尤其顺河向断层及节理是库水集中渗漏通道。大坝修筑时清基不彻底，坝体填筑时又未做坝基防渗处理。分别于1974年、1994年对主坝渗漏严重的左坝端基岩进行了帷幕灌浆处理，处理效果不佳。经2004年现场钻孔揭露及原位压水试验，坝基建基面下5m～22.5m范围存在中等透水带通过2015年12月在主坝上游三级平台的钻孔SZK1、SZK2、SZK2的现场钻探成果可知，2007年已做帷幕灌浆的坝基岩体仅一段的渗透率大于10Lu，为10.2Lu，其他皆小于10Lu。可见，2007年主坝坝基帷幕灌浆经过近10年的运行，其防渗效果依然较好，沿主坝坝基、坝肩的渗漏问题较小。本次扩容加坝仅抬高水位3m，坝体加高3m，坝肩由于水位抬高，原帷幕灌浆未能有效封闭透水层，建议扩容后防渗灌浆适当增高延长，封闭新产生的相对透水层。

3.2主坝坝体工程质量及评价

主坝新建于1958年，筑坝技术力量弱，无质量控制标准，碾压机械缺少，人工夯压不密实，坝体填筑土料主要来自两岸山坡的第四系残坡积堆积，其主要成分为含砾砂质粘土。故于1967年发生大体积滑坡，虽做过一些应急处理，但根治不彻底，经2004年取样土工试验，干密度平均值1.46，偏低，孔隙比0.915，偏高，现场钻孔注水实验渗透系数1.2×103cm/s～3.47×103cm/s，说明主坝坝体呈中等透水性。从岩层结构看，砾石、砂砾含量较高，钻进是发现有多处薄弱区。此外，下游坝脚排水棱体，是为贴坡式结构，施工质量差，排渗失效，致使主坝浸润线抬高，渗水高位溢出，影响下游坝体的稳定性。并翻修改造排水棱体。上游坝体，原为块石护坡，块石料为砂岩、灰岩等，现已风化及浪蚀破损。

4.上福冲水库加固措施

针对坝体防渗效果差，对大坝采用高压旋喷和土工膜相结合的防渗方式。即在坝体183.27m高程至坝基采用高压旋喷灌浆，灌浆孔布置在183.27m的内坡平台，183.27m至坝顶铺复合土工膜。高压旋喷灌浆孔距1.25m，孔深伸入基岩以下0.5m，最大灌浆深度19.23m，与坝基帷幕灌浆孔中心轴线重合。坝体单薄，坡面坑洼极不平整，对下游坝坡进行培厚并对坝坡面进行加固处理。具体为对下游坝坡200.27m高程以下进行培厚加固，同时对上游坡小于1∶2部位进行修整培厚，加固后下游坝坡工设有3级平台，并于排水棱体顶部171.76m高程处设有2m宽马道，每级平台内侧及两岸与岸坡结合部设置排水沟。针对老排水棱体排水功能下降，对其进行改造，在老排水棱体上游坡脚位置沿坝轴线方向每间隔3m用冲抓机造孔，孔内铺反滤料压实，形成排水孔，冲抓孔孔径1m，间距3m，深度直接达到老排水体，平均深度6.8m，造好孔后回填1m厚粗砂，再回填卵石。在所有排水孔做好后，在排水孔之间开挖2m深，1m宽的沟槽与冲抓造孔连通，周边铺设土工布，并距沟底0.5m处埋设直径200mm的塑料盲管，立即回填砂卵石并压实，在石体上再铺设2层土工布，最后回填粘土。施工竣工验收时，检测孔测得高压旋喷后的坝体渗透系数皆小于1.0×105cm/s，呈弱透水性，且下游原有坝体渗漏问题消失。可见，主坝坝体防渗加固质量较好。

针对副坝坝体存在着渗漏问题，采用冲抓套井回填处理，冲抓套井钻孔沿坝顶中心线布设一排孔，孔深伸入坝体与基岩分界线以下0.5m，防渗墙在平面上按主井、套井相间布置，一主一套相交连成井墙。造孔孔径为1.1m，主井与套井中心间距0.865m。上游坝坡面护坡损毁严重，对护坡进行砼预制块护坡，并对上游坡小于1∶2部位进行休整培厚处理。对下游坝坡进行培厚，坝顶加宽1.04m，坝坡坡比按照1∶2.5、1∶1.6分别进行培厚。施工竣工验收时，检测孔测得副坝坝体冲抓套井回填形成的防渗心墙的渗透系数皆小于1.0×105cm/s，呈弱透水性，且下游原有坝体渗漏问题消失。可见，1#副坝坝体防渗加固质量较好针对副坝排水棱体功能下降这一问题，对排水棱体进行改造，排水棱体改造方案为在原有排水棱体偏上游位置沿坝轴线方向每间隔3m用冲抓机造孔，孔内铺反滤料压实，形成排水孔，表层开挖导渗沟。由于副坝涵管渗漏严重，对其进行翻新，挖除原有浆砌石箱涵，用钢筋混凝土预制涵管代替。新建低涵由进口消力井、涵管及出口消力池组成。

5.结束语

通过上文所述我们可以看出，水库的病险因素有很多，大都源于其建设施工时的技术所限，或使用时间过久而削弱了其运行性能与安全性能。大中型水库对于城市发展与居民生活等仍然有着极为重要的作用。因此，我们有必要关注水库的加固工作，让水库在各个领域中发挥更大的作用。

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