尖岗水库输泄水建筑物隐患处理措施设计

李守业

摘 要：尖岗水库自2009年除险加固工程投入使用以来，蓄水水位较之前大幅提升，运行期间发现泄洪洞进口坝坡曾出现局部沉陷、溢洪道底部消力池附近有渗水流出。尖岗水库作为南水北调（中线）郑州市用水调蓄水库，是郑州市城市防汛中的重中之重。因此，本文分析了尖岗水库存在的隐患，并针对隐患提出具体的处理措施。

关键词：水库;泄洪洞;灌浆

中图分类号：TV65文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0086-03

Design of Treatment Measures for Hidden Dangers of Water

Transmission and discharge Structures in Jiangang Reservoir

LI Shouye

（Zhengzhou Water Conservancy Architecture Survey and Design Institute，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Since the Jiangang reservoir was put into use in 2009， the water level of the reservoir has been greatly increased. During the operation， it was found that the dam slope at the entrance of the spillway had local subsidence and there was seepage near the stilling basin at the bottom of the spillway. Jiangang reservoir， as the water storage reservoir of Zhengzhou City in the middle line of South to North Water Transfer， is the most important part of urban flood control in Zhengzhou. Therefore， this paper analyzed the hidden dangers of Jiangang reservoir， and put forward specific treatment measures for the hidden dangers.

Keywords： reservoir;spillway;grouting

1 水库概况

尖岗水库位于淮河流域沙颍河水系贾鲁河的上游，坝址位于郑州市西南尖岗村西，下游为郑州市区，控制流域面积为113.0 km2，总库容为6 070.41万m3，是一座以防洪减灾、城市应急供水、生态水系调蓄中枢为主的重点中型水库[1]。

尖岗水库位于郑州市市区，防洪位置十分重要，水库等别提高一等，1975年列入大型水库管理。《关于河南省郑州市尖岗水库除险加固工程初步设计复核意见的函》（淮委规计函〔2008〕135号）及《关于郑州市尖岗水库除险加固工程初步设计的批复》（豫发改设计〔2008〕1582号）文件要求对郑州市尖岗水库进行除险加固，水库总库容为6 070.4万m3，防洪标准按照100年一遇设计，5 000年一遇校核（+15%安全保证值）。

尖岗水库的主体工程由大坝、泄洪洞、溢洪道、坝下放水管、副坝等建筑物组成。

2 存在的隐患

第一，尖岗水库自2009年除险加固工程投入使用以来，蓄水水位较之前大幅提升，水库最高蓄水位一度达到148.17 m。水位回落后发现泄洪洞进口两侧、高程145.00～147.00 m处坝坡各出现一处不均匀沉陷，当即采取了开挖回填处理。经过一段时间运行后，再次检查發现：泄洪洞入口处出现局部沉陷、混凝土六棱块下沉问题，且库水位达到147.00m以上时，在泄洪洞洞内第1、2道伸缩缝有明显渗水，在泄洪洞闸门封闭情况下仍有少量水从泄洪洞出口流出。

第二，溢洪道底部的消力池附近有渗水流出，渗水量每小时5 t左右，约100 t/d。

3 隐患成因分析

为查明原因，2017年尖岗水库管理处委托河南省郑州地质工程勘察院对泄洪洞、溢洪道工程场地进行了勘察。经勘察、试验、分析，查明了隐患成因。

3.1 泄洪洞土体沉陷原因分析

根据物探及勘探资料，泄洪洞上游坝坡上部土层填筑质量不均，干密度偏低，且泄洪洞洞内第1、2道伸缩缝老化，形成渗漏通道，因坝坡第一次出现不均匀沉陷时仅对塌陷区进行土方回填，未能截断渗漏通道，故在水库高水位运行时坝坡再次出现不均匀沉降现象，且造成在泄洪洞闸门封闭情况下仍有少量水从泄洪洞出口流出[2-3]。

3.2 溢洪道渗水原因分析

根据2007年《郑州市尖岗水库除险加固工程初步设计水文工程地质勘察报告》可知，主坝底部105～122 m标高范围内有2层含泥沙砾石、5层砂砾石、7-2层砂砾石（Q4）;消力池末端，上部为第1层灰色轻粉质壤土，下部为第2层含泥沙砾石，分布高程为118.5～120.0 m;溢洪道陡坡段自上而下为第8层砂壤土，第9层轻粉质壤土，第10层中粉质壤土和第11层重粉质壤土，消力池处全为第11层重粉质壤土。

勘察期间，库水位为141.68 m，消力池渗水点标高在125.0 m左右。根据地层推测，渗水通道可能是砂砾石层或位于第⑤层低液限黏土底部。第⑤层底部含钙质结核，且渗透性明显高于上下层。另外，随着库水位的升高，上部第③、第②层孔隙较发育，土质较粉，也可能成为渗水通道。

4 隐患处理

根据隐患成因和现场工程情况，尖岗水库输泄水建筑物隐患处理采取措施：对泄洪洞位置的土体进行灌浆，溢洪道增设监测设施，收集数据进一步分析库水位与水流的关系。

4.1 泄洪洞隐患处理

4.1.1 泄洪洞洞身漏水问题处理。泄洪洞进口1、2节洞身存在漏水现象，对渗漏部位采用变形较大、止水较好的水溶性聚氨酯灌浆，更换伸缩缝处遇水膨胀止水条。具体要求如下。

①材料性能要求：水溶性聚氨酯灌浆材料的延伸率大于100%，黏结强度大于0.6～1.5 MPa，抗拉强度大于2.0 MPa，耐久性超过20年。

②施工工艺要求。第一，布孔。布孔有骑缝孔和斜孔两种形式，应根据实际情况和需要进行选择。本次选用骑缝孔，孔距应视裂缝的宽度和畅通情况而定。原则上每条裂缝布置8个灌浆孔，均匀分布，特殊情况增减。第二，采用楔形厚1.5 cm的木条及M20快硬固化水泥砂浆封堵，以防止浆液流失，确保浆液在灌浆压力下使裂缝充填密实。第三，压水试验。目的是检查封堵的效果，观察灌浆嘴之间的连通情况，若漏水应修补密封。第四，灌浆。按照底面、侧面、顶面的顺序灌浆，要循环作业，使伸缩缝内充满浆液。

4.1.2 泄洪洞洞外土体不密实问题处理。在保证施工质量的前提下，黏土水泥充填灌浆方案与高喷灌浆防渗方案均可达到提高坝体密实度及防渗要求，适用于水库隐患部位处理。但由于充填灌浆投资低于高喷灌浆，且高喷灌浆机械较大，现场施工困难。综合考虑，本次设计拟采用黏土水泥充填灌浆对泄洪洞洞外土体进行处理。

灌浆压力根据灌浆现场试验确定，按自重压力灌浆，坝顶部分初选压力0.2～0.3 MPa。压力由低到高，开始按最低一级压力灌注，当吸浆量逐渐减少到一定限度后，可将压力升高一级，直到达到单位吸浆量减少到结束灌浆标准为止。

灌浆材料选用黏土水泥浆，黏粒含量取20%～45%，粉粒含量取40%～70%，水泥掺量为15%，水土比（质量比）为1∶1～0.8∶1，泥浆容重为13.0～16.0 kN/m3，黏度达30S以上。

尖岗水库泄洪洞轴线与工作桥轴线重合，靠近坝顶处工作桥桥下净空不满足灌浆机械使用，尖岗水库兴利水位为154.75 m，对应泄洪洞桩号为XHD0+043，本次设计对现状水位处至XHD0+043段泄洪洞洞外进行灌浆，灌浆分6排，排距1 m，间距1.5 m。大坝桩号D0+018～D0+070段现状水位至马道部分坝坡进行充填灌浆处理，排距1 m，间距1.5 m。灌浆面积约为1 050 m2，洞壁两侧灌浆孔伸入洞底高程以下2 m，最大灌浆深度约为25 m。灌浆前拆除现状坝坡护砌，灌浆完成后采用混凝土六棱块进行护砌。

4.2 溢洪道增设监测设施

由于溢洪道渗水通道位于第⑤层低液限黏土底部，另外，随着库水位的升高，上部第③、第②层孔隙较发育，土质较粉，也可能成为渗水通道。根据2018年7月4日观测数据，库水位141.88 m，消力池三角堰过堰水位6.5 cm，根据地质出版社《水文地质手册》（第二版）表14-6-8查得流量5.47 m3/h，用注水试验渗透系数0.16 m/d，水力坡度暂按4.3%（水头差15.09 m，距离350 m进行预估），则流速0.006 88 m/d，根据流量5.47 m3/h，反算过水面积19 081.4 m2，过水面积较大、渗径较长，溢洪道周边均为该地层条件，无法完全截断渗流通道，故本次设计增设溢洪道渗压监测设施，以便监测渗水情况，为水库安全运行提供可靠的分析数据。

在大坝渗压观测系统基础上增设溢洪道渗压监测，沿溢洪道中心线布设1个观测断面，分别在YHD0+050、YHD0+100、YHD0+150、YHD0+200安裝渗压观测传感器8支，并在二级消力池位置新建渗流量观测设施，收集渗流曲线、渗流量、库水位等数据，进一步分析渗流与库水位的相关关系。

5 结论及建议

通过采取相关措施解决了泄洪洞进口段渗漏问题，并通过灌浆提高了泄洪洞上部坝体填筑质量，解决了水库泄洪洞安全隐患问题;溢洪道监测设施的完善将大大提高日常水库监测效率，及时发现并解决问题，对后期数据分析奠定基础。

通过以上措施提高了水库安全性，对尖岗水库防汛安全起着重要作用。因水库所处地理位置十分重要，是郑州市城市防汛中的重中之重，运行管理单位应严格按照水库大坝安全管理应急预案、水库防汛抢险应急预案、水库调度运行计划等执行，以确保大坝安全，并在水库蓄水过程中加强巡视，重点对泄洪洞、两坝肩、溢洪道、大坝前后坡面、坝护脚、启闭设备等关键部位进行巡查，并做好监测及巡查记录，发现问题及时处理，保障坝下游人民的生命财产安全。

参考文献：

[1]水库大坝安全管理条例[EB/OL].（2011-01-08）[2020-08-10].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2011/content_1860835.htm.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.防洪标准：GB 50201—2014[S].北京：中国计划出版社，2014.

[3]中华人民共和国建设部.工程建设标准强制性条文（水利工程部分）[M].北京：水利水电出版社出版，2005.