宜川县刘庄水库大坝工程质量评价研究

相里钊，庞学忠

(陕西省延安市宜川县河道和水库管护中心，陕西 延安 716200)

1 刘庄水库气象水文概况

刘庄水库位于宜川县西北部仕望河支流的西川河上游英旺乡刘庄村，距309国道6 km，坝址距县城34 km。控制流域面积100 km2，坝址以上河流长度15.0 km，河道比降为7‰。地属黄土高原稍林区，森林茂密，植被覆盖率高，年降水量的70%集中于6-9月，由于地处大陆腹地，远离水汽源地，故降水年际变化大，且年内分配不均匀，因而径流洪水的年际变化大，洪水多发生在7、8两月，连阴雨多发生在九月。刘庄水库地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天气，秋季常有连阴雨，据英旺雨量站1961-2000 年资料统计，其多年平均值为604.5 mm。多年平均气温9.9℃，一月平均气温-5.7℃，七月平均气温23.6℃，极端最高气温39.9℃，极端最低气温-22.4℃，无霜期 178 d，早霜多出现在10月中旬，晚霜终于4月中旬。最大冻土深0.5 m，最大风速18 m/s。

2 水库工程区地形地貌及地质条件分析

2.1 地形地貌

坝址区位于陕北黄土丘陵沟壑区，地貌以黄土梁和沟壑为主，河流由西流向东，河谷形态呈宽阔的“U”型，两岸不对称。右坝肩为基岩及黄土斜坡；左坝肩为一、二级阶地，一级阶地宽度约40 m，二级阶地宽度大于130 m。刘庄水库以上属黄土高原稍林区，森林茂密，植被覆盖率高，刘庄水库控制流域面积100 km2，坝址以上河流长度15.0 km，河道比降为10‰。

2.2 地层岩性

坝址区出露的地层岩性为三叠系延长群(T3y)碎屑岩和第四系松散堆积层，由老至新叙述如：⑴三叠系延长群(T3y)碎屑岩；⑵第四系中更新统风、洪积堆积(Q21eol+pl～Q22eol+pl)黄土状壤土和古土壤；⑶上更新统冲积堆积(Q3al)二级阶地堆积物；⑷上更新统风积堆积(Q3eol)黄土；⑸全新统冲积堆积(Q41al)一级阶地堆积物；⑹全新统冲积堆积(Q42al)淤泥质壤土；⑺全新统坡积、冲积堆积(Q4dl+al)壤土；⑻全新统坡积堆积(Q4dl)壤土；⑼人工堆积(Qs)素填土。

2.3 区域构造稳定性和地震烈度

工程区在构造上位于鄂尔多斯台地中部，岩层产状平缓，断裂构造不发育，岩层中具有斜交层理。区内无区域性活动断裂及较大断裂分布，自第四纪以来，本区处于长期缓慢抬升，无发震构造，属相对稳定区。依据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，工程区地震动峰值加速度为0.05 g，相应地地震基本烈度为Ⅵ度。

2.4 水文地质条件

刘庄水库位于仕望河上游西川河支流丁盘沟上的刘庄村。仕望河发源于黄龙县圪台街孟家山，从河源至宜川县城段为自南向北流，在县城至党湾乡之间纳入西川河折向东流，在秋林以西纳入交里河，向东流入黄河，属黄河一级支流，全长112.8 km，面积2 356 km2，全河平均比降9.7‰。西川河于县城附近与仕望河交汇，全长52.1 km，面积519.6 km2，平均比降7.7‰。丁盘沟河长24.1 km，面积125.3 km2，平均比降11.7‰。仕望河上游森林密布，植被较好，清水长流，含沙量较小，河道多为土基河床，县城以下河床下切较深，基岩出露，形成裸露的石峡谷。刘庄水库以上属黄土高原稍林区，森林茂密，植被覆盖率高，刘庄水库控制流域面积100 km2，坝址以上河流长度15.0 km，河道比降为10‰。

3 刘庄大坝工程质量评价

本次对刘庄水库安全及质量评价采用现场检查法和历史资料分析法。现场检查法是通过现场检査和勘察测量，复核水库大坝的形体尺寸、外观质量及运行情况等是否正常，进而评判大坝工程质量。而历史资料分析法则是通过对工程施工质量控制、质量检测(查)、验收以及安全鉴定、运行、安全监测等资料的复查和分析，对照现行规范要求，评价大坝工程质量。

3.1 坝基和岸坡处理质量评价

3.1.1 坝基和岸坡地质条件

1)岩基地质条件

大坝岩基分布在原河床及右坝肩，岩性为砂岩、泥岩互层，呈水平层理，右岸基岩面出露高程约1 106 m；河床及左岸基岩面高程约1 096～1 099 m。河床处岩体强风化层厚约0.5 m，右岸岩体强风化层厚度1.0 m，左岸岩体强风化厚度约1.5 m。砂岩饱和单轴抗压强度平均值为59.4 MPa，为中硬岩；泥岩为软岩～较软岩，易干裂崩解。坝基坝肩岩体完整，透水率为3.5～10 Lu。按《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)，基岩为弱透水性，不必对基岩进行防渗处理。

2)土基地质条件

土基主要分布在左坝肩和右坝肩高程1 106 m以上。右坝肩土基为1 066 m以上，岩性为中更新统堆积的黄土状壤土和古土壤层。右坝肩黄土状壤土和古土壤层室内定名为低液限粘土，具中压缩性，干密度平均值ρd=1.53 g/cm3。无须进行工程措施处理。左坝肩基岩面高程1 099 m以上岩性为黄土、砂质壤土和砾石层等。黄土层厚约6～10 m，砂质壤土厚度约4 m。黄土和砂质壤土为低液限粘土，具中压缩性，为弱透水层，黄土干密度平均值ρd=1.50 g/cm3，砂质壤土干密度平均值ρd=1.58～1.59 g/cm3。砂砾石层厚度约0.5～1.5 m，级配不良，含泥量大，充填较密实，据工程地质类比，其渗透系数K=2.3×10-3cm/s，可灌性较差。

3.1.2 坝基评价

根据已给勘测资料可知，并结合调查访问，大坝坝基为中硬砂岩，其强度高、完整性好，除险加固工程后，坝基渗透系数﹤110～5 cm/s，满足规范要求。基岩为弱透水性。故坝基总体稳定，且防渗性能好。基岩的抗剪强度指标和渗透系数采用表1的数值。

表1 岩体力学性质建议值表

3.1.3 岸坡评价

据已有除险加固资料可知，通过砌护和培厚处理解决了坝肩坍塌等不稳定问题。通过现场调查可知，左、右坝肩均稳定且不存在渗漏现象。但大坝岸坡上存在冗长杂草，严重影响大坝的观测和维护工作，应对岸坡进行杂草清理和草皮种植处理。

3.2 坝体工程质量评价

3.3 溢洪道质量评价

3.3.1 地基土的物理力学特性指标

溢洪道区域地基土为黄土状壤土和古土壤层，含有钙质结核层，具中压缩性，地基土承载力标准值为200 kPa；溢洪道下游，上部为壤土，中部为含泥砾石层，下部为砂岩。壤土松软，地基承载力为80 kPa，砾石层呈松散状态，地基承载力为150 kPa，砂岩强风化层厚约1.5 m，承载力为400 kPa。

3.3.2 溢洪道工程地质条件评价

通过历史勘察资料和除险加固施工方案可知，溢洪道区存在的边坡稳定问题已得到解决。经现场调查可知，溢洪道区工程地质条件良好，不存在坍塌、滑塌等安全隐患。

3.3.3 溢洪道现场检查结果

溢洪道进水段无坍塌、岸崩、淤堵或其他阻水现象；中间段的堰顶面、溢流面、底板均完好，不存在裂缝、渗水、剥落、冲刷、磨损、空蚀等不良现象；出口段未能顺利连接进入河槽，边坡冲刷较严重，该段渠道不平整。

3.3.4 溢洪道质量评价

根据现场检查结果，溢洪道整体情况良好，但在出口段边坡受到严重冲刷而破坏严重，未能顺利将水引入河槽。考虑到长久导流稳定和顺畅，建议对边坡进行加固和修复、修建翼墙，以确保汛期溢洪道出口正常排泄。

3.4 放水洞质量评价

放水洞位于大坝右岸，由放水塔、涵洞组成。放水塔选用圆形钢筋砼结构，进水口采用平底喇叭口，进口段圆弧半径1.2 m；闸室段为0.8×0.8 m方型；渐变段长1.0 m，其上设负压消除孔，采用φ200 mm钢管。涵洞为拱形，进口高程1 104.9 m。为浆砌石洞体，洞内砌石完好，无砼剥落及裂缝等不良地质现象。根据刘庄水库历史除险加固资料可知，2008年对放水洞进水口改造处理，将卧管式进水改成塔式进水口，放水洞有足够的泄洪能力，满足运行要求。运行至今，未发现安全隐患。

4 质量评价结论

(1)区域地质：依据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，工程区地震动峰值加速度为0.05 g，相应地地震基本烈度为Ⅵ度。

(2)坝基与岸坡：大坝坝基与岸坡均未发现有渗漏现象。岸坡植物冗杂，严重影响大坝运行和观测，建议进行杂草清理和草皮种植处理。

(4)溢洪道：溢洪道设于坝右侧，为河岸开敞式，全长94.5 m，由宽顶堰、陡坡段组成。堰宽17 m。最大泄洪能力70 m3/s，堰顶高程1 116.8 m。溢洪道能够满足泄水要求。但溢洪道出口未进入河槽，下泄水流对边坡冲刷严重，建议修建引流翼墙将水流引向河槽，并对边坡进行修复加固处理。

(5)放水洞：放水洞位于大坝右岸，由放水塔、涵洞组成。放水塔选用圆形钢筋砼结构，进水口采用平底喇叭口，进口段圆弧半径1.2 m；闸室段为0.8×0.8 m方型；渐变段长1.0 m，其上设负压消除孔，采用φ200 mm 钢管。涵洞为拱形，进口高程1104.9 m。卧管出口周边无渗水现象，拱型砌石涵洞与坝体土壤接触良好，结合紧密。涵洞结构稳定，与周边土壤和岩石接触良好，能满足泄水需求。放水洞可满足运行需要，运行安全可靠。

5 结语

通过对刘庄水库大坝进行质量评价可知，大坝的大部分工程质量满足设计和规范要求，但在长期运行中也暴露出个别较小的质量缺陷和问题，主要存在岸坡上植物过多、大坝坝面风化严重、溢洪道出口未进入河槽段边坡冲刷严重，后期应采取种植草皮、对边坡进行修复加固、修建引流翼墙等相应的处理措施予以处理。总体分析，工程质量基本满足设计和规范要求，运行中暴露的局部质量缺陷不影响工程安全，工程质量评为基本合格。评价结果为后期水库大坝工程必要时进行除险加固提供了可靠的理论依据。