凤翔桃树沟水库坝下渗漏原因分析及封堵措施探讨

田金平

（宝鸡市凤翔区横水河灌溉管理处,陕西 凤翔 721400）

1 水库基本情况

桃树沟水库位于县城东北20 km的姚家沟镇横水河右岸的支流桃树沟河上,水库于1958 年10 月动工兴建,1960 年5 月建成投用,坝址以上控制流域面积18.2 km2,总库容135 万m3,滞洪库容35万m3,有效库容79 万m3,死库容21 万m3。是横水河流域蓄水灌溉工程中,第一期开发兴建的一座以灌溉为主,兼顾水产养殖、防洪等综合效益的Ⅳ等小（1）型水库。

2 工程现状及存在问题

2.1 工程现状

桃树沟水库枢纽工程由均质土坝、放水洞及开敞式溢洪道组成。大坝为碾压式均质土坝,坝高28.6 m,坝顶高程928.6 m,长245 m,坝顶宽3.5 m,坝基高程900.0 m,最大坝基底宽152.0 m,坝基长30 m。1977 年4 月坝高由原来18 m加高到28.6 m。1977 年9 月,大坝加高工程完成。

放水洞位于大坝左侧,基础座落于原状黄土上,进口底部高程908.50 m,长165 m,底坡1%,放水流量0.3 m3/s,洞身为城门洞型,宽0.8 m,高0.9 m。放水卧管共60 阶,管坡比降1∶3.0,宽度0.8 m,高度1.5 m,底部消力池长4.5 m,底高程为907.30 m,进水孔为圆形,直径30 cm。2007 年水库除险加固工程实施时,水库现状淤积面高程918.0 m,放水卧管淤埋27 阶,且卧管进口扭曲变形,渗漏严重,同年进行除险加固,新建塔式放水洞全长145 m,设计流量0.3 m3/s,由进水口段、塔身段、洞身段、出口段四部分组成。进水口段采用C25钢筋砼箱式箱涵进水,总长28 m；塔身段:新建放水塔为圆桶形钢筋砼结构,内径2.5 m,塔壁厚度0.4 m,塔身预留进水口,底层进、出口底部高程均为917.70 m,顶层进水口高程920.70 m,孔口尺寸1.0 m×1.0 m；洞身段全长42 m,底坡1∶100,隧洞过水断面尺寸为1.5 m×1.8 m,隧洞内壁采用C25 钢筋砼衬砌,厚度0.3 m；隧洞出口接明渠与原引水渠相接。

2010 年7 月完成水库除险加固,新建塔式放水洞,随后对原放水卧管及坝下放水洞进行封堵。封堵设计采用塑料管从卧管进口插进涵洞进口灌泥浆,灌浆材料为粘土。实际施工中采用粘土对梯级卧管回填封堵,将卧管进水孔用C20 砼盖板封堵。

水库经除险加固后,随即投入蓄水运行,经日常巡查观测,桃树沟水库枢纽设施运行基本正常。2015 年4 月继续对桃树沟水库放水洞进行现场查勘,发现新建放水洞钢筋砼衬砌与大坝坝体存在空腔,放水洞洞顶、洞壁、侧墙渗水及部分段有细小射水现象,新建放水洞与坝体结合部位存在安全隐患,直接威胁水库安全,故对放水洞段进行充填灌浆防渗处理。沿新建放水洞轴线布设回填灌浆孔11 个孔,采用灌注水泥粘土浆充填灌浆,灌浆后有效解决了洞壁渗漏和空腔问题,保证了水库安全运行。

2.2 存在问题

桃树沟水库除险加固和放水洞回填灌浆完成后,经观测,水库蓄水运行状况良好。2020 年9 月25 日,桃树沟水库出现险情,坝下原放水涵洞出口部位发生大量涌水情况,涌水量大约1.0 m3/s左右,库水迅速漏失,对大坝安全稳定和下游群众生命财产造成严重威胁。同时也对水库水产养殖带来损失。

3 坝下漏水原因分析

3.1 渗漏应急处置

水库坝下发生涌水险情后,首先应急排险处突,第一时间现场查勘险情,分析原因,制定应急抢险措施。经对渗漏水量、浑浊程度、夹杂泥砂情况、涌水部位综合分析研判,渗漏部位涌水量达1.0 m3/s左右,但流量稳定,水流无挟带泥砂现象,坝体无浸润现象,初步判定涌水来至原坝下放水涵洞,为原梯级放水卧管封堵失效,并非坝体发生管涌现象。为防止坝体浸水饱和,减轻库水对坝体压力,对已封堵回填的原坝下放水涵洞出口开挖排水明沟,疏通排水设施,同时通过新建塔式放水洞提闸放水0.6 m3/s,闸门泄水及坝下渗漏最大排水流量1.6 m3/s,日泄水量14 万m3,迅速降低库水位,减轻大坝压力。经过近一周的持续泄水,泄水量50 万m3,库水位降至现状淤积面最低点917.74 m,水库基本放空,及时消除了对下游群众的安全威胁。

3.2 渗漏原因分析

在对水库持续泄水紧急避险过程中,24 小时持续对大坝上下游坝坡、坝脚排水棱体、放水设施、渗漏部位的变形及渗漏情况进行观测,泄水三天后的9 月28 日,水库水位由923.54 m降至920.03 m,下降3.51 m,库容由50.34 万m3降为20.03 万m3,泄水量30.31万m3,在水位下降过程中,原放水卧管侧壁大面积砼剥蚀、裂缝、破损,漏水点露出水面。经持续通过新建放水洞放水,至2021 年4 月21 日桃树沟水库水位已降至917.74 m死库容高程,水库蓄水全部放空,原卧管周边滩面全部出现,新建放水洞洞口淤积面外露,库区淤积滩面大部分出现,水库中心水面水位917.38 m,库容2.88万m3,上游入库流量约0.01 m3/s,出库0.01 m3/s,上游来水通过明渠排水沟引流至新建放水洞排泄,水库空库运行。

通过泄水过程的观测和水库放空后的现场详细查勘,坝下涌水主要原因是：1977 年水库坝高由18.0 m加高到28.6 m,原梯级放水卧管在1960 年建设的原梯级上进行加高延长,新老混凝土结合部位老化,存在大量裂缝、破损,受水蚀影响,裂缝不断扩大,最宽处已达3 cm,库水通过缝隙、破损处渗漏进入梯级放水卧管,除险加固后10 多年来,水流不断带走原封堵卧管回填粘土,加之水库近几年持续高水位压力,最终导致原梯级放水卧管粘土封堵失效,库水从原阶梯放水卧管侧壁混凝土裂缝、破损部位漏入卧管,从原坝下涵洞出口处漏失排出。

4 原放水卧管封堵措施

4.1 封堵方案

桃树沟水库原放水卧管封堵失效,是导致库水漏失和坝下发生涌水现象的主要原因,加固处置方案仍然是对原放水卧管重新封堵。因该库建于1960 年,属于三边工程,原始资料不详,必须准确查清原放水卧管内部构造和结构尺寸。通过现场进入卧管,实际查清老卧管在水库现状於积面以下的走向及内部构造,准确绘制图纸,标注尺寸,根据卧管现状和基本原则,采用“上堵下排”,灌注砼的封堵方式。

4.2 封堵措施

（1）上游卧管灌注封堵。拆除现状淤积面以上原阶梯放水卧管两块砼盖板,作为施工通道,由于淤积面以下卧管消力池出口的坝下涵洞断面为0.5 m×0.7 m,不能满足施工要求,且在淤积面以下十多米,从卧管消力池出口以上高程907.3 m至现状淤积面918.0 m以下的卧管空腔全部采用C20 砼灌注。为了保证封堵效果和满足灌注压力要求,在消力池出口预先砌筑封堵墙。

（2）下游设置排水体。坝下涵洞出口至河床开挖排水槽长度78 m,高2.5 m~4.5 m不等,底宽2.0 m,底部开挖坡比1∶200,在上游阶梯放水卧管封堵完成后,排水槽以上1.0 m采用透水性良好的级配砂砾反滤料填筑,排除涵洞渗流。其他采用原开挖料回填压实,压实系数不小于0.93。

4.3 封堵施工过程的质量控制和技术要求

（1）内壁清洗凿毛。封堵时,首先拆除淤积面以上二块梯级放水涵砼盖板,人工清理梯级放水涵918.00 m高程至消力池段907.3 m高程沉积的淤泥,然后用高压水枪冲洗放水卧管、消力池内壁。封堵墙部位洞壁清洗凿毛,凿毛宽度不小于50 cm,深度3 cm。

（2）设置封堵墙。封堵墙厚度370 cm,墙体布置Φ8@500 拉结筋,两端锚固洞壁30 cm以上,待封堵墙强度满足要求后再浇筑C20 砼。

（3）灌注C20 砼封堵。由于旧放水卧管洞室结构复杂,泵送导管无法伸入作业,经砼浇筑方案比选,采用人工浇筑,将梯级放水涵918.00 m高程至卧管底部消力池段采用C20 砼灌浆封堵。砼封堵作业时,由卧管最底部消力池出口封堵墙处开始逐层浇筑振捣直至砼灌至梯级放水卧管918.0 m高程,截断漏水通道。灌筑砼拌和时加入防渗剂和速凝剂,在封堵过程中,应加强观测,控制砼摊铺厚度和浇筑速度,边浇筑边振捣,确保C20砼灌满涵管,确保砼浇筑密实,砼与卧管内壁结合牢固,以保证封堵质量。

（4）水库蓄水试验。封堵完成后,灌注砼强度达到设计要求后,水库下闸蓄水,蓄水过程中,逐日观测水库上游来水、库容、水位、坝下涵洞出口渗流量,根据观测数据分析库容水位与坝下渗流量对应关系。在库水位抬升过程中,坝下涵洞渗流变化不明显。库水位达到正常蓄水位923.8 m高程后,坝下渗流量1.0 L/s左右,渗流稳定。经较长一段时间的连续观测和分析判定,坝前放水卧管重新封堵后,坝下少量渗漏为坝下涵洞洞壁裂缝渗水,不影响水库蓄水和坝体安全稳定,本次放水卧管砼灌注封堵施工达到了预期效果,大坝放水设施安全隐患得到消除。

5 结语

水库的放水涵洞是水库枢纽中重要的建筑物之一,它可以用来灌溉、引水发电、导流、放空水库,有的还可兼做泄洪、排沙。在中小型水库工程中,特别是小型水库土坝坝下埋设的阶梯卧管无压流涵洞兼有灌溉、泄洪、放空水库等综合利用效益,是水库建设中采用最多的一种涵洞布置形式。目前,各地小型水库工程大多修建于二十世纪六十年代,当时国家经济落后,物资匮乏,技术人才短缺,大多水利工程属“三边”工程,设计标准低,施工技术落后,建设质量差。多数小型水库放水设施为阶梯卧管无压流涵洞,经多年运行,在长期水流浸泡、冲刷、侵蚀作用下,放水卧管裂缝、破损,扭曲变形,漏水严重,土坝下涵洞也存在不同程度的渗漏,存在较大工程病险。在对水库放水设施改建及原阶梯卧管回填封堵过程中,存在重视不够,方案不周密,质量控制不严等问题,导致原放水卧管封堵后,水库在蓄水运行中出现坝下渗漏、涌水、库水漏失等工程问题,轻则影响水库蓄水,重则危及大坝安全稳定,应引起工程技术人员和水库管理部门的高度重视。所以在小型水库除险加固工程设计中,应对已废弃的原放水设施封堵制定科学严密的封堵方案,并在施工过程中严格控制各环节质量,保证封堵质量安全可靠,确保小型水库正常蓄水运行和发挥工程效益。