菩萨庙水库大坝隐患探测及其处理措施

丛日凡

（凌源市水库除险加固与河道整治工程项目建设管理处，辽宁凌源 122500）

菩萨庙水库位于辽宁省凌源市大凌河上游南支西大川河上，坝址以上集雨面积118 km2，河流长度22.2 km，河道平均比降1.22%。设计洪水标准为50年一遇，校核标准为1 000年一遇，最大库容1 225万m3，兴利库容1 017万m3，死库容33万m3，校核洪水位410.23 m，设计洪水位408.41 m，正常蓄水位405.4 m，死水位393.0 m。菩萨庙水库原是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养鱼、旅游等综合利用的中型水库。

菩萨庙水库自2009年3月实施除险加固工程建设。根据凌源市供水实际需要，2009年8月，凌源市人民政府致函辽宁省发展和改革委员会，要求将菩萨庙水库原功能改变，改变后作为向凌源城市供水的调节库。其设计方案是在其它除险加固内容不变的情况下，将驼峰堰，改为宽顶堰，堰顶高程下降1 m，堰上增设7孔闸门及附属工程，利用闸门挡水，使水库正常蓄水位由原来的405.4 m提高到408.4 m。该水库自1972年投入运行以来，从未达到过这样高的水位，而且水库蓄水后将要在这一水位下长期运行，因此水库大坝的安全与否至关重要。鉴于此，业主决定通过技术手段对水库大坝进行探测，以查明大坝是否存在隐患，进而确保水库大坝在作为凌源市应急供水调节库后不至于出现安全问题。

1 隐患探测方法的选择

探测堤坝隐患的地球物理方法，包括直流电阻率法、自然电场法、瞬变电磁法、探地雷达法、拟流场法、弹性波法、温度场法、同位素示踪法等［1］。高密度电阻率法是直流电阻率法的一种，依据隐患与周边介质的电阻率差异探测堤防隐患，适用于堤防隐患详查。当堤坝存在隐患时，所测得的视电阻率发生变化。通过视电阻率成像和反演技术，结合地质情况，即可推断出隐患的性质、部位和埋深。［2］该方法已广泛用于国内水利部门的大坝和堤防隐患探测，已有大量实际应用经验，并且水利部也颁发有相应的规程，对探测工作的各个环节提出了具体的技术要求。所以，综合考虑过这次大坝隐患探测采用高密度电阻率法。

2 隐患探测及成果分析

2.1 工程情况

菩萨庙水库大坝为粘土斜墙坝，坝长369 m，坝顶宽5 m，最大坝高25.55 m，坝顶高程410.50 m，斜墙顶高程408.05 m。大坝上、下游坝坡均为干砌块石护坡，都设有3级戗台，大坝上游从上到下坡比为 1∶2.5，1∶3，1∶2。下游从上到下坡比为1∶2.25，1∶2.5，1∶2.5。原大坝坝体填筑材料为粘土与沙土的混合土，并伴有少量的大小不等的块石，从外观上看，坝体材料均匀性较差。

2.2 测线及技术参数设置

沿大坝轴线布置一条测线，测线起点位于大坝临近溢洪道一端。每2 m布置一个电极，一次共布置40个电极，层参数为13层，采用的装置形式为温纳-施伦贝尔装置。

2.3 探测成果分析

由坝体视电阻率反演成果图分析，坝体电阻率变化很大，反映坝体填筑质量很不均匀。

1）110～138 m，142～148 m，164～170 m，181～187 m，192～282 m等较大区域，深度在1～5.2 m范围内，坝体视电阻率均达到1 000左右，表明该段坝体所填土石极不均匀，或者存在隐患。

2）在上述较大区域中，56 m，94 m，112～136 m，144～148 m，164～168 m，182～186 m，198～201 m，224～236 m，252～280 m 等处，深度在 1～5.2 m 范围内，坝体视电阻率呈孤岛型，与附近坝体视电阻率差异较大，表明存在明显隐患，坝体材料中或者有大的块石，或者有大的孔洞存在，或者填筑非常疏松。

3）0～48 m蓝色显示电阻率较低，是坡道处填筑土质较好。

4）0～20 m测线开始段下方埋深7 m以下电阻率很高，为山体岩石的反映。

5）深度7 m以下电阻率普遍较低，为土质较好和湿度较大。

6）从观测起点110 m开始，整个坝体在1～5.2 m深度范围内，坝体视电阻率普遍较高，表明坝体原构筑材料很不均质或存在孔洞，应引起高度重视。

3 处理措施

根据上述探测成果，分析得出，通过方案比较，最终确定对上部坝体进行灌浆处理，以解决大坝顶部坝体疏松或者存在孔洞问题，以提高坝体密实度，防止坝体产生不均匀沉陷，确保水库在高水位下正常运行。

3.1 灌浆布置

灌浆在坝顶进行，设计灌浆深度6.5 m。灌浆范围自溢洪道右边墙始至右坝端止，两排孔，孔、排距均为2.0 m。第Ⅰ排孔位于坝轴线上游，距坝轴线0.5 m。第1孔距溢洪道右边墙1.0 m，余孔按间距2.0 m排列。第Ⅱ排孔在第Ⅰ排孔下游2.0 m，第1孔距溢洪道右边墙2.0 m，余孔按间距2.0 m排列。

要建立相对应的管理体制，加强各个部门之间的沟通联络，对于各项规范要求一定要全面贯彻落实，对于施工过程中可能出现的特殊情况在第一时间进行分析，做出相对应的预防措施，对于施工的全过程进行全面的管理，彻底杜绝因为施工方操作不当所引起的事故产生。

3.2 灌浆顺序及方法

1）灌浆分排、序施工，按Ⅰ排1序--Ⅰ排2序--Ⅱ排1序--Ⅱ排2序的顺序进行。

2）采用低浓度泥浆护壁循环钻进方法造孔，孔径不小于60 mm。

3）采用“孔口封闭、孔内循环”灌浆法，根据造孔中所见坝体情况进行“自上而下分段灌浆”或“全孔灌浆”。

①造孔过程中遇有大孔洞或有循环液严重漏失现象时，不拘段长立即灌浆，符合灌浆结束标准后进行下一段钻孔。

②不出现①情况，造孔至设计孔深，全孔灌浆。

3.3 灌浆压力

设计灌浆压力0.1 MPa。灌浆前进行试验，验证和调整灌浆压力，取得合适的灌浆压力值。

3.4 灌浆材料及浆液配比

灌浆时使用粘土水泥浆液，粘土水泥干料重量比为4∶1。水泥使用质量符合要求的普通硅酸盐水泥，粘土使用当地粘土，要求筛除砂粒。制浆用水使用对混凝土无腐蚀性的清洁水。

浆液配合比在3.2（3）①种情况时，浆液水灰比为 1∶1 或 0.5∶1。即当水灰比 1∶1 浆液吸浆量大于1 000 L/min时，将浆液水灰比变换为0.5∶1直至灌浆结束。在3.2（3）②种情况时，浆液水灰比为1∶1。

3.5 灌浆结束及封孔

设计压力下吸浆量小于1 L/min时，延续30 min结束灌浆。灌浆结束后及时封孔，封孔采用浓浆注入方法。24 h后对孔内浓浆析水沉淀而空出的部分，投入水泥球或粘土球填充并捣实封堵。

3.6 灌浆质量检查

设计数量为灌浆孔10%的检查孔做注水试验以检查灌浆质量，合格标准为k≤1×10-5cm/s。

4 结论

采用高密度电阻率法对菩萨庙水库大坝隐患进行了探测，基本摸清了大坝坝体的隐患及其分布情况，通过探测数据的反演分析，分析结果与坝体实际开挖所发现的隐患状况基本吻合，结果令人满意，为水库大坝除险加固提供了技术支持。