横山县大川沟水库大坝病险问题分析

张慧勇 高强山

（1.横山县河务水库管理站 陕西 横山 719100；2.横山县水库移民办公室 陕西 横山 719100）

1 概况

位于横山县波罗镇鲍渠村附近的大川沟水库，距横山县县城东北15km，坝址位于无定河左岸一级支流大川沟下游，水库坝址以上控制流域面积70km2。大川沟水库于1978年3月动工修建，并于1982年11月竣工发挥效益，水库建成后，由陕西省横山发电有限责任公司供水公司管理，隶属于横山县水利局。该水库是一座具有工业供水、农业灌溉、水产养殖、防洪等综合效益的小（Ⅰ）型水库。该水库原设计洪水标准为50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。大川沟水库原设计总库容950万m3，其中调洪库容650万m3，兴利库容140万m3，截至目前，水库淤积145万m3。限于当时施工技术条件，施工设施现代化程度低下，施工质量差，为水库安全运行留下隐患，土坝建成后从未高水位运行过。八亩塔下游山坡处一直有多处渗漏点，渗水面积约350m2；背水坡右岸坝坡处有1处集中漏水点，1998年进行了插管排水处理；从1993年至2006年，每年由横山电厂安排零星的加固处理，对大坝坝体进行裂缝修补加固，并对上游坝坡进行干砌石护面处理。

2 水文

横山县属温带大陆性季风半旱草原气候，春季干旱秋季涝，风沙霜冻加冰雹，无霜期短温差大，日照充足降雨少。多年平均气温8.6℃，平均相对湿度54%；无霜期为163天；多年平均风速2.5m/s，最大风速25.7m/s，风向为NW；多年平均降水量为398.4mm。大川沟水库流域内无实测水文资料。设计年径流量采用水文比拟法、径流深等值线图法等两种方法分析计算，经过比较，选用殿市水文站为参证站，以水文比拟法计算结果为推荐值，即水库多年平均径流量为310万m3。频率25%、50%、75%、95%的相应径流量代表年分别为殿市水文站实测1988年、1971年、1986年、1965年。采用推理公式法、经验公式法和水文比拟法三种方法推算大川沟水库设计洪水。经过对三种计算成果的对比分析，认为采用推理公式法计算结果较为合理，故水库坝址50年、500年一遇设计、校核洪峰流量分别为1100m3/s、1780m3/s，相应洪水总量分别为352万m3、733万m3。2008年4月实测水库淤积面高程为994.5m，淤积量为145万m3。水库建成已经运行26年，平均年淤积泥沙5.57万m3。

3 地质

大川沟水库位于陕北黄土高原北部，毛乌苏沙漠南缘，库区回水长度约3.0km左右，库岸边坡主要由砂质黄土组成；库岸边坡黄土崩塌较发育，尤以左岸最为发育，左岸距坝肩约600m处有一崩塌体，宽约150m，厚约10m～15m，总方量约7万m3～10万m3。库区段河谷地形封闭，水库渗漏轻微；设计库水位高程附近无大面积农田和集中居民点，不存在浸没问题。工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

坝址区河谷呈“W”型，沟谷中心偏右处有一孤岛（八亩塔），将沟谷分为两部分，右侧沟谷（副坝）底部宽30m～40m，河床高程997.86m～998.86m，两岸斜坡高50m～60m，坝区两岸边坡基本稳定。左侧沟谷（主坝）底部宽40m～50m，河床高程975.6m～976.3m，两岸斜坡高50m～100m，坝区两岸边坡基本稳定。坝区无不良地质现象。

4 大坝病险分析

大川沟水库水库大坝由主坝、副坝组成，坝顶总长349m，主坝高42m，长240m，坝顶宽10m。大坝坝基建在基岩上，右坝端与岩石相接；左坝端与岩石、砂壤土相连，坝基与坝体采用结合槽及齿墙型式连接，大坝迎背水坡坡比为1∶3.0～1∶3.5；大坝迎水坡高程1008.50m建有戗台，戗台宽均为0.4m，其中在右坝端1008.70m戗台处建有过坝补水渠道（雷惠补水渠），渠宽2m，深2m为浆砌石矩形渠；大坝背水坡高程1009.66m、995.00m处分别建有两道戗台，戗台宽分别为6.0m、10m，其中补水渠从1009.66m戗台上通过下游坝坡，结构形式同上游坝坡；坝脚设有排水棱体，棱台高程980.50m，棱体高8.2m（已经淤埋仅剩3.6m高），顶宽1.2m，长75m，内外侧坡比分别为1∶1、1∶1.5。

4.1 坝体稳定性评价

根据勘探试验资料分析，大坝施工时清除了右岸坝肩斜坡表面的残坡积土和全风化及强风化岩体，右岸坝肩斜坡由弱风化的砂岩组成，岩体较完整，基本稳定。大坝坝基为弱风化砂岩，岩体较稳定。在大川沟水库大坝背水坡发现几处小冲沟，坝面呈凹形下陷并在马道边缘发育有小落水洞，直径15cm～20cm，深10cm～15cm。调查时在右侧坝体雷惠渠涵洞口发现人工引水渠，曾经用来灌溉马道上的植被，现在已基本废弃。经分析认为，坝面的小型冲沟和小落水洞均是由于在马道上灌溉苗圃时，水体过大造成的，与坝体渗漏没有直接关系。经复核大坝在正常、非常运用条件下，坝坡的抗滑稳定安全系数均满足规范要求，所以，大坝上、下游边坡都是稳定的。

4.2 坝体填筑质量评价

大坝轴线布设钻孔3个，取原状土样24组，大坝填筑土的物理力学指标统计成果如表地质报告，颗分试验成果地质报告。根据室内颗分试验资料定名，大坝填筑土为砂壤土，其干密度值偏低（平均ρd=1.56g／cm3），坝体碾压质量较差；孔隙比最大值为0.944，最小值为0.576，平均值为0.698，属中等密实；压缩系数最大值为a1-2=0.27MPa-1，最小值为a1-2=0.08MPa-1，平均值为 a1-2=0.27MPa-1，属中压缩性土；渗透系数大小不均，垂直渗透系数平均值K=3.3×10-4cm／s，大于规范标准（1×10-5cm／s）。压水试验测得其透水率q=36Lu～58Lu，中等透水，与下游坡面浸水、钻探过程局部有漏水现象基本一致。综上，坝体填筑土碾压质量较差，没有达到设计要求和规范标准。

4.3 坝基坝望渗漏检测

据检测，大川沟水库大坝为均质水坠土坝，坝体土各项技术质量指标基本符合《SL251-2000规程》要求。但坝壳填筑土的孔隙比在0.675～0.874之间，渗透系数kv=2.5×10-4；渗透系数 kh=2.0×10-4，小于规范标准。坝体以砂壤土为主，坝体透水率q＞10Lu，中等透水，渗漏明显；坝基为中风化砂岩，坝基岩面以下弱风化带垂直厚度3.0m～5.0m左右，岩体透水率q=28Lu～56Lu，为中等透水，其接触部位的透水率q＞10Lu。

据调查，在主坝背水坡坡脚发现1处渗水点，可见明显的滴水现象。根据观察，每分钟滴水2滴～3滴，渗水量极小水点周围约0.3m2～0.4m2的土体湿润。其受库中蓄水影响变化明显，当库水位较高时，渗水量明显增大，渗水点周围出现约2m2～3m2的散浸区。右岸坝肩岩体总体稳定，但由于节理及层理发育，大坝有绕坝渗漏现象。在泄水洞出口右侧壁发现渗水点，出水口侧壁砌石颜色变深，有绿青苔展示，其为长期渗水的结果。

4.4 现状坝坡渗流、稳定复核

现状坝体稳定复核根据正常蓄水位1000.00m进行大坝渗流计算，计算过程如下述。

4.4.1 坝坡渗透复核

计算断面取实测坝体最大断面（桩号ZB0+185），坝基高程为 971.80m，坝顶高程1013.50m，宽10m，迎水坡坡比1∶3.0～1∶3.5，背水坡平均坡比1∶3.0～1∶3.5，坝后河床面高程976.30m。计算工况为：上游正常蓄水位1000.00m，下游最低水位976.40m时，上下游坝坡渗流稳定情况。土料参数指标：坝体填筑土渗透系数采用《大坝土工试验报告》建议值，详见表1。

表1 渗透试验指标值

4.4.2 渗透稳定分析

本次渗流计算采用北京理正渗流计算程序，经计算现状稳定渗流期，渗透坡降i最大值0.92，最小值0.03，平均值0.48，允许渗透坡降（i允）0.386。根据计算知，浸润线于背水坡981.50m处出逸，坝体内浸润线起始段渗透坡降大于坝体填土的允许渗透坡降i允，中间段及出逸段渗透坡降小于坝体填土的允许渗透坡降i允，所以下游坝坡不会发生渗透破坏，但存在渗透破坏的隐患。依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)，选择对坝坡稳定较为不利的工况进行分析计算：上游水位为1011.69m，下游为最低水位976.40m时下游坝坡稳定；上游水位为1011.69m降落至死水位995.00m时上游坝坡稳定。

5 结论与建议

根据大川沟水库地质勘察结果及现场查勘病害反映，水库大坝目前存在的主要问题有：

（1）大川沟水库位于陕北黄土高原北部的丘陵区，库盆由黄土构成，渗漏轻微。库岸右边坡岩体裸露，自然坡面倾角50°～60°，整体基本稳定。正常蓄水位附近无平缓的耕地及村庄分布，不存在浸没问题。

（2）水库泥沙淤积严重，水库防洪标准逐年降低；大坝上、下游坝坡不规整，局部存在裂缝及冲坑，下游坝坡有1处明显渗水区。

（3）大坝为水坠均质土坝，坝壳填筑料以砂壤土为主，砂壤土各项技术质量指标基本符合《SL251-2000规程》对坝壳料的要求。但坝体填土压实不够，主坝右肩存在绕坝渗漏现象；坝基、坝肩透水率都较大，均有渗漏水现象，建议对坝体及肩进行防渗帷幕灌浆处理。

（4）坝坡下游排水棱体被淤埋严重，丧失排水效果，造成大坝下游坡浸润线较高危及坝身安全。

（5）大坝安全检测设施不健全，无法对大坝的安全运行进行有效的监控；上坝防汛道路为土路，且路面凹凸不平，影响汛期防汛抢险通行。

综上所述，大川沟水库大坝病险问题，严重制约了水库应有效益的正常发挥，影响了水库的安全运行，因此，对该水库进行除险加固是非常必要的。建议其大坝除险主要措施为：

（1）大坝坝顶路面加固。将坝顶中间6.0m宽硬化为沥青碎石路面，两侧各2.0m宽硬化为碎石路面。路面横向坡2%，从路中间坡向上下游。

（2）迎水坡护坡修复加固。设计对正常蓄水位到坝顶段（1000.00m～1013.50m）坝坡采用干砌块石护坡。干砌石厚30cm，下层设20cm厚砂砾石反滤层（粒经5mm～80mm）。另外对左岸坝坡塌陷部位进行素土回填夯实，并增设上游坡踏步。

（3）背水坡整修工程。对左右坝肩不规整坡面进行整修素土回填夯实，对右坝肩老岸坡进行削坡处理，并增设坡顶及坡面排水沟；完善坝坡纵横向排水沟，对毁坏严重的岸坡排水沟拆除重建，横向新增两条排水沟。

（4）右坝肩绕坝渗漏加固。在大坝桩号ZB0+000到桩号ZB0+120段上游坝坡铺设复合土工膜防渗，从上游坝坡淤积面以下1.5m（993.00m）沿上游坝坡铺设复合土工膜，铺设总面积为8760m2，复合土工膜上下游边与坝坡接合地带均采用开挖宽40cm、深30cm基槽，并浇筑素砼回填固定。陕西水利