晴隆县沙子水库病险原因及除险加固方案分析

李生辉

（晴隆县水务局沙子水库工作站，贵州 晴隆 561400）

0 引言

晴隆县沙子水库给当地农业种植、生活用水、环境保护等都带来了很大的效益，但是由于水库年久失修，其安全性与可靠性逐渐降低，并受到了社会各界的广泛关注。为此，需要重视沙子水库除险加固工程的开展，进一步发挥其社会价值。本文针对晴隆县沙子水库存在的病险及形成原因进行分析[1]，并针对不同病险提出了具体除险加固技术方案。

1 工程概况

1.1 水库简介

沙子水库座落在晴隆县沙子镇澜木桥处，距县城13km，离沙子镇政府2km，紧靠320国道，交通较为便利。沙子水库大坝工程属“三边”工程，始建于1975年，1976年开始蓄水，至1982年完成大坝及溢洪道等工程。沙子水库大坝为均质土坝，坝顶高程1366.73m，最大坝高22.5m，坝轴线长123m，水库正常蓄水位1364.73m，正常蓄水位以下库容113万m3，设计洪水位1365.67m，相应库容128万m3，下泄流量12.3m3/s。校核洪水位1366.03m，相应库容133万m3，下泄流量19.9m3/s。水库是一座以灌溉为主的IV等小（1）型水库，根据工程级别及建筑物级别，相应的设计洪水标准为50年一遇，即P=2%，校核洪水标准为500年一遇，即P=0.2%。

1.2 地质条件

沙子水库所在河流属北盘江的三级支流，麻沙河的二级支流，大桥河的一级支流。该区出露地层主要为砂页岩，地貌具有侵蚀地貌特征，主要表现为切脊状山沟谷，具山盆期地貌特征。工程所在地出露地层为古生界二叠系中统龙潭组（P2L）和峨嵋山玄武岩（P2β）地层，岩性主要有灰黄色黏土岩，粉砂岩夹煤层及拉斑状玄武岩，杏仁状玄武岩。

2 沙子水库病险原因分析

沙子水库经过近50年的运行，虽然2005年经过除险加固治理，但运行至今，灌浆及其他工程已局部失效，工程已经出现老化。受建库时主客观条件的限制，水库工程存在病险较多，造成不同程度的险情，威胁水库大坝安全渡汛。

2.1 坝基渗漏

2.1.1 现象描述与危害分析

大坝是水库枢纽的主体，按部位可将大坝渗漏划分为坝身渗漏、坝基渗漏和接触部位渗漏3种。沙子水库大坝出现坝基渗漏,大坝的选址不当、坝基清理不好、施工质量不达标、填筑材料质量有问题及地下动物活动等都可能造成坝基渗漏的产生。发生坝基渗漏,就会对组成坝体的土体颗粒产生影响，使其随水流发生移动,在大水流的冲刷下,形成渗透变形或破坏,甚至可能下滑、滑坡、溃坝，会给打坝两侧及下游的农田及居民生活带来不利影响,造成严重的损失。

2.1.2 原因分析

沙子水库的坝基渗漏一方面是由于在建坝当初嵌槽处理技术不到位，土料较差，干容重不足，密实度不符合规范要求；另一方面是因为水库大多建在20世纪50～70年代，由于资金缺乏，技术力量薄弱，既无设计资料又无地质勘探资料，具备工程施工条件先天不足，经多年运行严重老化；另外，大坝基础座落在强风化玄武岩上，强风化带裂隙发育、张开，岩体完整性差，岩体呈碎裂状结构，部分呈散体状结构，加之坝体填筑质量相对较差，水库蓄水运行时间过长，库水极易沿着节理裂隙或溶蚀裂隙产生渗漏，因此坝基存在渗漏现象。

2.2 坝肩渗漏

2.2.1 现象描述

沙子水库坝区两岸岩性以灰色黏土岩、黄色砂页岩及玄武岩为主。沙子水库经2006年除险加固完成后，大坝渗漏得到有效治理，直至2015年都未出现异常情况。自2015年以后，右坝肩、下游坡脚及靠近左坝肩处相继出现浸水现象。水库运行至今，左、右坝肩的渗漏情况基本无变化，下游坡脚及靠近左坝肩处的渗漏点由最初的散浸逐渐发展为现在的集中渗漏，渗漏量随时间的推移逐渐变大，且与库内水位呈正比例变化，即水位越高渗漏量越大。在大坝下游坝脚及靠近左坝肩处发现渗漏点，右坝肩存在散浸现象。

2.2.2 原因分析

分析其渗漏原因：灌浆处理后水库已运行16年，灌浆局部失效，坝体质量较差,现存在薄弱带渗漏库水极易沿着节理裂隙或溶蚀裂隙产生渗漏，需进行除险加固防渗处理。

2.3 溢洪道不能安全泄洪

溢洪道是水库枢纽工程中的重要组成部分,它的设计与布局都要兼顾到水库的标准，因为溢洪道的承载能力、泄洪大小，直接影响到水库的运行安全。由于水库的溢洪道平面或剖面设计不当，可能会使溢洪道的陡坡设计问题突出。因为在设计时不够注意,坡的修整厚薄不均,使得稳定性不能被满足,造成塌方和滑坡现象。从而使泄洪的能力下降,造成冲刷力量过大。另外,在泄洪的特点、结构基础上考虑的不周全,会出现水流流量冲击过大,排水反滤设备发生滑塌,使得水库的砌护及底板出现裂缝，影响工程安全性。

根据上述分析溢洪道极易发生的问题并结合沙子水库溢洪道现状可知，造成沙子水库溢洪道不能安全泄洪的原因包括：溢流堰为宽顶堰，溢洪道进口有裂缝及变形等现象，表面不完整，杂草众生，污物淤积；泄槽槽身现状较规整，但由于溢洪道长时间不泄洪墙面及底板杂草众生，污物淤积，消力池内泥沙淤积，在紧靠泄槽左岸边有一木材加工厂；溢洪道出口被村民填埋用于修建房屋，国防光缆线埋入横穿溢洪道，溢洪道出口被堵塞不能安全泄洪。

3 沙子水库除险加固技术方案

3.1 坝基渗漏处理技术方案

3.1.1 新建截流墙及坝顶压顶

新建截流墙.截流墙布置于上游坝面一级马道之上，截流墙基础开挖深2～5m，截流墙由C20混凝土现浇制作，起点和终点与坝顶相接。轴线沿上游坝面轮廓线和马道布置。总长172.35m，顶宽2m。其中上游坝面轮廓线段截流墙总高2.45m，一期混凝土2.15m，二期混凝土压顶（0.3m），马道段截流墙总高1.95m，一期混凝土1.65m，二期混凝土压顶0.3m。坝顶压顶由C20混凝土现浇制作，起终点与截流墙相接，顶部与坝顶齐平。总长138m，顶宽1m，总高0.65m，一期混凝土0.15m，二期混凝土0.5m。

3.1.2 铺设复合土工膜

截流墙和坝顶压顶一期混凝土平台浇筑成型后，两侧按设计回填压实后，方可进行下垫层和复合土工膜等基层相关铺设，土工膜-截流墙连接大样图如图1所示。下垫层采用10cm厚细砂找平压实，起到均匀受力、排水排气、找平坡面的作用。为提高土工膜物理力学性能，土工膜采用复合方式（两布一膜，土工膜厚度1mm），并在四周连接处设置伸缩节（伸缩节长30cm，距截流墙和压顶10cm，采用折叠方式，折叠两端用Φ30氯丁橡胶棒固定，以提供足够变形余量）。土工膜两端与防渗墙连接采用“插筋+氯丁橡胶垫片+土工膜+氯丁橡胶垫片+钢板+钢筋螺帽+二期混凝土压顶”的锚固方式，铺设时，氯丁橡胶垫位于复合土工膜两侧，均应进行开孔以便锚固筋插入。此后，钢板钻孔后穿过锚固筋，并用钢筋螺帽拧紧。锚固筋两端锚固长度应严格按照设计执行。土工膜上侧面采用15cm厚细砂碾压密实，能有效防止保护层棱角、毛刺刺破土工膜，并具有一定排水作用，在水位降落期能排出土工膜表面积水。防护层采用C20预制混凝土盖板，能有效防止外部因素破坏基底。

图1 土工膜-截流墙连接大样图（1∶25）

3.1.3 灌浆

大坝上游坝面沿截流墙轴线采用帷幕灌浆技术措施[2]，灌浆平台设于截流墙顶部，延伸至两侧。帷幕线从左坝肩沿截流墙至右坝肩山体进行布置，防渗线长270m，左右坝肩及截流墙段采用帷幕灌浆，截流墙以下部分坝体采用充填灌浆，坝体段采用土工膜进行防渗，帷幕线按单排孔布置，孔间距为2m，设计布孔136个。因坝体填筑质量较差，为能在坝体内部形成较好的防渗帷幕，故考虑将坝体充填灌浆段进行充填灌浆孔加密，加密后的孔间距为1m，布置加密孔50个。坝体段截流墙基础为坝体填土，为防止坝体变形，须设变形缝。截流墙施工时不存在淤泥开挖，施工工艺复杂，难度较大。由于开挖工程量较大，需修建临时工程，工程总投资略大，但防渗效果好，施工技术成熟。实施防渗处理后，能极大降低渗漏量，减弱甚至消除可能存在的坝体渗漏。

3.2 坝肩渗漏处理技术方案

左右坝肩采用帷幕灌浆，两岸防渗端点以地下水位高于正常蓄水位为防渗端点，造孔和灌浆分三序次进行，一序孔终孔间距为8m，二序孔为4m，三序孔为2m，加密孔为1m。钻孔完成后采用循环式自上而下分段灌浆法，每3～5m为一段，待上一段灌浆初凝或终凝后，按照规范要求时间，进行扫孔，并进行下一段的灌浆，循环往复的进行。各灌浆段灌浆时必须下入灌浆管，管口距孔底不得大于50cm。坝肩灌浆材料选用P·O42.5普硅酸盐水泥进行灌注，吸浆量较大，超过规定值时可加水玻璃或细砂。浆液浓度应遵循由稀到浓的原则，逐级递变，浆液的水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1六个级别进行变换。灌浆施工应按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-2014）严格执行；坝体粘土层采用粘土浆加入5%P·O52.5普硅酸盐水泥进行灌注，浆液比重在1.3～1.5g/cm3，整个灌浆应严格按《土坝灌浆技术规范》（SL564-2014）执行。在全孔灌浆完毕后，将灌浆窗设在孔口处，进行全孔回填灌浆，从稀浆开始，依正常方法进行灌浆[3]。

3.3 溢洪道技术处理技术方案

对已建溢洪道上游段（包括1#、2#消力池）进行清淤修整，延伸改造溢洪道下游延伸段101.46m（含过渡段、渐变段、消力池和盖板涵等）。溢洪道下游延伸段改造主要考虑校核洪水位下的泄流。为避免开挖毁坏国防光缆且尽可能减少建成后对下游居民生产生活造成的影响。溢洪道下游延伸段改造采取明渠（槽）+盖板涵方式。下游延伸段进口接已建溢洪道尾端，此后转向过渡到渐变段。下泄洪水经由泄槽进入盖板涵，并在3#消力池处发生自由水跃。自由水跃后经由一段缓坡明渠排入下游跌坎。改造段墙高根据掺气水深计算公式和安全加高确定。新建段水力计算如下所示：

K0+161.36-K0+172.73段坡比为1∶19.74，宽7.58m，水平行程11.38m。按明渠渐变流计算，计算得出口断面水深h=0.56m，v=4.68m/s。

K0+172.73-K0+181.73段坡比为1∶19.74，宽度由7.58m渐缩为4m，水平行程9m。按明渠渐变流计算，计算得出口断面水深h=0.55m，v=9.09m/s。

K0+181.73-K0+208.13段坡比为1∶19.74，宽4m，水平行程26.4m。按明渠渐变流计算，计算得出口断面水深h=0.66m，v=7.55m/s。

K0+208.13-K0+218.13段坡比为1∶5，宽4m，水平行程10m。按明渠渐变流计算，计算得出口断面水深h=0.57m，v=8.93m/s。

K0+218.13-K0+228.13段坡比为1∶5，宽4m，水平行程10m。按明渠渐变流计算，计算得出口断面水深h=0.53m，v=9.58m/s。

K0+228.13-K0+243.13段为3号消力池，池宽4m，池长15m。计算得出口断面共轭水深h=2.9m，共轭水速v=1.72。

K0+243.13-K0+262.15段底坡i=0.003。而i≤0.003，水平行程19.69m，下游出口为陡坡。

因此，本段可按缓坡堰顶宽顶堰流计算，跃后水深跌落至正常水深后在出口处跌落为临界水深[4]。计算得出口水深1.36m，水速3.65m/s。溢洪道经加固改造后，能有效下泄水库洪水，防止下游建筑物及重要设施被洪水冲刷毁坏。

4 结束语

综上所述，通过对晴隆县沙子水库病险原因的分析，明确了该水库目前存在的病险，主要有坝基渗漏、坝肩渗漏和泄洪道不能安全泄洪，同时明确了造成这些病险的原因；要达到消除隐患、减少渗漏、恢复水库功能效益的目的，必须采取针对性的除险加固技术方案；加固除险方案应结合坝体填筑材料的实际情况，充分掌握水库存在的问题及形成原因，针对具体问题根据工程投资、施工难度、技术成熟度、防渗效果等综合确定。