吳 紅

（黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,哈爾濱 150080）

1 工程概述

新城水庫位于延壽鎮(zhèn)南偏東16 k m處,螞蟻河右岸支流石頭河中下游,是一座以農(nóng)田灌溉和城鎮(zhèn)供水為主,結(jié)合發(fā)電的綜合利用中型水庫。新城水庫壩址以上集水面積99 k m2,石頭河流域面積147 k m2,新城水庫是石頭河上唯一一座控制性工程。

新城水庫始建于 1958年,1959年大壩合龍,后經(jīng)幾次續(xù)建,至 1975年主體工程基本竣工,1983年基本達到原設(shè)計標準為50 a一遇,校核標準為300 a一遇,壩頂高程為223.37 m,總庫容1 700萬m3。為了解決延壽縣城居民供水和農(nóng)田灌溉的需要,于 1997年自水庫接通城鎮(zhèn)供水管道,并于2000年對水庫進行增容擴建,擴建后設(shè)計標準為50 a一遇,校核標準為1000 a一遇,擴建后校核洪水位（P=0.1%）224.86m,總庫容2 580萬m3;水庫擴建后,可灌溉水庫下游水田面積1 140 h m2,2010年后可向延壽鎮(zhèn)供水達500萬 m3/a。

新城水庫樞紐工程由土石壩、溢洪道、輸水洞及電站組成,壩址選在灘地窄河谷處,土壩為黏土斜墻堆石壩,黏土鋪蓋防滲;溢洪道布置在右岸條形山體鞍部,輸水洞布置在壩右側(cè)山體中,電站布置在洞出口坡腳處。2000年水庫進行增容擴建,壩型仍為黏土斜墻堆石壩,堆石壩在原壩的基礎(chǔ)上自壩后坡進行加高培厚;壩頂長455m,壩頂寬6.0 m,壩頂高程226.10 m,最大壩高21.60 m,上游邊坡 1∶3.5,下游邊坡1∶1.6和 1∶2.0,在高程 217.0 m處設(shè)置馬道,馬道寬 2.0m,下游壩腳處設(shè)排水帶。

2000年水庫增容擴建后至 2005年間,土石壩迎坡壩面多次出現(xiàn)塌陷,壩背坡出現(xiàn)滲水,省水院于 2006年11月對新城水庫進行了大壩安全鑒定工作,省水利廳組織有關(guān)專家對新城水庫大壩安全評定為三類壩,為病險水庫。

2 土石壩壩體存在的主要問題

新城水庫土石壩壩型為黏土斜墻堆石壩,因溢洪道未建成即蓄水,造成 1960年夏汛時,隧洞閘門因事故無法泄洪,導(dǎo)致大壩決口。1960年 11月至 1962年 6月對大壩決口段進行修復(fù),1964年水庫管理部門對土壩進行全面鉆探檢查,結(jié)果表明土壩黏土斜墻質(zhì)量較差,1968年水庫重新翻修黏土斜墻。

2000年水庫增容擴建蓄水后,一直處于較高水位狀態(tài)下運行。水庫于 2001年 5月 9日及 5月 22日在水庫土石壩上游坡分別發(fā)現(xiàn)一陷坑,陷坑發(fā)現(xiàn)時均沒于水下,上游庫水面未見異常。水庫陷坑處理后又持續(xù)3 a正常蓄水,又于 2005年 6月 3日土石壩上游坡又發(fā)現(xiàn) 3處陷坑。

基于險情的不斷發(fā)生,延壽縣新城水庫管理站委托黑龍江省水利科學(xué)研究院暨黑龍江省水利工程質(zhì)量檢測中心站對水庫大壩質(zhì)量進行檢測和分析,采用瞬變電磁法探查大壩內(nèi)部隱患,并在大壩前坡選取兩處外觀異常區(qū)域和可能存在隱患區(qū)域,開挖探坑進行檢測。

通過瞬變電磁法對大壩 4個測試斷面進行測試,從測試結(jié)果看黏土斜墻中存在異常電導(dǎo)率測試值偏多,電導(dǎo)率最大值和最小值均發(fā)生在這里,反映出黏土斜墻質(zhì)量欠佳,極有可能存在著滲透通道,至少存在著產(chǎn)生滲漏通道的隱患。

在探坑開挖檢查時,為了使開挖的探坑容易發(fā)現(xiàn)壩內(nèi)滲漏隱患,位置選擇在靠近前壩肩,且壩前雜草繁茂的地方,在僅有的 2個探坑中就發(fā)現(xiàn)壩體內(nèi)有已朽的粗樹干、大粒徑塊石、集中堆積的碎石等,且黏土中還挖出了積水,大壩黏土斜墻含水率高（現(xiàn)場試驗值為 21.67% ～23.0%）、壓實質(zhì)量差,不能滿足截滲要求。壩體內(nèi)黏土斜墻上碎石墊層和碎石混合土保護層與設(shè)計情況不符,反濾層局部級配不合理,且各層界限不明顯,碎石粒徑較大,并夾有 ＞40 c m的石料,達不到反濾的作用。

綜上可以看出,新城水庫土石壩經(jīng)過多期建設(shè)、返修,致使大壩構(gòu)成復(fù)雜,施工銜接部位多,存在隱患較多。由于水庫前期土石壩防滲體及反濾結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量差,才導(dǎo)致 2001、2005年塌坑的頻繁發(fā)生。

3 壩體陷坑產(chǎn)生的原因分析

每個陷坑的產(chǎn)生,都是由內(nèi)、外因素共同作用的結(jié)果,外界因素是水庫長期高水位運行,內(nèi)在因素是原斜墻質(zhì)量差,斜墻下面又是不符合反濾要求的碎石土墊層。庫水經(jīng)質(zhì)量較差的斜墻滲透到下部不符合反濾要求的碎石土墊層,滲透水先將碎石土中的土粒帶走,高水頭滲水的長期作用又將其中的砂粒帶走,即產(chǎn)生內(nèi)部管涌并發(fā)展為流土,這些顆粒被帶到后面壩體堆石的空隙中,逐漸形成自然反濾帶,顆粒中的極細部分隨著滲透水流流出壩外,長時間的作用形成集中滲流,集中滲流又將質(zhì)量差的黏土斜墻剝蝕,長期作用結(jié)果使原斜墻下部58 a填筑的斜墻逐步脫空并擴大,如脫空部位上面的斜墻與周圍部分斜墻間的側(cè)向摩阻力尚能支持脫空部分斜墻和其上面保護層、護坡塊石等重量就不會塌陷;若支持不了就產(chǎn)生塌陷,只不過因脫空小或陷落部分較為疏松,塌陷不明顯;當下部脫空范圍大,側(cè)向摩阻力無法支持時,即發(fā)生明顯塌陷。

4 土石壩除險加固設(shè)計

鑒于水庫存在的隱患,本次設(shè)計采用在不放空水庫前提下,于壩體上游坡樁號 0+16.2～0+362.4高程214.86m,樁號 0+362.4～0+416.2高程217.00m處,開挖寬14.30 m塑性混凝土防滲墻施工作業(yè)平臺,由平臺前緣向內(nèi)7.3 m處設(shè)置一道厚60 c m的塑性混凝土防滲墻,防滲墻深至基巖以下0.5～1.0 m,并與左岸壩基碎石混合土和右岸花崗巖緊密連接,作為壩體下部和壩基部分的防滲措施。防滲墻頂高程至高程224.00 m,采用厚0.5 m m聚乙烯雙層500 g/m2的復(fù)合土工膜做為壩體中上部防滲材料,復(fù)合土工膜底部采用直接在導(dǎo)向槽內(nèi)用現(xiàn)澆混凝土與塑性混凝土防滲墻牢固連接,按 1∶2.75邊坡鋪至224.00 m時,膜頂端澆注于混凝土防浪墻底板內(nèi),使其與防滲墻和防浪墻形成閉合的防滲整體,以有效解決壩體及壩基的防滲問題。

壩體回填時,于高程217.00 m處設(shè)置馬道。馬道寬4.50 m,之上采用 1∶3.0邊坡,25c m厚混凝土板護坡,下墊25c m厚碎石;馬道之下采用 1∶3.5邊坡,25c m厚干砌石護坡,下墊25 c m厚碎石。復(fù)合土工膜下鋪砂墊層,厚 20 c m,其下再鋪一層粒徑 ＜4 c m的碎石支持層,厚20 c m;復(fù)合土工膜上鋪砂墊層,厚30 c m,墊層之上采用小徑堆石填筑。壩頂采用泥結(jié)石路面,厚25 c m。

5 壩基防滲墻施工

混凝土防滲墻的施工由于采用不同的造孔機具,施工前需修建孔口導(dǎo)向槽、泥漿制漿站和混凝土拌和站等,鋼筋混凝土導(dǎo)向槽可避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。固壁泥漿可以循環(huán)使用,使用膨潤土造漿,可使用高速攪拌機?；炷翝仓靶鑼Σ蹆?nèi)進行清孔換漿,使孔內(nèi)膨潤土漿達到密度≤1.1 g/c m3,黏度≤30s,含砂量≤3%。鉆機和抓斗采用兩鉆一抓的施工方法,造孔采用沖擊鉆機對各種地層都適應(yīng)的優(yōu)勢,又發(fā)揮了抓斗對一般地層可快速掘進的優(yōu)點。

圖 1 土石壩橫斷面圖

6 結(jié) 論

新城水庫土石壩迎坡壩坡塌陷、背坡滲水,威脅了水庫的安全運行,通過對壩基和壩體采取防滲加固措施,從根本上解決了水庫的病險問題,使水庫能夠更好的發(fā)揮灌溉、城鎮(zhèn)供水、發(fā)電等綜合效益。

[1]黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院 .黑龍江省延壽縣新城水庫除險加固工程初步設(shè)計報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,2008.

[2]譚靖夷 .中國水力發(fā)電工程[M].北京：中國電力出版社,2000.