劉正明

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

赤金峽水庫位于甘肅省玉門市石油河中游赤金峽峽谷中，水庫總庫容3878萬m3，灌溉面積18.31萬畝，是一座以灌溉為主、兼顧防洪的Ⅲ等中型工程，主要建筑物由壤土斜心墻砂礫石壩、左岸溢洪道和泄洪排砂輸水洞等組成[1]。水庫大壩為粉質(zhì)粘、壤土斜心墻防滲，砂礫和塊碎石壩殼，最大壩35.6 m，壩頂264.8 m，壩頂高程1571.55 m，壩頂寬5 m。赤金峽水庫工程于1958年動(dòng)工興建，分四期完成，一期壤土心墻砂礫石壩壩高17.5 m，壩頂高程1553.5 m，二期大壩加高至1556.4 m，三期壩頂升至高程1565.5 m，1996年完成四期建設(shè)，大壩加高6.1 m，加高部分為壤土斜墻壩至現(xiàn)有高程。擴(kuò)建施工時(shí)由于資金困難，僅對(duì)右岸基巖進(jìn)行帷幕灌漿和河床殘留砂礫石層高壓噴射灌漿處理，而左壩肩帷幕灌漿未實(shí)施，2003年對(duì)水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固并通過驗(yàn)收，至今運(yùn)行狀況良好，2018年1月完成《甘肅省玉門市赤金峽水庫大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》，水庫為一類壩。

2 大壩滲水過程及險(xiǎn)情勘察

2.1 大壩滲水過程分析

赤金峽水庫于2020年2月23日16時(shí)30分在庫水位1569.86 m(水庫正常蓄水位1569.89 m)下大壩后壩坡出現(xiàn)滲水，在壩軸線樁號(hào)壩橫0+153 m，高程分別為1568.19 m和1568.86 m位置處出現(xiàn)2處滲濕點(diǎn)，滲濕影響范圍順坡長1.0 m，寬0.5 m，滲水點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況見圖1。滲水量觀測(cè)情況如下[2]：

圖1 大壩后壩坡滲水點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況

(1)2月24日～25日，水庫管理人員采取對(duì)現(xiàn)有滲水面進(jìn)行標(biāo)記網(wǎng)格劃定法確定滲流點(diǎn)位置、高程及滲出范圍，對(duì)各滲流點(diǎn)的滲出流量采用簡(jiǎn)易導(dǎo)流管量測(cè)，安排值班人員在夜間對(duì)壩面現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察，密切關(guān)注滲漏點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化情況，做好觀測(cè)記錄、統(tǒng)計(jì)工作，并收集與滲水點(diǎn)相關(guān)的圖片、視頻資料等，進(jìn)一步查找整理水庫大壩相關(guān)圖紙、文件資料，盡可能收集全面、詳實(shí)資料。經(jīng)量測(cè)1#滲水點(diǎn)(壩軸線0+153 m，高程1568.19 m)位置為最大滲水點(diǎn)，最大滲出量為8.73 L/s。

(2)2020年2月23日20時(shí)、21時(shí)、22時(shí)、23時(shí)、24時(shí)觀測(cè)時(shí)，1#滲水點(diǎn)已結(jié)冰，2#滲水點(diǎn)為土壤滲濕狀態(tài)，表面凍硬。

(3)2月24日1時(shí)～10時(shí)30分，1#滲水點(diǎn)均處于結(jié)冰狀態(tài)；2#滲水點(diǎn)仍為土壤滲濕狀態(tài)，表面凍硬。

(4)2月24日10時(shí)30分，水庫水位為1569.86 m，1#滲水點(diǎn)出水口冰塊開始融化，形成流量逐步增加，10時(shí)30分～17時(shí)30分，在1#滲水點(diǎn)附近約45 m2的壩面上，先后出現(xiàn)15處滲水點(diǎn)，其中有6處滲水點(diǎn)出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，9處滲水點(diǎn)均呈現(xiàn)土壤滲濕現(xiàn)象，17時(shí)水庫水位降至1569.79 m，僅有1#滲水點(diǎn)產(chǎn)生滲流，滲流量由15時(shí)的8.73 L/s減小至4.58 L/s，其它4處滲水點(diǎn)滲流現(xiàn)象自然消失，24日24時(shí)觀測(cè)結(jié)果顯示，上述所有滲水點(diǎn)滲流現(xiàn)象均消失，直至25日16時(shí)30分，所有滲水點(diǎn)再未出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，測(cè)壓管水位、壩后滲流量均未出現(xiàn)異常波動(dòng)。

(5)2月25日開始，水庫因滲漏問題開始降水位運(yùn)行，水位從1569.86 m降至1569.50以下運(yùn)行，壩后滲流量為7.48 L/s～6.19 L/s，與2019年同期滲流觀測(cè)資料相比略有增加(2019年同期壩后滲流量為6.46 L/s～6.05 L/s)，但庫水位～壩后滲流量關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 壩頂滲水通道揭示情況

2月27日下午，水庫管理所在壩頂樁號(hào)0+148 m～0+161 m段開挖了1條平行壩軸線的探槽，槽邊距上游防浪墻約80 cm，槽底挖至壤土斜墻頂部(復(fù)測(cè)頂部高程為1569.57 m)，分三層開挖，在每層開挖面上詳細(xì)查找是否有裂縫存在，開挖完成后，在0+148 m～0+153 m處有5 m長出現(xiàn)滲水，在0+153 m～0+161 m有8 m長未出現(xiàn)滲水，探槽中未見裂縫，探槽滲水情況見圖2。

圖2 探槽滲水情況現(xiàn)場(chǎng)照片

2月29日在樁號(hào)0+148 m～0+148.8 m和0+153 m～0+153.8 m處，開挖了2條垂直壩軸線的探槽，探查防浪墻部位的壩體構(gòu)造，開挖至1570.83 m出現(xiàn)混凝土，至高程1569.7 m為混凝土底面，開挖至1569.7 m和1569.6 m之間出現(xiàn)0～10 cm厚度不等的砂礫石墊層夾層(即滲水通道)，用鋼釬探查在樁號(hào)0+153 m處最大深度可達(dá)120 cm，依次認(rèn)為此處為貫通滲漏通道(原漿砌石防浪墻底部設(shè)計(jì)寬度140 cm)，繼續(xù)探查1569.6 m～1569.3 m為漿砌石，再挖為壤土，防浪墻基礎(chǔ)探查情況見圖3。

圖3 防浪墻基礎(chǔ)探查現(xiàn)場(chǎng)情況

3月2日又在樁號(hào)0+106.5 m～0+111.5 m和0+168.3 m～0+176.5 m開挖了2條平行壩軸線的探槽，槽邊距上游防浪墻40 cm，分別開挖至1570.80 m和1570.86 m出現(xiàn)防浪墻基礎(chǔ)混凝土，挖至高程1569.60和1569.70 m槽底出現(xiàn)斜墻壤土頂部，再開挖至1569.7 m和1569.6 m之出現(xiàn)防浪墻漿砌石，經(jīng)挖探，混凝土防浪墻與漿砌石基礎(chǔ)之間存在0～5 cm厚度不等的砂礫石墊層夾層，用鋼釬探查深度10 cm～20 cm，依次認(rèn)為夾層不貫通，開挖段探槽兩側(cè)和底部壤土斜墻均未發(fā)現(xiàn)可見裂縫。其他兩處探槽情況見圖4。

圖4 探坑1和3現(xiàn)場(chǎng)照片情況

2.3 特征高程復(fù)測(cè)

探槽出現(xiàn)滲水(或至壤土斜墻)后我院立即安排技術(shù)人員復(fù)測(cè)相應(yīng)高程，實(shí)測(cè)四個(gè)斷面(0+107、0+151、0+170、0+174.2)，斜墻頂部高程在1569.59 m～1569.67 m之間，壩頂高程在1571.41 m～1571.52 m之間，與甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)圖紙(大壩縱橫剖面圖)標(biāo)注高程(壩頂高程1571.55 m，斜墻壩壤土高程為1569.90 m)相比，實(shí)際壩頂高程比設(shè)計(jì)低3 cm～14 cm，壤土斜墻頂高程比設(shè)計(jì)低23 cm～31 cm。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)論

根據(jù)我院技術(shù)人員勘測(cè)復(fù)核，大壩滲水情況存在以下問題：

(1)壤土斜墻頂高程在1569.57 m～1569.67 m之間，比設(shè)計(jì)值低23 cm～33 cm，比同期庫水位1569.86 m低19 cm～29 cm，與后壩坡溢出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的斜墻頂部，有寬約5 m滲水范圍，滲水表面可見氣泡。

(2)防浪墻由漿砌石和混凝土兩種材料建成，1569.60 m以下為漿砌石，以上為混凝土，但在結(jié)合面上存在0～10 cm厚度不等的砂礫石夾層，鋼釬探查其深度10 cm～120 cm，樁號(hào)0+153處存在貫通滲漏通道。

(3)所有開挖段探槽兩側(cè)和底部壤土斜墻頂均未發(fā)現(xiàn)可見裂縫。

2.5 大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析

在赤金峽水庫險(xiǎn)情處置期間，水庫管理人員提供了2019年2月和2020年2月的滲流觀測(cè)成果，水位滲流量過程線見圖5。

圖5 赤金峽水庫水位滲流量過程線圖

根據(jù)水位滲流量過程線圖可以說明以下問題：

(1)后壩坡出現(xiàn)滲水時(shí)，同期庫水位1569.86 m(比水庫正常蓄水位低3 cm)，后壩坡滲水點(diǎn)2處高程分別為1568.86 m和1568.19 m，與同期庫水位的高差分別為1.0 m和1.67 m，壩后滲出點(diǎn)高，滲水出露，說明有明顯的滲漏通道。

(2)根據(jù)滲流量觀測(cè)資料，2020年2月22日，庫水位1569.5 m時(shí)，滲流量開始突變，滲流量增大的趨勢(shì)明顯，由4.5 L/s增加至5.5 L/s；2020年2月23日，庫水位1569.80 m時(shí)，滲流量開始突變，明顯增加，由5.5 L/s增加至7.5 L/s。說明滲流通道不是今年才形成的，通道高程應(yīng)在1569.50 m左右。

(3)根據(jù)2020年2月24日～3月22日水庫水情觀測(cè)資料，最高庫水位1569.86 m，最低庫水位1569.05 m，壩后滲流量8.1 L/s～6.19 L/s，最大庫水位為2月24日，最大滲流量出現(xiàn)在2月27日(壩后滲流反映相應(yīng)滯后3天)，自2月27日開始至今，庫水位降至1569.50 m以下運(yùn)行，滲流量穩(wěn)定在7 L/s左右。

觀測(cè)資料分析結(jié)論：①現(xiàn)狀斜墻頂高程低于設(shè)計(jì)值23 cm～31 cm，主要是沉降原因造成的；②大壩存在滲流通道，高程應(yīng)在1569.50 m左右。

3 大壩結(jié)構(gòu)復(fù)核分析

西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司于2018年12月完成了《甘肅省玉門市赤金峽水庫安全評(píng)價(jià)報(bào)告》[3]，距今也只有一年多時(shí)間，對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)、滲流等問題進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)核和評(píng)價(jià)，結(jié)論也是明確的，即壩體歷經(jīng)多次改擴(kuò)建和加固，上下游壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算滿足規(guī)范要求，現(xiàn)場(chǎng)檢查及運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)滲流異?，F(xiàn)象，大壩壩體壩基滲流和反濾排水設(shè)施完善，除兩岸壩肩外均滿足現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求，大壩滲流性態(tài)安全性評(píng)價(jià)為A級(jí)，本文我們認(rèn)可西北院關(guān)于大壩抗滑穩(wěn)定、滲流穩(wěn)定的結(jié)論，不再復(fù)核。根據(jù)本次勘察和原設(shè)計(jì)資料，擬合了現(xiàn)狀壩頂結(jié)構(gòu)，見圖6。

圖6 壩橫0+153斷面壩頂現(xiàn)狀細(xì)部結(jié)構(gòu)圖

3.1 壩頂超高復(fù)核

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂高程按四種運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值，壩頂超高計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 壩項(xiàng)超高計(jì)算表

計(jì)算結(jié)果表明，壩頂超高由正常運(yùn)行條件下正常蓄水位工況控制。計(jì)算防浪墻頂高程為1572.50 m，考慮防浪墻高程1.2 m，計(jì)算壩頂高程為1571.30 m。

混凝土防浪墻頂實(shí)際高程為1572.80 m，壩頂防浪墻高度1.2 m，壩頂高程為1571.55 m。滿足現(xiàn)行《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于壩頂超高和壩頂高程計(jì)算的要求。

3.2 壩頂構(gòu)造復(fù)核

(1)壩頂寬度復(fù)核

壤土斜心墻砂礫石壩最大壩高35.6 m，屬于中壩，壩頂寬度5 m，滿足交通、觀測(cè)等方面的要求，符合規(guī)范關(guān)于壩頂寬度的要求。

(2)防浪墻構(gòu)造復(fù)核

現(xiàn)狀防浪墻由漿砌石和混凝土兩種材料筑成，高程1569.60 m以下為漿砌石基礎(chǔ)，以上為混凝土，但在結(jié)合面上存在0～5 cm厚度不等的礫石夾層。

現(xiàn)狀防浪墻底部漿砌石，沒有設(shè)置防滲層，是一種透水材料。漿砌石與混凝土之間存在0～5 cm厚度不等的礫石夾層，透水性更強(qiáng)，防浪墻不滿足“應(yīng)堅(jiān)固不透水”的規(guī)范要求。

現(xiàn)狀防浪墻，可視為在混凝土防浪墻與壤土斜墻之間夾了一層漿砌石、砂礫石(0～5 cm)，防浪墻不滿足規(guī)范要求。

3.3 防滲體復(fù)核

(1)頂部水平寬度復(fù)核

現(xiàn)狀大壩壤土斜墻頂部水平寬度為2.30 m，不滿足規(guī)范要求。

(2)頂部高程復(fù)核

現(xiàn)狀壩橫0+151斷面壤土斜墻頂部高程1569.59 m，較原設(shè)計(jì)高程1569.90 m低0.31 m，比正常蓄水位1569.89 m低0.30 m，防滲體頂部高程不滿足規(guī)范要求。

(3)頂部保護(hù)層厚度復(fù)核

現(xiàn)狀壤土斜墻上游面設(shè)有0.73 m厚的砂礫石保護(hù)層，滿足規(guī)范土質(zhì)防滲體斜墻上游面設(shè)保護(hù)層的要求，且保護(hù)層厚度滿足凍結(jié)深度、施工機(jī)械和坡度穩(wěn)定的要求。

4 結(jié)論及建議

通過大壩險(xiǎn)情勘察、觀測(cè)資料分析、大壩結(jié)構(gòu)復(fù)核，認(rèn)為本次滲水的原因是：

(1)上游防浪墻與壤土斜墻沒有做到“緊密結(jié)合”，存在滲水通道。防浪墻由漿砌石和混凝土兩種材料筑成，高程1569.60 m以下為漿砌石基礎(chǔ)，以上為混凝土，在材料分界面上存在0～10 cm厚度不等的礫石夾層，夾層深度10 cm～120 cm，漿砌石與砂礫石夾層構(gòu)成了滲水通道，樁號(hào)0+153處存在貫通滲漏通道(此處夾層深度達(dá)120 cm)。

(2)壤土斜墻現(xiàn)狀頂高程為1569.57 m～1569.70 m，比原設(shè)計(jì)高程1569.90 m低20 cm～33 cm，比同期庫水位1569.86 m低16 cm～29 cm。樁號(hào)0+148～0+153 m段壤土斜墻頂高程最低，頂高程為1569.57 m～1569.59 m，因此當(dāng)庫水位高于1569.57 m時(shí)，水流越過壤土斜墻頂部，從后壩坡溢出，壤土斜墻頂部為滲流通道。

(3)分析本次滲水過程為：庫水位高于1569.57 m時(shí)，水流從樁號(hào)0+148 m～0+153 m段防浪墻底部的砂礫石夾層貫通通道流向下游，越過壤土斜墻頂部，從后壩坡溢出。

(4)建議措施：①拆除壩頂?shù)缆?、防浪墻，挖除現(xiàn)狀防滲體頂面以上的填筑砂碎石，開挖面以上填筑壤土斜墻、砂碎石，壤土斜墻頂面高于正常蓄水位，并預(yù)留竣工后的沉降超高；②新建防浪墻擴(kuò)大基礎(chǔ)，并做好防浪墻底部與基礎(chǔ)的銜接。