县水库除险加固工程计划书

38 *县 *水库除险加固工程计划书 5 工程布置及建筑物 设计依据 工程等别和建筑物级别 *水库坝址以上流域面积 库总库容 344 万 照防洪标准 94 和水利水电工程等级划分及洪水标准 2000规定，本枢纽工程为小（一）型，工程等别为等，主要建筑物为 4 级。 水库枢纽主体工程有大坝、溢洪道、高放水涵、低放水涵，以上按 4级建筑物加固设计，水力发电站、渠首工程等按 5 级建筑物设计。 按照防洪标准 94 规定， 4级建筑 物设计洪水标准按 3050 一遇洪水，土坝校核洪水标准按 300 1000 一遇洪水。综合考虑本水库的防洪地位，主体工程洪水标准采用： 50 年一遇洪水设计， 500 年一遇洪水校核。 设计基本资料 a）特征水位及流量 本次除险加固设计，按照库水位超过 ，溢洪道敞开泄洪，放水涵不参与泄洪的控制运用原则，根据新的洪水计算规范，重新进行了洪水复核和库水位调洪演算，计算结果见表 1。 水库特征水位及流量表 表 1 洪水重现期 死水位 正常蓄水位 50 500 库水位（ m） 峰流量（ m3/s） 607 487 下泄流量（ m3/s） 960 717 39 b）地震设防烈度 根据中国地震动参数区划图（ 建筑抗震设计规范（ 规定，工程区地震基本烈度为 6度。 工程主要建筑物为 4 级，依据水工建筑物抗震设计规范 000 规定，设计地震烈度采用基本烈度，主要建筑物按 6 度地震设防，不进行抗震计算。 c）坝体坝基土料物理力学指标 坝基 为花岗岩，表层强风化，局部夹有较多石英 岩脉；坝体由粘土心墙、上下游砂壳组成。 根据本阶段地质勘察报告，大坝土料物理力学指标见第 3 章第 中表 1。 d）建筑物稳定安全系数 根据碾压式土石坝设计规范 84，确定坝坡抗滑稳定最小安全系数为：正常运用条件 常运用条件 工程布置及主要建筑物形式 工程布置现状 *水库于 1966 年 10 月开工修建 ,1976 年 10 月完工投入使用，1983年溢洪道拓宽至现在规模。 1998年对东山岗进行了灌浆处理， 1983 年、2002年又对坝右跌窝分别进行了 回填、灌浆处理。 现状枢纽工程由大坝、右岸溢洪道、高放水涵、低放水涵、水力发电站工程组成。 大坝坝址 区河底高程 199m，河床底宽约 50m，河谷呈“ V”字形，两岸山势陡峻。 拦河坝直跨河床，坝轴线近东西向布置。 溢洪道位于大坝右端，其左为坝端护墙，其右为山坡。 高放水涵位于坝右东山岗，其轴线距右坝头约 52m。低放水涵位于大坝右段，其轴线距右坝头约 20m。 40 水力发电站接低放水涵出口，位于坝后右端，紧邻水库管理房。 主要建筑物形式 a）拦河坝 拦河坝为粘土心墙砂壳坝。现状坝顶高程 宽 大坝高 游在 225m、 215m 宽戗台，戗台上下坝坡分别为 1： ： 1： 游在 224m、 219m 各设 戗台，戗台上下坝坡分别为 1： 1： 1： 拦河坝坝顶轴线长度 182m，坝右与溢洪道之间还有西山岗长度 27m。 b）溢洪道 溢洪道为开敞式无控制。其由进口明渠、一级陡坡、一级消力池、泄流渠、二级陡坡、挑流坎组成，纵向轴线总长度 洪道现状各段平面尺寸及控制高程见表 1。 溢洪道平面尺寸及控制性高程表 表 1 分段 断面宽 轴线长 纵坡 高程 备注 进口明渠 一级陡坡 :基岩面 一级消力池 消力坎 泄流渠 22 9/1000 二级陡坡 :筋砼衬砌 挑流坎 c）放水涵 高涵洞位于大坝左端 东山岗内，设计流量 s，洞长 74m，进口底高程 洞为半风化岩石，钢筋混凝土衬砌成园形，内径 进口由斜拉杆活塞闸门控制。本洞系灌溉洞。 低涵洞位于大坝左端山体内，设计流量 s，洞长 113m，进 41 口底高程 进出口部份为半风化岩石外，其余均为新鲜岩石，但多处岩层裂隙渗漏严重，用钢筋混凝土衬砌成矩形断面，满足坝坡长度，进口接明涵 活塞闸门控制。本洞主要用于发电，结合部分灌溉。 d）水力发电站 坝后式水力发电站装机容量 225台机组，一台 100台125 主要建筑物设计、运行情况及存在问题 工程设计和建设概况 *水库由安庆专员公署水电局设计。原采用洪水标准：设计 1/50 年，校核 1/200 年， 1/200 年另加 20%做为保坝水位；“ 水后， 水库校核标准提高到可能最大洪水 。 a）大坝的设计和建设概况 大坝最初设计坝顶高程 宽 大坝高 游在225m、 215m 各设 2m 宽戗台，戗台上下坝坡分别为 1： 1： 1：游在 225m、 215m 各设 2台上下坝坡分别为 1： 1：1： 下游倒滤体顶面高程 207m，其上部建过水渡槽，将高涵洞水通过渡槽引入西干渠。心墙基部最大宽度为 24m，渗截水槽最大宽度为 8m，相应高程为 大坝于 1966 年 10 月动工，采取分段施工。 1968 年冬前，利用东端天然河道导流，填筑西侧坝体； 1969年冬后，利用低涵导流，填筑东侧坝体；大坝于 1970年冬完工。 据记载：大坝实际实施时将坝顶高出原设计 应高程 b）溢洪道的 设计和建设概况 溢洪道 原设计进口宽 40m，底高程 225m，进口段末端底高程 93m，比降 1/200，一级陡坡 1:力池底高程 宽46m，长 20m，泄流渠段为变宽等三条非棱柱形槽，底宽由 46m 变到 16m， 42 渠道底高程 219m，比降由 1/10 变 1/5，长 70m，其后为二级陡坡段。 原设计 50 年一遇设计洪水，下泄流量 545m3/s， 200 年一遇校核洪水下泄流量为 655m3/s。 溢洪道于 1967 年冬动工， 1969 年 8 月溢洪道基本开通，但扫尾工程1974年才完工。 施工时，水库正常高 水位由 225m 提高到 应溢洪道进口底槛高程也提高到 此， 溢洪道建成期实际 进口底高程 出原设计 1975 年在 河南省 发生“ 大暴雨后，计划将校核标准提高到 时仅拓宽溢洪道进口段部分，实际上未经复核。拓宽设计中进口底宽由 40m 拓宽到 实际为 1993 年和 2002 年均实测了溢洪道详图， 93 年为 1/200， 2002 年改为1/500。 根据 1993 年 10 月实测的溢洪道 1： 200 地形图和纵横断面图及 2002 年的复测成果：进口 段为轴长 渠，纵坡比 5/1000，出口底宽概化为 接一级陡坡、消力池，后经 棱体形泄水渠道，再下接二级陡坡，挑流坎后与下游河道相衔接。 c）放水涵的设计和建设概况 坝东山体内开了两个 放水涵 （高、低涵），其型式均为有压隧洞。 （ 1）高放水涵 高放水涵位于大坝左端东山岗内。设计流量 s，洞长 74m，进口底高程 内径 全洞为半风化岩石，因而迫使设计全洞钢筋砼衬砌。本洞系灌溉洞。 高放水涵 1967 年 4月开始开挖， 1968年冬衬砌结束。 （ 2）低放水 涵 低放水涵位于大坝左端。设计流量 s，洞长 113m，面尺寸 为马蹄形。低涵除进出洞口部分半风化岩石外，其余均为新鲜岩石。因多处岩层裂隙渗漏严重，亦全长采用预制砼园涵衬砌。为满足坝坡长度，进口接明涵 此项工程属于新增工程，原设计书未设计，因 69 年大洪水的发生， 43 为大坝合扰河水导流，便于心墙黄土回填施工，为 71 年春安全渡汛，新开涵洞长 210 米，其中暗开长度 103 米。 本洞后来改用于发电，结合部分灌溉。 低 放水 涵 1970 年 2 月 7 月完成开挖，同年 9 月洞内开始浇筑，用双层钢筋，浇筑后灌浆密实。 主要建筑物运行情况及存在的问题 *水库主要 建筑物 包括：大坝、溢洪道、高放水涵、低放水涵、水力发电站。数十年来，大坝、溢洪道存在问题较多，发电站厂房破旧，高、低放水涵未放空检查，从出口观察，基本运行良好。 a）大坝运行情况及存在的问题 大坝投入运行以来，出现库水位较高年份有： 1973年为 1987年为 1991年为 1993年为 1999年为 最高库水发生于 1993 年 7 月 18日，最大溢洪深 应水位 坝经历最高水位较设计库水位（ 低 校核库水位( 大坝虽未经历设计库水位考验，但在 1983年 5月 9日（库水位 2002年 5 月 19日（库水位 坝右段迎水坡曾发生跌窝险情。 1983年 5 月 9日（库水位 大坝迎水坡距右坝端 54m、距防浪墙 程 出现一处跌窝，跌窝断面为 1983 年 10月及 1984 年冬，对跌窝分别进行探井（ 16m）开挖回填、灌浆充填。后经多次较高库水位考验，大坝运行正常。 2002 年 5 月 19 日上午 10 时，当库水位 *水库大坝迎水坡距右坝端 55m、距防浪墙 又出现一处跌窝，断面 据资料记载高程及1983年除险回填时预留灌浆管情况，该跌窝位置与 1983 年险情位置基本重合。为应急度汛， 2002 年 6 月，安庆市水利水电勘测院进入工地，对大坝跌窝进行灌浆处理。 经 过 灌浆处理， *水库大坝 跌窝 部位的抗渗能力及力学性状得到较大改善，为大坝渡汛提供 了 保障措施 。 44 1983 年大坝发生跌窝险情后，在坝后排水凌体下方出现一渗漏点，无渗流观测资料。 2002 年 5 月 19 日再次在原位置发生跌窝险情后， 5 月 24日下午在坝后排水凌体下方又出现一渗漏点。渗漏点在排水凌体外 26m，主河槽右 1/3 处，高程约 190m 左右，口径 8水量 2 3m3/h。 5月 25 日上午渗漏有所加剧， 10m 范围内有四处出溢点，在右坝端坝后，大坝与基岩接触部附近新增一渗漏点。 根据施工记录： *水库大坝清基及高、低隧洞开挖均反映基岩 裂隙发育 ， 爆破 后更加严重，此点由勘探资料印证。节理 裂隙 清基时处理不当，裂隙 面又 出露于心墙底部 ，易造成坝基、坝基与心墙接触带渗漏。 地质钻孔揭示： *水库坝基为花岗岩，表层强风化，局部夹有较多石英岩脉，不排除强风化 花岗岩 与 石英岩接触带部位渗漏的可能性 。 根据室内试验：心墙填土回填碾压质量比较稳定，但在高程 20 通过历年运行，大坝存在的问题有： （ 1）大坝已发生跌窝等渗流险情。 （ 2）心墙填土存在薄弱带，坝基风化严重，裂隙发育，大坝存在渗流隐患。 （ 3）坝面护坡、坝脚排水体损坏。 （ 4）大坝发现白蚁迹象。 b）溢洪道运行情况及存在的问题 溢洪道建成 后，丰水年均溢洪，其中 1991 年曾连续溢洪 14 天。历年最大溢洪深： 1973 年为 1987 年为 1991 年为 1993年为 1999年为 大泄量发生于 1993 年 7月 18日 ,最大溢洪深 应泄量 184m3/s。 溢洪道平面上转折，水流折冲，流态不顺。 “ 大暴雨后，仅拓宽溢洪道进口段部分，使 溢洪道平面形态更加恶劣 。现状进口段明渠平面上转折 46，转弯半径约 100m，宽度自 窄到 渐扩至 一级陡坡。 45 溢洪道左为挡墙， 右为天然山体，侧墙高度一般 右，但二级陡坡段侧墙高度仅 右。因二级陡坡首部宽度突然束窄，受右侧导流墙压迫，水流左摆，致使水流易越过左侧墙顶，危及坝脚安全。 溢洪道出口正面为山凸，迫使水流左转廻冲，导致河道消力池挡墙多次坍塌，影响西干渠通水并威胁坝脚安全。为加强防护， 1983 年曾对出口右岸进行浆砌石防护，但后又局部冲塌。 2000 年将冲塌部位退建恢复，但局部范围防护高度不足，目前山体仍有滑塌迹象，侧墙坍塌未有效控制。 溢洪道存在的问题有： （ 1）溢洪道平面布置不规整，致使水流折冲。 （ 2）局部侧 墙高度不足，泄洪时水流越过墙顶。 （ 3）出口山体及其护砌冲刷损坏。 大坝加固设计 大坝为粘土心墙砂壳坝，坝高 次加固主要依据碾压式土石坝设计规范 84设计。 坝顶高程复核 根据大坝洪水标准和水库特征水位，计算风浪爬高和安全加高，复核现有坝顶高程是否满足防洪要求。 采用碾压式土石坝设计规范 84 计算，坝顶安全超高 Y=R+e+A R 最大爬高，按累计概率 1%计，为平均爬高 ，平均爬高R = e 风壅水面高， e= A 安全加高， 4级建筑物，正常运用 常运用 年最大平均风速 19m/s，设计工况 核情况下 W 采用多年最大平均风速。 46 吹程 D 及水深 H 由 1/10000 地形图确定 ,吹程 根据以上计算参数，坝顶高程计算值见表 1。从表中可见， 计算高程小于防浪墙高程 状坝高满足防洪安全要求。 坝顶高程计算表 表 1 （括号中数字根据原设计水位计算） 工况 水库静水位（ m） R e A Y 堤顶高程（ m） 设计 校核 大坝 渗流计算 本水库集水面积不大，库容系数小，设计、校核洪水滞洪时间短，不易形成稳定的浸润线，故只计算正常蓄水位工况。 渗透系数选用：设计前地质报告提供的数据很少，心墙成分复杂，渗透系数选用 值 K=10s；参考有关书籍，上下游砂壳渗透系数选用值 K=1 10s；坝基老土与基岩按不透水地基。 本大坝心墙砂壳坝，心墙建在不透水地基上，且下游有反滤排水设备，采用公式： 22212 2221 2 10s 0s = S= 47 经 计算得坝身单宽最大渗漏量 q=10s，心墙出逸点高h=润线各点座标见 表 2。 浸润线计算成果表 表 2 X 0 10 20 30 40 50 身浸润线见图 1。 从图中分析，坝体浸润线较低，按碾压式土石坝设计规范 84、“各种土石坝自浸润线出逸点至下游坡脚一段，按要求做好反滤排水设备时，可不进行坝体填土渗流稳定复核”。本水库下游为棱体排水，理论上 渗流是安全的。 坝坡稳定分析 （ 1）计算断面 选取河床中间主剖面为计算断面，计算断面见图 2。 （ 2）计算工况 正常工况：库水位为设计洪水位 定渗流期下游坝坡稳定性。 非常工况：库水位为校核洪水位 时间短，不易形成坝体稳定渗流，暂按稳定渗流计算下游坝坡稳定性。 非常工况：库水位从正常蓄水位 降至死水位 常放空约 7上游坝坡稳定性。 （ 3）计算参数 心墙抗剪强度只有少数几组，现只能根据现有资料将主剖面心墙钻孔试验数据适 当概化，接近平均值： C=25 =21； K=10s； 湿容重 =容重 d= 砂壳无试验数据，参考有关书籍及其它水库： C=0， =26； K= 48 10s；湿容重 =容重 d= （ 4）计算方法及成果 按瑞典园弧滑动计算方法中有效应力法计算，其公式为： K= S i e e 121 )( 式中： b 条块宽度； 坝坡外水位上、下条块重力； Z 坝坡外水位高出条 块点面中点的距离； u 稳定渗流期坝身孔隙水压力； 水位降落前坝身孔隙水压力； 条块重力线与通过底面中点半径夹角； w 水重度； C 、 分别为固结快剪（用于稳定渗流期）及慢剪指标（用于库水降落期）。 经计算，坝坡抗滑稳成果见表 3。从表中可见，坝坡抗滑稳定满足规范要求。事实上， *水库大坝已经历过最高水位为 于设计洪水位 坝坡抗滑稳定计算成果表 表 3 坝坡 计算工况 最小安全系数 允许安全系数 圆心 (m) 半径 (m) 游坝坡 正常运用 (常运用 (游坝坡 正常运用 常运用 ( 49 大坝 安全评价 大坝的高度、抗滑稳定满足规范要求。大坝的渗流从理论计算上也是安全的 因计算采用资料散性大，数据不一定准确，实际施工断面不规则，概化模型不一定合适。因此，渗流计算结果只能供大坝总体渗流评价 参考，不排除局部薄弱部位渗流破坏的可能性。 从地质条件看： *水库大坝清基及高、低隧洞开挖均反映基岩 裂隙发育 ， 爆破 后更加严重，此点由勘探资料印证； *水库坝基为花岗岩，表层强风化，局部夹有较多石英岩脉，不排除强风化 花岗岩 与 石英岩接触带部位渗漏的可能性 ；心墙填土回填碾压质量比较稳定，但在高程 220上隐患若不及时治理，其隐含的渗流通道可能逐渐发展，直至溃坝。 从大坝运行情况和存在的问题看：大坝已两次发现跌窝等渗流破坏先兆。通过反复分析及应急度汛灌浆效果对照，险情原因基本认定 为坝基接触面或坝基裂隙存在渗水通道。 综上所述，大坝存在的问题有：大坝已发生跌窝等渗流险情；心墙填土存在薄弱带，坝基风化严重，裂隙发育，大坝存在渗流隐患。通过历年运行，大坝存在的问题还有坝面护坡、坝脚排水体损坏；大坝发现白蚁迹象。 以上各问题程度不同地危及大坝安全度，必须及时进行处理，以免事态发展。 跌窝处理设计 a） 1983 年 跌窝 形成及处理 （参考关于 *水库大坝塌陷坑除险工程施工技术总结报告 *县水利局 1983年 12 月） （ 1） 情况介绍 *水库自 1973 年正常使用以来，十多 年的时间里，大坝枢纽各项建 50 筑物均未发现异常现象。基本上是安全可靠的。但是在 1983 年 5 月 9 日（库水位 偶然发现在水库大坝上游砂壳呈锅形 跌窝 一处。 跌窝 的位置在大坝迎水坡，与防浪墙脚水平距 ，距大坝左端 ，距大坝右端 。 跌窝 表面量得深 ，宽 ，近似圆形。 大坝出现 跌窝 这一异常情况后，公社和水库管理所十分重视，及时把上述情况向县水电局作了电话汇报，县水电局一面向地区水电局作电话汇报，一面指示水库管理所对 跌窝 进行清挖查明。地、县工程技术干部到现场后，于 5 月 14 日坑探，将 跌窝 清挖三日后达 深时（挖坑长宽深 = 跌窝 垂直向下仍为松软土，直径 1 米左右，据观察， 跌窝 有沿大坝粘土心墙和大坝上游砂壳接壤处垂直向下伸延的迹象。因当时正值汛期，水库水位高程达 （平溢洪道底）， 跌窝 不能再向下深挖查明。为了确保大坝安全渡汛，对 跌窝 暂时回填。 1983年 10 月，根据省、地指示意见，经反复研究，确定采用木框架支撑井探法，深挖追探查明 跌窝 原因。按 跌窝 的大小，考虑到土压力及施工方便，安全可靠，拟定井探断面为 探施工 过程具体如下： 首先拆除塌坑上部防浪墙 30m，以减轻塌坑下侧土压力同时把上游砂壳开挖成“ T“字型，向上游水面倾斜，以利施工排水平行于把轴线方向开挖成 1： 度，以利出土。 井探：用制作好的方木在已开好的砂壳井坑中（一般视土质坚硬程度3050 公分立一层）立支撑架，方木和立层接触面用编制好的竹排或模板衔接后，按大样支撑，方木间用木尖紧后，再用小铝钉连接加固，上下层间用长钉加固。 当井坑挖深 5 米，高程由 227m 下降到 222m 时，粘土心墙露出并与上游砂壳交错衔接 50多公分，切齐后仍有 50公分台阶， 跌窝 仍向下垂 直。 竖井仍向下挖深，开挖断面由 为 续垂直挖深 程下达 ， 跌窝 去向不是垂直向下，而是突然向下游右侧，垂直角为 59 31 60（量算得出），有沿自然山体心墙槽与心墙接合部位发展的趋势。 51 上述情况发生后，木框架支撑方法不变，探井方向随 跌窝 方向深追，开挖断面成不规则四边形，此处高程 时，从 跌窝 外沿线观察，有不规则洞沿山体中发现；观察心墙时，心墙有弧形断面成拱形状，土层稳定。 跌窝 方向仍向山体心墙接合槽部位发展，稳定支撑后，继续深挖， 当挖到高程 215m 时， 跌窝 垂直方向斜角 60左右深下，水平角向右倾斜 1015左右， 跌窝 口成近似圆形断面即 35 40挖断面近似梯形。 对跌窝未端 直径为 40 35 12周均是粘土心墙，中间是倾斜 60深 左右的砂夹粘土层，以下亦是粘土层。由于断面小，水平部位又在心墙里，继续开挖安全受影响，在这一松软带部分先埋入直径 2 3 吋金属管，以便人工灌浆密实。 （ 2）险情分析 跌窝 井探、除险工程自地区水电局批准施工方案后，即开始施工，自1983年 10 月 25日到 12月 29 日止，共开挖 65 天。 施工过程的 12 月 22 日至 12 月 28 日七天中，地区水电局派来的工程师朱正华、郭外嵩、郑克谦同志，在县水电局工程师王绪彬，技术员朱生振同志配合下，日夜奋战开挖，初步查明 跌窝 成因。 从井探取土和出渣情况观察，上游砂壳土层基本是均匀颗粒，在心墙与上游砂壳衔接处高程 216m 左右心墙底部有明显洞穴向内部延伸。表现有四：心墙滑塌后留有明显拱形状；自然山体与明显的洞穴边缘，与心墙拱形状上下对应；塌陷洞口径自上而下逐渐减小，直至 215m 高程处仅有 40 35在高程 215m 处由于作用 力的缘故，塌洞时遗留下的风化粗粒花岗岩。均匀铺在心墙滑塌土的下部。据观察分析，这是造成 跌窝 的主要原因。 由于心墙结合槽底部有塌陷，以致造成大坝塌陷，使心墙受到影响和破坏。破坏断面高 ，水平距自心墙与结合槽最大断面处，深入心墙达 ，因此，心墙防渗径也受到影响；又因 跌窝 所致，在受破坏的心墙部分有一个小断面（ 40 35土层，夹有颗粒不均匀的粘土夹砂实 52 体，（因施工断面实在是太小，无法继续深探），如不及时妥善处理，日后有恶化形成通道的可能性。在心墙与山体结合槽部位，大致平行方向，心墙有一松软带，亦 有坝端绕渗形成通道的可能性。 （ 3）除险加固处理 根据上述初步结论， 1983年 跌窝 除险加固处理采用回填结合灌浆方案。 探井回填自 1983 年 12 月开始。对已受破坏的心墙部分，自下而上，每 25 30层夯实。在 跌窝 洞口用粘土加大、加厚断面严密夯实，然后再将 跌窝 用砂壳分层回填到设计断面。 1985 年元月，利用两根预埋灌浆管，灌注水泥浆，浆液水灰比 4:1。初灌时灌浆压力 浆量 41l/耗水泥 90 分钟后第一次复灌，灌浆压力 浆量 5l/耗水泥 天后第二次复灌，灌浆压力 浆量 2l/ b） 2002 年 跌窝 形成及处理 （摘自 *县 *水库大坝跌窝度汛处理方案 安庆市水利水电规划设计院 2002年 6 月） （ 1）情况介绍 2002年 5 月 19日上午 10时，当库水位 ，大坝迎水坡距右坝端 55m、距防浪墙 程 又出现口径 窝 。根据资料记载高程及 1983 年除险回填时预留灌浆管情况，该 跌窝位置正好与 1983 年险情位置 重合。 险情发生后， *县防汛抗旱指挥部组织专人值班，对大坝进行 24 小时全方位监测。 2002 年 5 月 24 日下午 6： 30，在大坝后排水棱体外 26m、主河槽右侧 1/3 处、高程约 190m 左右发现一渗流出水口，口径 8水量 2 3m3/h，水质清澈。 2002年 5 月 24日上午， 10 个，在右坝端坝后，大坝与基岩接触部附近新增一渗漏点。有渗漏加剧的迹象，但塌陷坑沉降未发现变化。 53 5 月 24 日 5 月 28日对各渗漏点进行观测，由于观测时间短，库水位一直在 对变化较小，出水点渗水量基本稳 定。通过对高涵开关对比，对出水点渗水量的观测资料进行分析，渗水量变化与渠道水相关性较好，这说明灌浆涵本身存在一定渗漏量；同时，当库水位降至跌窝坝基附近高程（ 下时，渗水量也有所减少，这说明坝基也存在一定渗漏量。 2002年 5 月 28日，安徽省水利科学研究院对跌窝附近采用探地雷达技术进行探查，测线覆盖跌窝周围 10m 范围以内，天线频率为 100用点测方式，点距 大探测深度 22m。通过探地雷达探测，得出三点结论：跌窝呈向下发展形态，在跌窝中心线东西两侧 2 3m 范围以内的心墙底部，有 粘土软化带的可能，也不完全排除因 1983年处理时灌浆改变所带来的对信号异常反映；因仪器探测的限制（在心墙底部的分辨尺寸约 本次探测未发现心墙底部有大于 渗漏通道；在跌窝东侧的心墙内部，距坝顶 5 6m 的深度处，有裂隙面信号反映。 险情发生后， *县水利局还及时委托本院进行应急度汛设计。 （ 2）险情分析 针对上节险情，省、市、县各级水利技术人员多次查勘、会商，一致认为坝体因水土流失已形成局部松散和空洞，根据工程经验及查阅有关资料，推测此类险情的原因可能性如下： 白蚁和动物洞穴； 心墙 局部渗透破坏形成渗水通道； 心墙与坝基接触面或坝基存在裂隙等渗水通道。 为了分析险情，我院广泛咨询各级技术人员，查勘现场环境及邻近建筑物，守候观测跌窝及渗流出水口，同时借助水科院探地雷达成果，初步认为：引起跌窝的空洞和松软带出现在迎水面，且在常水位以下，排除了白蚁和动物洞穴的可能性。探地雷达表明：跌窝下游心墙未贯穿性通道，同时在高水位时跌窝虽发生，但坝体险情未迅速蔓延，下游出水量也相对较小且清澈（不似心墙贯穿过流），另外，心墙正上砌石防浪墙也未有沉降 54 裂缝现象（说明水土流失在深处），这也基本上排除了心墙局部 渗透破坏形成渗水通道的可能性。因此，我院将险情原因初步锁定为坝基接触面或坝基裂隙存在渗水通道。 为了进一步分析险情，我院技术人员又查阅了以前地质资料、并借灌浆处理之机，实地布置钻孔，以便探明坝基地质与以前资料相印证。 前期地质资料显示：坝区出露均为风化粗粒花岗岩，且夹有石英岩脉。本次灌浆前钻孔显示：跌窝附近正是花岗岩与石英岩脉交织点，跌窝右侧坝基为花岗岩（风化），左侧坝基为石英岩（完整），右侧坝基纵向坡度大，左侧坝基基本水平。当年施工资料显示：跌窝所处大坝右岸原为梯田，一般为人工清基，此处原有大孤石系爆破清 除。以上各资料表明：跌窝附近地质相对复杂，不同岩石交汇，致使岩基裂隙、夹层存在可能性增加，而人工清基，风化岩及局部裂隙破碎难以彻底清净，这就有可能导致坝基本身先天不足。值得注意的是，跌窝点右岸岩基纵坡偏陡，其坡比 1 1范围心墙及坝体填筑时难以保证与基岩面紧密接触，这又可能导致坝基接触面填筑质量先天不足。 通过上述分析，我院基本认定险情原因为坝基接触面或坝基裂隙存在渗水通道，该险情虽不致水库迅速溃坝，但为了安全度汛，必须对其进行及时有效处理。 （ 3）应急度汛处理 为了在梅雨来临之前，对大 坝跌窝进行度汛应急加固处理，在库水尽量放空的同时，我院经过反复研究，认为对跌窝附近坝体及坝基在钻孔勘查基础上进行灌浆处理是可行且有效的措施。灌浆具体方案为：粘土心墙与基岩接触以下为水泥固结灌浆，心墙与基岩结合面以上为粘土充填式灌浆。 灌浆孔在跌窝附近布置，灌浆孔分三序，其布置遵循“先稀后密，先上游后下游，先跌窝附近后跌窝远处”的原则。 本次灌浆共施灌 9孔，共耗黄土 泥 中邻近跌窝灌 3 次，消耗黄土 泥 通过 55 前序孔灌浆效果良好， 钻进过程中均不漏水，在 墙及接触带部位吃浆量显著减少，分别为 黄土水泥混合浆 黄土水泥混合浆 通过 钻探发现右坝端新鲜花岗岩破碎，裂隙发育， 高程 鲜基岩压水试验单位吸水率 隙透水性较强，基岩段灌浆 耗水泥 耗水泥 明基岩比较破碎、透水。由于本次 应急渡汛 时间紧、任务重，仅对心墙、心墙接触带及基岩浅层进行了灌浆处理，尚不能解决深层新鲜花岗岩裂隙发育、破碎可 能引起的渗漏。 通过 钻探 还 发现 花岗岩中夹有较多石英岩脉，跌窝坑的东、后侧 均揭示该层，因孔数、孔深有限，对石英岩的分布范围、厚度及其与花岗岩的接触情况未能全面掌握，不能排除石英岩与花岗岩接触带部位渗漏以及花岗岩裂隙出露于心墙底部的可能性。 经灌浆处理，对心墙 217m 高程以下的软化带和心墙与基岩接触带起到充填、固结的作用 ， *水库大坝塌陷坑部位的抗渗能力及力学性状得到较大改善，为大坝渡汛提供一定的保障措施。 c）本次跌窝除险加固 跌窝 2002 年汛前应急度汛仅采用灌浆处理 ，为进一步清除跌窝引起的空隙和松软，跌窝需进行合适的处理。 (1)跌窝特点总结 通过对两次跌窝形成及处理进行总结，发现 *水库大坝跌窝具有以下特点： 跌窝上口在库水位以上， 1983年井探及 2002 年钻孔均表明：跌窝下口造成空洞及湿软延伸到心墙截水槽与山体结合部。 1983 年井探表明：跌窝塌坑呈漏斗状，上口较大，下口渐小，跌窝在砂壳中垂直向下，进入心墙后改向下游偏右；跌窝在心墙底部已形成塌陷空洞，空洞及湿软范围深入心墙截水槽，但表现为收敛趋势。 1983 年及 2002 年钻孔灌浆表明：灌浆开始吃浆量相对大 ，但复灌时 56 吃浆量大幅度减小；一序孔吃浆量相对大，二序检查孔吃浆量大幅度减小。 2002 年 5 月对应跌窝坝下渗流观测表明：跌窝造成渗水量不大，水质较清；库水位降至跌窝坝基以下仍有少量渗水，说明坝基也存在一定渗漏量。 跌窝形成过程较长，第一次跌窝发生距大坝建成 12 年，第二次跌窝发生距第一次跌窝处理 19 年。 (2)跌窝成因分析 坝体方面： 从跌窝特点可知，跌窝根源在心墙截水槽底部，该处心墙出险时承受水头 墙底宽 游实际出逸坡降 右，远小于粘土内部及接触面容许出逸坡降，心墙不会击穿 。从特点、中跌窝收敛及灌浆效果表明心墙本身未形成贯穿漏洞，从特点水质、水量观测也可印证。以上排除了坝体渗流破坏形成跌窝的可能性。 1983 年井探表明：跌窝延伸至心墙底部，并已形成塌陷空洞。该塌陷空洞已仔细回填并灌浆加强，回填质量及灌浆效果良好，但 19 年后，在原位再次发生跌窝，这说明局部填筑不实以致坝体沉陷、形成跌窝的可能性不大。 1983 年 5 月跌窝险情发生后，坝下对应出现渗流出水点，跌窝回填处理后，渗流出水现象未根除，这说明局部填筑不实以致坝体沉陷至少不是形成跌窝的直接原因。 坝基方面： 从跌窝特点可 知， 1983年井探及 2002 年钻孔均表明：跌窝下口造成空洞及湿软延伸到心墙截水槽与山体结合部。 1983 年 5 月跌窝险情发生后，坝下对应出现渗流出水点，跌窝回填处理后，渗流出水未根除； 2002 年 5 月跌窝险情发生后，出水点有渗漏加剧的迹象，以后 10m 范围内水流出溢点增至 4 个，在右坝端坝后，大坝与基岩接触部附近新增一渗漏点，库水位降至跌窝坝基以下仍有少量渗水； 2002年 6 月跌窝基岩及结合部灌浆处理后，渗流明显好转； 2003 年 5 月，水库曾达正常蓄水位，坝下原出水点渗流量很小。 57 2002 年灌浆前钻孔显示：跌窝附近正是 花岗岩与石英岩脉交织点，跌窝右侧坝基为花岗岩（风化），左侧坝基为石英岩（完整），右侧坝基纵向坡度大，左侧坝基基本水平。当年施工资料显示：跌窝所处大坝右岸原为梯田，一般为人工清基，此处原有大孤石系爆破清除。以上各资料表明：跌窝附近地质相对复杂，不同岩石交汇，致使岩基裂隙、夹层存在可能性增加，而人工清基，风化岩及局部裂隙破碎难以彻底清净，这就有可能导致坝基本身先天不足。值得注意的是，跌窝点右岸岩基纵坡偏陡，其坡比 11 范围心墙及坝体填筑时难以保证与基岩面紧密接触，这又可能导致坝基接触面填筑 质量先天不足。 综上所述，坝基内部及其与心墙接触面裂隙存在渗水通道是形成跌窝的直接原因。这与跌窝渗水量小、水质清，形成时间长、水土流失慢等特点吻合。 (2)跌窝除险加固 跌窝处坝基在 210本高于可放空水位 本着彻底根治的原则，总结历次经验教训，跌窝除险加固采用探井先导开挖、心墙套井回填、坝基清基处理、坝基帷幕灌浆相结合方案。 根据钓鱼台、红旗、 *等水库探井开挖经验，拟在跌窝部位人工开挖探井 ,既做跌窝沿程结构先导检查用 ,又做跌窝松散软化土体清除用。为改善施工难度，由探井结合钻孔 查明心墙塌陷和软化范围后 ,改用冲抓套井开挖回填。 探井正对跌窝上口；口径 挖深度以达基岩控制。表层明显塌陷、松散土体采用人工放坡明挖，开挖深度 下逐段采用人工边支护边开挖。套井处理范围初定沿坝顶轴线双排布置，东西两侧各超出跌窝 15m；套井孔距 挖深度以达基岩控制。套井施工采用 95型冲抓式打井机。 探井、套井回填前应对坝基强风化非闭合裂隙进行清基，并在表层浇筑素砼。探井回填料仍采用坝体原部位同类土料；套井回填土料采用粘性土，粘粒含量 35% 50%，渗透系数小 于 10s。回填土夯实采用底部为 58 球冠形上部为椭圆抛物面形的特制夯锤。 对应探井、套井处坝基均采帷幕灌浆。灌浆孔按每井中心布置，灌浆工艺参照全坝段坝基帷幕灌浆进行。 坝体、坝基防渗设计 a）心墙防渗加固 （ 1）基本情况 *水库大坝的渗流从理论计算上是安全的 因计算采用资料散性大，数据不一定准确，实际施工断面不规则，概化模型不一定合适。因此，渗流计算结果只能供大坝总体渗流评价参考，不排除局部薄弱部位渗流破坏的可能性。 根据 2003 年地质报告：心墙填土回填碾压质量比较稳定，220m 之间土样含水量及干容重变异大，标贯击数略有降低，伴有钻孔漏水现象。 2002 年应急度汛钻孔在高程 右也反映有钻孔漏水现象； 2002 年探地雷达检测也显示：坝顶 下心墙有裂隙信号反映。以上说明心墙 220 根据心墙断面推算，高程 在较核工况下承受水头 墙厚度 游出逸坡降仅 小于心墙内部容许出逸坡降。根据历年运用情况，当库水高于 210m，坝脚（跌窝段及东山岗除外）无明显渗水量加大现象。以上说明心墙 220m 之间薄弱带未形成贯穿性渗漏带。 *水库目前运行最高库水位距校核库水位尚低 库未受设计、校核水位考验。因此，为了水库长期安全运行，借本次除险加固机会，对心墙薄弱带进行适当加固处理是必要的。 （ 2）加固处理设计 本水库心墙特点为： 210m 220m 有一个薄弱带。薄弱带未形成贯穿性渗漏带。 参照同类工程经验，对心墙加固拟定三个可行方案：充填灌浆。此法可结合灭蚁，对处理坝体空隙简单有效，但处理效果随土质、工艺不定 59 性大。另外，此法一般需多排、多序，且要复灌，工作量大，工期长。该方案造价 低。高压喷射灌浆。此法效果最好，但工艺复杂，该方案造价高。冲抓套井回填。此法适用于空库水位以上，最简便直观，但土料用量大，要求高。该方案随冲抓回填深度、厚度加大，造价也急剧升高。 心墙薄弱带未形成贯穿性渗漏带，局部充填灌浆能达到加固目的，尤其充填灌浆能结合坝基灌浆造孔，且可利用先导造孔查清薄弱带分布，及时调整加固范围。因此，心墙防渗加固选定方案。 灌浆按坝体充填灌浆控制。灌浆造孔结合坝基灌浆孔，沿坝顶轴线单排布置；灌浆孔距 浆段在高程 220m，具体施工可利用先导造孔查清的薄弱带予 以调整。浆材料采用粘土水泥浆，水泥为粘土干重 15%，水泥标号为 425#。 b）坝基防渗加固 （ 1）基本情况 *水库坝基为花岗岩，表层强风化，裂隙发育；坝基花岗岩局部夹有较多石英岩脉；节理 裂隙 施工 爆破 后更加严重，但清基时仅刷黄泥浆处理。 根据工程经验，基岩裂隙内部及裂隙出露于心墙底部易造成 渗漏 ；强风化 花岗岩 与 石英岩接触带部位 也增加了 渗漏的可能性 。 2002 年，跌窝发生后，在右坝端坝后，大坝与基岩接触部附近新增一渗漏点。当库水位降至跌窝坝基附近高程（ 下时，渗水量也有所减少，但未消失，这说明坝基存在一定渗漏量。 事实上，右坝段坝基内部及其与心墙接触面裂隙存在渗水通道已造成1983年、 2002 年坝右上游相继发生跌窝。有鉴如此，为了消除坝基隐患，对全坝段进行加固处理势在必行。 （ 2）加固处理设计 根据国内类似工程经验，坝基防渗加固采用帷幕灌浆方案。 灌浆范围初定大坝全长，具体范围待施工时根据先导孔及检查孔压水试验定。 灌浆孔沿坝轴线单排布置；灌浆孔距 孔深度以进入吸水率小 60 于 基岩以下 准，初估按进入基岩 4 6m 计；灌浆段为坝体与坝基接触面（基面以上 基岩。灌浆压力采用孔口压力表压力控制在