任庄水库大坝改建除险加固工程中右坝端滑坡段处理

2018-03-26冯建武

山西水利科技 2018年2期

冯建武

（泽州县任庄水库管理处山西晋城 048004）

1 工程概况

1.1 工程简介

任庄水库位于山西省晋城市泽州县丹河干流上，系黄河流域沁河水系丹河干流上的一座以防洪为主，兼顾灌溉、供水的中型水库。水库建于1959年10月，1960年3月竣工投入使用，控制流域面积1298.6km2，总库容8050万m3，最大坝高35.3 m，坝长676 m，工程等别为Ⅲ等。枢纽主要由大坝、右岸溢洪道（正常）、左岸溢洪道（非常）、放水涵洞等组成。2012年3月，山西省水利厅对任庄水库进行了大坝安全鉴定，综合评定任庄水库为三类坝。

1.2 工程地质

本区地处吕梁－太行断块，太行山块隆的西南端，主要构造为北东东向断裂和不对称褶皱，现地壳处于相对稳定时期。工程区地震动反应谱特征周期为0.45s，地震动峰值加速度值为0.05 g，相应地震基本烈度为6度。

库区丹河两岸大部分为土质岸坡，岸坡陡缓不一，趋于稳定；部分为岩质岸坡，岸坡稳定性较好。岩质岸坡段存在库区渗漏问题；局部库岸较陡地段在长期蓄水或库水位急剧变化时可能产生坍岸或小规模塌坍；存在淤积问题，目前库区淤积层厚为8～12 m。

坝基上部为全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾，结构松散。其下为中更新统洪积低液限黏土及卵石混合土。下伏基岩为奥陶系中统上马家沟组灰岩、白云质灰岩。坝基卵石混合土层和强弱风化灰岩存在渗漏问题；卵石混合土层存在渗透变形问题，卵石混合土与其上部坝体土存在接触冲刷问题。

左坝肩为土质边坡，岸坡土体稳定性较好；下伏奥陶系中统上马家沟组灰岩属中等-强透水层，存在绕坝渗漏问题。右坝肩为岩质岸坡，岩体整体稳定性较好，但右坝肩岩体具中等-强透水性，存在绕坝渗漏问题。

坝体土岩性主要为黄褐色、浅红色低液限黏土，局部为低液限粉土，含小砾石及钙质结核，土质不均。由于坝体土中含软弱带，软弱带坝体土结构松散，干密度低且具高压缩性，大坝经过长期运行，坝顶局部产生沉陷、蠕动变形甚至滑塌。

2 存在问题

由于1963年雨量集中，秋雨连绵，加之上游许河水爆发，在1963年9月19日18时，当库水位蓄至高程26.06 m时（以坝底高程为0 m计），右坝段桩号0+065～0+180段坝体土发生滑坡，滑坡核心区范围东西长30 m，南北宽50 m，平均深12 m，事后三天之内，连续发生大塌坡三次，累计塌方41670 m3，渗水量增大到50 L/s。滑动坝体土向下游滑至坝后坡脚处，形成一黄土平台，距大坝轴线约100 m。1964年对该段坝体进行回填处理时，在原滑坡体处采用了水平褥垫排水和下游坝脚棱体排水结合的形式，同时在本段坝后坡脚处增设排水棱体，排水棱体长约58 m。1998年任庄水库枢纽除险加固改造时，对该段坝体进行了基础帷幕灌浆处理，并在坝体与右坝头接触处（桩号0+070m），沿岸坡排水沟，在坝顶上游侧及下游坝坡一、二马道附近布设三个绕坝渗流观测点。

2003年9月27日，当库水位超过正常蓄水位0.33 m，达到高程24.00 m时，原右岸废弃输水涵洞周边仍存在渗流现象（可见旋涡），经人工观测，坝顶上游侧Ⅰ1绕坝渗流观测孔与下游坝坡一马道附近Ⅰ2绕坝渗流观测孔内无水，下游坝坡二马道附近Ⅰ3绕坝渗流观测孔内水深为2.11 m，水面高程为11.831 m，此时坝下游出现渗水，水质清澈，设三角堰进行观测后，测得渗流量为7.1 L/s。

3 原滑坡原因分析

该滑坡发生的主要原因为：任庄水库大坝修建时，坝体土主要取自左岸第四系中更新统洪积（Q2pl）浅红、棕红色低液限黏土，而发生滑动的坝体土位于大坝右端。所以该部位的坝体土受重车碾压次数相对较少，结构相对松散；另外，发生滑动的坝体下游为一黄土梁，岩性主要为第四系中更新统洪积（Q2pl）浅红、棕红色低液限黏土，为隔水层。故该段坝体在施工时下游排水不畅，致使该段坝体土的浸润线和出渗点相对较高，在重力和渗流作用下产生了滑坡。

4 处理方法

2014年5月，设计单位编制了《晋城市泽州县任庄水库大坝改建除险加固工程初步设计》，2014年7月，山西省发展和改革委员会对任庄水库大坝改建除险加固工程初步设计进行了批复，批复任庄水库大坝改建除险加固工程主要建设内容为：大坝改建加固，坝基和右坝肩防渗处理；非常溢洪道完建、改造。大坝主要改造方法为：在大坝下游侧培厚筑坝，坝轴线向下游平移45 m。

泽州县任庄水库大坝改建除险加固工程于2014年12月1日开工，受坝轴线下移影响，为确保工程质量与安全，需清除原右岸废弃穿坝输水涵洞及旧褥垫排水，由于找不到原滑坡体处水平褥垫排水及下游坝脚棱体排水的相关资料，当开挖右坝段旧的排水棱体时，发现同初步设计有差异。只好从排水棱体位置，垂直坝轴线向上游水平开挖了3个探槽，从而探明了褥垫排水范围。经两次现场查勘，并结合现场实际，项目实施、设计等单位在施工中，对右坝段原滑坡处作了如下处理。

4.1 旧褥垫排水层处理

1）对扰动的旧褥垫处理

将工程施工中开挖探槽过程中已扰动过的旧褥垫排水层及其上部坝体土全部挖除。已扰动过的旧褥垫排水层范围为桩号B0+065～B0+135段、新坝轴线下游7 m至新坝轴线上游18 m，高程约13.34 m，面积1560m2。其结构为干砌石厚0.8～1.2m，反滤料厚0.8m～1.6 m。为保证开挖边坡安全及新旧坝体土较好衔接，旧褥垫排水层上部坝体土的开挖边坡放为1∶2。

2）对未扰动旧褥垫处理

对未扰动过的旧褥垫排水层进行封堵。封堵方式为：开挖至旧褥垫排水层底部以下1 m，然后由内至外分别采用1.2 m厚过渡料、0.4 m厚反滤料Ⅱ、0.4 m厚反滤料Ⅰ及1 m厚高塑性黏土填筑包裹封闭。

3）原滑坡段褥垫处理

该坝段为历史滑坡段，为降低该坝段的浸润线，结合新坝体下游排水棱体的设置范围，在新坝体桩号B0+084～B0+130段的坝基下游侧、排水棱体的上游侧设褥垫排水层，底高程为1.84 m，其垂直坝轴线方向水平深入坝体内30 m。其结构由下至上分别填筑0.4 m厚反滤料Ⅰ、0.4m厚反滤料Ⅱ、0.4 m厚过渡料、0.4 m厚反滤料Ⅱ、0.4m厚反滤料Ⅰ及坝体土。

4.2 大坝右坝端岸坡处理

1）右坝端岸坡开挖

将右坝端岸坡旧坝体土挖除，露出圆锥体岩面，并开挖至新鲜基岩面，基岩平均开挖厚度为1.0 m。为防止库水沿右岸废弃输水涵洞发生接触渗流冲刷，施工中将右岸废弃输水涵洞全部挖除，开挖至高程22.44 m（原右岸废弃穿坝输水涵洞底高程以下），其两侧开挖边坡：上部土层边坡1∶2，下部岩基边坡1∶0.75。

2）右坝端岸坡岩面封闭

将右坝端岸坡开挖至新鲜岩面后，采用0.6 m厚C25W6混凝土封闭，其表层设置Φ8钢筋网，间距0.3m×0.3 m，钢筋保护层厚0.5 m。同时，顺坡设伸缩缝，间距10～15 m，共4道，缝宽0.2 m，缝内设0.2 m厚聚乙烯闭孔泡沫板和651型橡胶止水带。为防止坡面接触渗流冲刷，在岸坡基岩与土层交界处设混凝土齿槽和齿墙。齿墙向下嵌入基岩0.5～1.0 m，向上插入坝体内1.0 m，厚度均为0.4m；坡脚齿槽向下嵌入基岩1.0m，断面尺寸为1.0 m（宽）×1.0 m（深），坡顶齿槽向下嵌入基岩0.5 m，断面尺寸为0.4 m（宽）×0.5 m（深）。

3）右坝端排水布设

沿坡脚混凝土及其下游设置纵、横排水盲沟，采用反滤料和过渡料包裹填筑，将坝体内渗水引出，降低坝体浸润线。纵向排水盲沟沿坡脚混凝土齿槽设置，以大坝桩号B0+056.3为中线，向左右两侧各延伸7.5 m，全长15 m；横向排水盲沟设置在大坝桩号B0+056.3处，长72 m，出口与右岸坡排水沟相连。

4）接触面土体填筑

右坝端基岩岸坡的混凝土浇筑后，对其表面刷毛，并涂刷一层1∶3黏土浆，进行1 m厚高塑性黏土填筑，最后进行坝体土的填筑。

4.3 防渗帷幕灌浆

依据地质资料显示，库区右坝肩至右岸卧龙山一带为岩质岸坡，长约2 km。出露岩性主要为奥陶系中统上马家沟组和奥陶系中统峰峰组深灰色中厚层灰岩、浅黄色薄层泥灰岩及角砾状泥灰岩。其灰岩岩体中节理裂隙和岩溶均较为发育，且在坝址下游丹河右岸直接出露，构成库区渗漏通道，而且岩溶地下水埋深较大，存在库岸渗漏问题。为防止大坝右岸基岩岸坡与坝体接触部位发生接触冲刷，影响坝体右坝肩的稳定，需截断原渗径。

本次施工中对右坝肩基岩岸坡进行了防渗帷幕灌浆处理，帷幕灌浆采用单排灌浆孔，孔距2.0 m，范围从右岸溢洪道右边墙至坝体段总长度约150 m。

5 处理效果

为了便于对大坝的渗流进行监测，本次大坝改建除险加固安装了坝体渗流压力和渗流量监测。渗流压力监测主要是测量坝体浸润线，布置了6个监测横断面，分别位于桩号 B0+60、B0+140、B0+215、B0+315、B0+400和B0+450处；每个横断面上游距坝轴线10m、下游距坝轴线10 m、一马道与二马道处各布置1个，共计24个。

2016年6月1日大坝渗流观测安装调试完毕后，先后进行了9次观测。坝体24个测压管内的渗压计基本处于安装初始值左右，坝体内尚未形成渗流，观测数据未发生较大变化。

2017年5月，在通过水库下闸蓄水验收后，根据晋城市水务局批复的《初期蓄水方案》，水库进行了蓄水。2017年10月29日，当库水位逐步上升至22.167m时，大坝桩号B0+60处TJ1-2测压管内水位超初始值1.252 m，达到5.792 m；11月8日，当库水位逐步上升至22.195 m时，大坝桩号B0+60处TJ1-1测压管内水位超初始值1.257 m，达到4.924 m，TJ1-2测压管内水位超初始值1.259 m，达到5.799 m。达到以上水位后，大坝下游坝脚排水棱体处均未发现渗水迹象。