鬧龍河水庫下游排水減壓溝水毀原因及修復設(shè)計方案分析

趙文軍，關(guān)英華

(北安市水務(wù)局，黑龍江北安16400)

鬧龍河水庫位于烏裕爾右岸一級支流鬧龍河干流上，壩址在北安市城東8 km處，水庫控制流域面積349.3 km2，以供水為主，目前是北安城區(qū)唯一的市政供水水源，年供水1 600萬m3，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的中型水庫，水庫總庫容9 660萬m3。

水庫由大壩、溢洪道、輸水洞、取水塔組成。大壩為泥巖和黏土混合壩，壩頂高程261.10 m，最大壩高15.7 m，上游坡比1∶2.8，下游坡比1∶3.0，壩長2 236 m，土壩下游設(shè)貼坡式排水和壩腳減壓排水溝1 900 m長，排水溝工程于2002年修建。

1 排水減壓溝工程水毀程度及原因分析

1.1 排水減壓溝水毀程度

經(jīng)實地檢查和水準測量發(fā)現(xiàn):

1)0+200～0+750段已基本被泥土淤平，完全看不到排水溝模樣，上面雜草叢生，完全喪失排水減壓功能;0+750～1+500段已被泥土淤積50% ～90%，僅能看到溝兩邊部分干砌石，排水減壓功能基本喪失;1+500～1+800段已被泥土淤積20% ～50%，可以看到溝中滲出水流動，排水減壓功能大減;1+800～2+100段基本未淤積。

2)排水溝各段露出水面的干砌石均已松動，且高低不平。

3)原設(shè)計1+350處第二橫向排水溝未開挖，0+600處第一橫向排水溝也未開挖，下游河道也已淤積并長滿雜草。

1.2 水毀原因分析

水毀原因主要體現(xiàn)在以下3個方面:

1)施工質(zhì)量差。經(jīng)查驗施工記錄發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)溝段為邊開挖、邊滲水、邊抽水、邊鋪設(shè)無紡布、邊鋪筑碎石墊層、邊砌石。這種施工環(huán)境和條件，很難保證溝底和邊坡平整堅實達到設(shè)計要求的干密度，溝底和溝坡砌石沉陷破壞在所難免。

2)嚴重滲漏、凍融導致砌石護坡、護底破壞。由于壩基截滲槽多未開挖到設(shè)計高程，回填時槽內(nèi)積水、積冰未清除，填土中有凍塊且碾壓不實;壩體由黏土心墻壩改為風化泥巖和黏土混合壩;壩基和壩體滲漏量都遠大于設(shè)計值，溝內(nèi)滲出水不能順利排入承泄區(qū)，加之反復凍融導致砌體破壞。

3)壩坡水土流失導致排水溝淤積。壩頂和壩坡均為風化泥巖，土粒黏聚力小，貼坡排水和碎石護坡等尾工一直未投資修建。每次較大降雨，壩頂和壩后坡雨水都造成壩坡嚴重面蝕和多處溝蝕。特別是今年6月降水量高達407 mm，大于一般枯水年的年降水量，壩后坡水土流失更為嚴重，順坡而下的泥水經(jīng)排水溝流向下游灘地，土粒沉積在排水溝內(nèi)，并將部分溝段淤平，同時也加劇了未淤部分干砌石的破壞程度。

2 排水溝工程建設(shè)的必要性

排水減壓溝是大壩主體工程的一部分，起到排除土壩滲流和減壓作用，是土壩工程“上堵下排”的重要工程項目，排水減壓效果不好，將會造成土壩坡腳破壞、壩坡下滑，甚至發(fā)生管涌、流土現(xiàn)象，危及土壩安全。

由于水庫建設(shè)時壩基處理和壩體填筑均未按土壩設(shè)計和施工規(guī)范要求施工，后雖對嚴重滲水段壩基進行過高噴灌漿處理，但在2003年汛期蓄水達到257.40 m(距正常蓄水位尚差0.49 m)時土壩后坡多處滲水，排水減壓溝遭受嚴重破壞，干砌石出現(xiàn)坍塌、沉陷，大部分溝段淤積失去排水減壓功能。又對滲水嚴重段壩體進行多頭小直徑水泥土攪拌樁防滲處理，方轉(zhuǎn)危為安。2009年北安是特大豐水年，僅6月份降水就高達407.00 mm，排水減壓溝水毀更為嚴重。在土壩仍未經(jīng)受過正常蓄水位、更未經(jīng)受過洪水考驗的情況下，應(yīng)急修復排水減壓溝，對保證蓄水安全、供水安全、防汛安全更為重要。

3 排水減壓溝水毀修復工程設(shè)計

為了確保水庫蓄水、供水、防汛的安全，修復設(shè)計項目為:土壩下游排水減壓溝水毀修復工程。

排水減壓溝設(shè)計，根據(jù)工程設(shè)計標準和鬧龍河水庫工程地質(zhì)情況，提出3個設(shè)計方案，進行比較。

第一方案:排水減壓溝挖穿基礎(chǔ)黏土層，與沙層相接，溝底寬3.0 m，上游邊坡1∶2.25，下游邊坡1∶2.0;排水溝護砌型式:砂墊層0.3 m，碎石墊層0.3 m，干砌塊石0.3 m。

第二方案:排水減壓溝挖穿基礎(chǔ)黏土層，與砂層相接，底寬2.0 m，上游坡與2002年水庫工程設(shè)計變更后的貼坡排水一致1∶3.0，下游坡1∶1.0;排水溝護砌型式:下鋪無紡布1層，碎石墊層厚0.15 m，干砌塊石厚0.3 m。

第三方案:排水溝挖穿基礎(chǔ)黏土層(一般底高程247.50 m)，與砂層相接，溝底寬2.0 m，上游坡比1∶3.0，下游坡比1∶1.0，堤頂護1.5 m;排水溝護砌型式:下鋪無紡布1層，風化料保護層0.05 m，碎石墊層0.15 m，干砌石0.3 m。

第一方案是1997年水庫初步設(shè)計中提出的，在實施中已改變了壩型和大壩下游坡比，已不可行，第二方案2002年已經(jīng)實施但因無紡布上層沒有保護層，碎石棱尖易剌破無紡布，加之上述的其它原因，是已水毀的排水減壓溝方案。經(jīng)比較，本次水毀修復設(shè)計方案采取第三方案:全部拆除已有水毀排水減壓溝進行重建。每50 m為一個設(shè)計斷面，在排水溝0+600、1+350處設(shè)兩道橫向排水溝將大壩滲流排入泄洪閘的泄水溝。并在排水溝2個出口設(shè)量水堰各1座，排水出口及量水堰一并設(shè)計修建，溝底寬2.0 m，溝底高程上游比排水溝底低0.2 m，即246.80 m，下游與泄水溝底銜接。兩邊坡均為1∶1.0，兩邊堤頂均砌護1.5 m，砌護層次與厚度均與排水溝一致，兩條橫向排水溝砌護長度均為50 m。為滿足后續(xù)貼坡排水施工要求，排水減壓溝上游側(cè)無紡布及墊層上延0.5 m;為運用要求，排水溝下游堤頂無紡布外延0.5 m，其上填土整平夯實。

4 施工控制措施

1)由于原排水溝大部分溝段長期在滲流浸泡、積水和淤積中運行，給施工帶來了一定難度，封凍后施工機械才能進去，故拆除和備料應(yīng)在封凍后進行。

2)施工前，先進行排水減壓溝的兩條橫向排水溝開挖，既可降低排水減壓溝和下游灘地的水位，創(chuàng)造施工條件，解決施工中的抽水費用，又可使重建的排水減壓溝內(nèi)滲流及時排出，使減壓溝內(nèi)不形成積水。

3)挖除溝中淤泥和拆除水毀砌體，挖除的淤泥棄置于溝下游壩頂6 m以外，完工時攤平;拆除的塊石先放在溝下游用抽排水沖洗，可以重復利用的運至馬道暫存;拆除的碎石墊層平鋪在已清基水溝下游堤外2～6 m范圍內(nèi)。

4)溝底及溝坡土體經(jīng)多年沉陷已基本密實穩(wěn)定，整形后即可在無水的情況下鋪無紡布，其上再鋪0.05 m厚風化料保護層。

5)碎石墊層不得混雜超標的雜質(zhì)，并保證設(shè)計厚度;干砌石質(zhì)量嚴格施工規(guī)范控制、堅固、平整，起碼達到合格要求。

6)為防止排水溝淤積，在排水溝實施后，及時安排大壩下游坡的碎石護坡工程，干砌石貼坡排水工程的施工，防止下游土坡水土流失淤積排水溝。

7)在減壓溝兩處排水出口設(shè)量水堰，并建立自動測報設(shè)施，掌握土壩滲流量，以利水庫調(diào)蓄控制，確保土壩滲流安全。

［1］孫艷玲，王斌，施容芬.關(guān)于排水減壓溝設(shè)計［J］.黑龍江水利科技，2004，32(2):79.