菩薩廟水庫大壩隱患探測及其處理措施

叢日凡

（凌源市水庫除險加固與河道整治工程項目建設(shè)管理處，遼寧凌源 122500）

菩薩廟水庫位于遼寧省凌源市大凌河上游南支西大川河上，壩址以上集雨面積118 km2，河流長度22.2 km，河道平均比降1.22%。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇，最大庫容1 225萬m3，興利庫容1 017萬m3，死庫容33萬m3，校核洪水位410.23 m，設(shè)計洪水位408.41 m，正常蓄水位405.4 m，死水位393.0 m。菩薩廟水庫原是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的中型水庫。

菩薩廟水庫自2009年3月實施除險加固工程建設(shè)。根據(jù)凌源市供水實際需要，2009年8月，凌源市人民政府致函遼寧省發(fā)展和改革委員會，要求將菩薩廟水庫原功能改變，改變后作為向凌源城市供水的調(diào)節(jié)庫。其設(shè)計方案是在其它除險加固內(nèi)容不變的情況下，將駝峰堰，改為寬頂堰，堰頂高程下降1 m，堰上增設(shè)7孔閘門及附屬工程，利用閘門擋水，使水庫正常蓄水位由原來的405.4 m提高到408.4 m。該水庫自1972年投入運(yùn)行以來，從未達(dá)到過這樣高的水位，而且水庫蓄水后將要在這一水位下長期運(yùn)行，因此水庫大壩的安全與否至關(guān)重要。鑒于此，業(yè)主決定通過技術(shù)手段對水庫大壩進(jìn)行探測，以查明大壩是否存在隱患，進(jìn)而確保水庫大壩在作為凌源市應(yīng)急供水調(diào)節(jié)庫后不至于出現(xiàn)安全問題。

1 隱患探測方法的選擇

探測堤壩隱患的地球物理方法，包括直流電阻率法、自然電場法、瞬變電磁法、探地雷達(dá)法、擬流場法、彈性波法、溫度場法、同位素示蹤法等［1］。高密度電阻率法是直流電阻率法的一種，依據(jù)隱患與周邊介質(zhì)的電阻率差異探測堤防隱患，適用于堤防隱患詳查。當(dāng)?shù)虊未嬖陔[患時，所測得的視電阻率發(fā)生變化。通過視電阻率成像和反演技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)情況，即可推斷出隱患的性質(zhì)、部位和埋深。［2］該方法已廣泛用于國內(nèi)水利部門的大壩和堤防隱患探測，已有大量實際應(yīng)用經(jīng)驗，并且水利部也頒發(fā)有相應(yīng)的規(guī)程，對探測工作的各個環(huán)節(jié)提出了具體的技術(shù)要求。所以，綜合考慮過這次大壩隱患探測采用高密度電阻率法。

2 隱患探測及成果分析

2.1 工程情況

菩薩廟水庫大壩為粘土斜墻壩，壩長369 m，壩頂寬5 m，最大壩高25.55 m，壩頂高程410.50 m，斜墻頂高程408.05 m。大壩上、下游壩坡均為干砌塊石護(hù)坡，都設(shè)有3級戧臺，大壩上游從上到下坡比為 1∶2.5，1∶3，1∶2。下游從上到下坡比為1∶2.25，1∶2.5，1∶2.5。原大壩壩體填筑材料為粘土與沙土的混合土，并伴有少量的大小不等的塊石，從外觀上看，壩體材料均勻性較差。

2.2 測線及技術(shù)參數(shù)設(shè)置

沿大壩軸線布置一條測線，測線起點位于大壩臨近溢洪道一端。每2 m布置一個電極，一次共布置40個電極，層參數(shù)為13層，采用的裝置形式為溫納-施倫貝爾裝置。

2.3 探測成果分析

由壩體視電阻率反演成果圖分析，壩體電阻率變化很大，反映壩體填筑質(zhì)量很不均勻。

1）110～138 m，142～148 m，164～170 m，181～187 m，192～282 m等較大區(qū)域，深度在1～5.2 m范圍內(nèi)，壩體視電阻率均達(dá)到1 000左右，表明該段壩體所填土石極不均勻，或者存在隱患。

2）在上述較大區(qū)域中，56 m，94 m，112～136 m，144～148 m，164～168 m，182～186 m，198～201 m，224～236 m，252～280 m 等處，深度在 1～5.2 m 范圍內(nèi)，壩體視電阻率呈孤島型，與附近壩體視電阻率差異較大，表明存在明顯隱患，壩體材料中或者有大的塊石，或者有大的孔洞存在，或者填筑非常疏松。

3）0～48 m藍(lán)色顯示電阻率較低，是坡道處填筑土質(zhì)較好。

4）0～20 m測線開始段下方埋深7 m以下電阻率很高，為山體巖石的反映。

5）深度7 m以下電阻率普遍較低，為土質(zhì)較好和濕度較大。

6）從觀測起點110 m開始，整個壩體在1～5.2 m深度范圍內(nèi)，壩體視電阻率普遍較高，表明壩體原構(gòu)筑材料很不均質(zhì)或存在孔洞，應(yīng)引起高度重視。

3 處理措施

根據(jù)上述探測成果，分析得出，通過方案比較，最終確定對上部壩體進(jìn)行灌漿處理，以解決大壩頂部壩體疏松或者存在孔洞問題，以提高壩體密實度，防止壩體產(chǎn)生不均勻沉陷，確保水庫在高水位下正常運(yùn)行。

3.1 灌漿布置

灌漿在壩頂進(jìn)行，設(shè)計灌漿深度6.5 m。灌漿范圍自溢洪道右邊墻始至右壩端止，兩排孔，孔、排距均為2.0 m。第Ⅰ排孔位于壩軸線上游，距壩軸線0.5 m。第1孔距溢洪道右邊墻1.0 m，余孔按間距2.0 m排列。第Ⅱ排孔在第Ⅰ排孔下游2.0 m，第1孔距溢洪道右邊墻2.0 m，余孔按間距2.0 m排列。

要建立相對應(yīng)的管理體制，加強(qiáng)各個部門之間的溝通聯(lián)絡(luò)，對于各項規(guī)范要求一定要全面貫徹落實，對于施工過程中可能出現(xiàn)的特殊情況在第一時間進(jìn)行分析，做出相對應(yīng)的預(yù)防措施，對于施工的全過程進(jìn)行全面的管理，徹底杜絕因為施工方操作不當(dāng)所引起的事故產(chǎn)生。

3.2 灌漿順序及方法

1）灌漿分排、序施工，按Ⅰ排1序--Ⅰ排2序--Ⅱ排1序--Ⅱ排2序的順序進(jìn)行。

2）采用低濃度泥漿護(hù)壁循環(huán)鉆進(jìn)方法造孔，孔徑不小于60 mm。

3）采用“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)”灌漿法，根據(jù)造孔中所見壩體情況進(jìn)行“自上而下分段灌漿”或“全孔灌漿”。

①造孔過程中遇有大孔洞或有循環(huán)液嚴(yán)重漏失現(xiàn)象時，不拘段長立即灌漿，符合灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行下一段鉆孔。

②不出現(xiàn)①情況，造孔至設(shè)計孔深，全孔灌漿。

3.3 灌漿壓力

設(shè)計灌漿壓力0.1 MPa。灌漿前進(jìn)行試驗，驗證和調(diào)整灌漿壓力，取得合適的灌漿壓力值。

3.4 灌漿材料及漿液配比

灌漿時使用粘土水泥漿液，粘土水泥干料重量比為4∶1。水泥使用質(zhì)量符合要求的普通硅酸鹽水泥，粘土使用當(dāng)?shù)卣惩?，要求篩除砂粒。制漿用水使用對混凝土無腐蝕性的清潔水。

漿液配合比在3.2（3）①種情況時，漿液水灰比為 1∶1 或 0.5∶1。即當(dāng)水灰比 1∶1 漿液吸漿量大于1 000 L/min時，將漿液水灰比變換為0.5∶1直至灌漿結(jié)束。在3.2（3）②種情況時，漿液水灰比為1∶1。

3.5 灌漿結(jié)束及封孔

設(shè)計壓力下吸漿量小于1 L/min時，延續(xù)30 min結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后及時封孔，封孔采用濃漿注入方法。24 h后對孔內(nèi)濃漿析水沉淀而空出的部分，投入水泥球或粘土球填充并搗實封堵。

3.6 灌漿質(zhì)量檢查

設(shè)計數(shù)量為灌漿孔10%的檢查孔做注水試驗以檢查灌漿質(zhì)量，合格標(biāo)準(zhǔn)為k≤1×10-5cm/s。

4 結(jié)論

采用高密度電阻率法對菩薩廟水庫大壩隱患進(jìn)行了探測，基本摸清了大壩壩體的隱患及其分布情況，通過探測數(shù)據(jù)的反演分析，分析結(jié)果與壩體實際開挖所發(fā)現(xiàn)的隱患狀況基本吻合，結(jié)果令人滿意，為水庫大壩除險加固提供了技術(shù)支持。