凤翔县姚家沟水库大坝背水坡渗水湿润分析

毋珺婷 兰海生

（凤翔县横水河灌溉管理处 陕西 凤翔 721400）

1 工程概况

姚家沟水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的Ⅳ等小（一）型水利工程，属丘陵区，主河槽长6.08km，平均比降41.3‰。水库位于渭河水系漆水河韦水一级支流横水河流域的姚家沟河中游，地处凤翔县姚家沟镇北1.5km处的姚家沟境内。水库控制流域面积13km2，总库容207.3万m3，有效库容90.1万m3，滞洪库容53万m3，设施灌溉面积1.59万亩。

姚家沟水库1958年动工兴建，1960年5月竣工并投入运用。水库枢纽工程由碾压均质土坝、放水洞、溢洪道三部分组成。坝顶高程917.10 m，坝顶宽18.0 m，坝基宽65 m，坝顶长124 m，最大坝高31.5 m，坝后为贴坡反滤排水体，顶部高程894.7 m，坝基为粘土梯形截渗槽防渗,截渗槽深6.5 m，底宽2 m，上口宽16 m～17 m，边坡1∶1。城门洞型放水洞位于大坝右侧，进口高程905.40 m，出口高程900.15 m，设计流量0.3m3/s；溢洪道宽顶堰，总长225 m，堰顶高程912.50 m。洪水标准为30年一遇设计，300年一遇洪水校核。2010年测淤后，淤积面高程905.62 m，有效库容77万m3。

姚家沟水库属三边工程，工程设施不配套，防洪标准低。自建成投运以来，溢洪道未砌护不能满足防洪要求，一直低水位运行。2009年10月实施除险加固项目，完善了枢纽工程设施，改善了管理设施，改建了溢洪道，提高了防洪标准，建立健全了大坝观测和水文监测制度，坚持常态管理和规范化管理，明确了职能和职责，制订了相应的管理制度，水库工程运行正常。水库蓄水位才由原来的低水位907.0 m逐渐蓄水上升，2013年2月19日库水位达到911.67 m，相应库容69.4万m3，但一直未达到正常高水位912.5 m。

2 工程区地质

2.1 地形地貌

水库枢纽区河流近南北向发育，谷底宽40 m～50 m，发育有河流一级阶地，呈条带状分布于河床右岸。右坝肩黄土斜坡比较平直，左坝肩呈鼻形突出，边坡鼻形突出部分为老堆积体。堆积物以粉质壤土夹钙质结核为主，根据工程类比分析基本稳定。

2.2 地层岩性

水库枢纽工程揭露底层均为第四系堆积，根据地层地质资料从上而下为：人工堆土（Q4mL），由粉质壤土和钙质结核构成，灰黄、土质疏松，为水库施工弃土；人工填筑土（Q4S）,灰黄色-褐黄色，以粉质壤土为主，土质均匀、可塑，为大坝填筑碾压土；第四系全新统坡积层（Q4dl），灰黄色粉质壤土；第四系全新统洪坡积层（Q4pl+dl），褐黄色粉质壤土；第四系全新统滑坡积层（Q4del），灰黄色-天棕红色，以黄土状壤土夹钙质结核为主，疏松可塑；第四系全新统早期冲积层（Q4lal），按岩层分为三个亚类，上部粉质壤土，褐灰色-褐黄色，下部砾卵石层，灰黄色-锈黄色；上更新统风积层（Q32eol），黄土、灰黄、疏松、多孔；下更新统风积层（Q2eol），黄土状壤土，灰黄、浅桔黄色，土质均匀、质密。

表1 测压孔位置布置表

2.3 水文地质

水库枢纽区地下水属第四系孔隙潜水，受大气降水补给，含水层有Q2黄土状壤土，渗透系数K=2.4×10-4cm/s～3.4×10-4cm/s,弱透水；Q4粉质状壤土,渗透系数K=1.01×10-4cm/s,中等透水；砂卵石渗透系数K=20cm/s～30cm/s,强透水。根据《水利水电工程地质勘查规范》(GB50287-99)水质评价标准，库水及地下水对砼无腐蚀性。

3 大坝背水坡渗水湿润问题分析

姚家沟水库出现坝体背水坡湿润渗漏现象后，根据现场观测，浸润线出水处位于沿坝轴线，桩号B 0+050～B 0+096横断面之间，具体位置在背水坡戗台高程901.70 m以下处，浸润面积约为150m2，长约为31 m，宽约为4.85 m。浸润面出水最高点高程900.315 m，最低点高程898.101 m。

在坝前水位均为911.67 m的工况下，根据测压孔高程观测记录分析坝体内实际浸润线，测压孔共两组，每组各三个孔，数据如表1。

由现场观测测压管水位绘制的两个横断面位置实测浸润线，浸润面出水范围位于沿坝轴线方向，浸润面出水最高点高程900.00 m，出水最低点高程891.978 m。

根据坝体内地质勘探及试验渗透系数数据中渗透系数较大的区域主要集中在坝体内高程900.000 m～906.000 m之间。

通过观测成果及背水坡脚排水棱体察勘分析，经近三月的观测浸润范围无明显变化，浸润面无明水，属坝体渗水。坝前水位相同，但坝体上游迎水面两断面的渗流量明显有差异，B 0+050 m断面渗流量远小于B 0+096，坝体上游B 0+096 m断面填筑效果较B 0+050断面差，坝体上游部分填筑不均匀；实测的两断面渗流曲线溢出点均位于坝体下游排水棱体以上，且B 0+096 m断面渗流曲线溢出点低于B 0+050 m断面渗流曲线溢出点。

由于土坝均具有一定的透水性，散粒体结构颗粒间存在大量孔隙，水库蓄水后库水位将通过孔隙向下游渗透，因此在大坝下游出现少量清水渗透现象是正常的。但当渗透水流的渗透坡降超过一定限度时，水流将逐渐带走坝身或坝基土体中的细小颗粒，致使坝体产生具有危害性的渗透变形。在渗流作用下在背水坡出逸点以下土体湿润或发软，就会有水渗出的现象。在高水位水流作用下，背水坡由于抗剪强度降低或临水坡水位骤降引起滑坡裂缝；当库水位升高渗透坡降大于地基表面弱透水层允许的渗透坡降时，即在坝体背水坡脚或较远的地带发生渗透破坏，如不及时处理有可能发展为管涌或滑坡等，严重威胁大坝安全运行。

4 防渗加固措施

姚家沟水库大坝是人工堆筑成的长条形土料建筑物，为梯形断面，由于受多种自然因素的影响，常出现一些不稳定现象。如果向不稳定的堤段造孔并向孔内注浆液，加上浆液自重因素，使堤体沿轴线方向形成一道或数道粘土帷幕，则可达到消险固堤的作用。此种技术在土坝坝体加固除险中具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点。

因此根据姚家沟水库现有地质勘探资料及大坝背水坡湿润渗水产生的原因分析，经多方调研和论证，确定防渗加固方案为在坝顶沿轴向进行全断面劈裂式灌浆，形成纵向防渗墙，防渗加固仅在坝顶施工。劈裂灌浆是利用堤身的最小主应力和堤轴线方向一致的坝体应力分布规律，根据土体水力劈裂的原理，顺堤向布孔，在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制力地劈裂堤身。在灌浆压力作用下，裂缝沿自重应力与主应力差值较大的纵轴线方向迅速发展，自然形成自上而下的纵向劈裂。在劈裂未及坝顶之前，其周为一封闭空间，灌浆在自重和泵压力作用沿裂缝周围土体孔隙，裂缝、孔洞或软弱夹层内渗透、填充。通过低压浆液的不断有效灌渗，形成铅直连续的防渗泥墙，堵塞裂缝、孔隙或切断软弱层，以达到防渗加固的目的。

姚家沟水库背水坡出水湿润范围位于桩号B 0+050～B 0+096横断面之间，因此此区域作为灌浆重点区域。其灌浆范围为右坝坡至左坝肩溢洪道的全断面，其中湿润渗漏及左坝肩滑积层区向两侧扩展5 m（桩号B 0+045-B 0+150）。考虑坝前淤积土压力，布孔沿坝轴线布置，于坝轴线上游侧2 m处与坝轴线平行，采用单排孔，孔距10 m，到浸润面处加密孔距2 m～3 m，灌浆孔深入到坝体下或滑积区2 m，布孔27个，灌浆长度685 m，检查孔段68.3 m。

5 质量保证措施

（1）考虑到坝身应力，应安排在不挡水的枯水期进行施工，同时应进行坝身变形、裂缝等观测，避免贯穿性横缝产生。

（2）应确定专人负责，所有材料必须进行周期性控制试验及抽检，全面控制灌浆质量。

（3）严格按照规范要求施工，确保坝体灌浆期的安全，以及灌浆的质量和效果。

6 结语

灌浆防渗完成后经过一段时间等浆完全析水固结后，随机对灌浆部位进行开挖、检验粘土墙质量。经检验，现场在坝体沿坝轴线方向形成数道粘土帷幕均符合设计规范标准。沿坝体轴线方向的粘土帷幕能使坝体的浸润线骤然降低，有效地降低了水向背水坡脚的渗水，治理渗漏面积约200m2，使库区渗漏点得到了有效治理，减少了渗漏量，节约了水资源，大坝安全隐患基本消除，同时也提高了坝体的稳定性。

凤翔县姚家沟水库大坝背水坡渗水湿润面发生后，从发现问题，分析原因，研究对策，制定方案到治理措施实施，整个过程充满探索，几经周折，最终排除了影响水库安全的隐患，同时也给水库管理工作提供了许多珍贵的经验教训，今后必须重视水库管理工作，保障其安全、良好的运行，发挥水利工程应有的效益。