月岭山水库除险加固后需研究的几个问题

月岭山水库除险加固后需研究的几个问题

月岭山水库除险加固后需研究的几个问题王学武（山西省水利水电工程建设监理公司，太原030002）摘要：长治市月岭山水库除险加固工程已于2004年结束并投入正常运行，但是仍然有一些技术问题需要做进一步的探讨与研究，本文的意图就在于此。关键词：月岭山水库.除险加固.研究中图分类号：TV698文献标识码：B1．工程简况月岭山水库位于山西省沁县故县镇徐村以东，是海河流域浊漳河西源主要支流白玉河上的控制性工程，坝顶长376m，最大坝高16.5m，最大坝宽124m，总库容2111万m3，是一座具有防洪、灌溉、养殖等综合效益的中型水库，水库枢纽由大坝、溢洪道（左右岸防洪道）和输水洞组成，工程于1958年动工建设，年底蓄水运行，并于1963-1966年对溢洪道工程进行了改建。除险加固前兴利水位和汛限水位为高程944.5m，低于设计兴利水位高程947.5mm，正常运用设计洪水标准为20年一遇（P=5%），非常运用校核洪水标准为50年一遇（P=2%）。2．除险加固过程2．1水库枢纽存在的问题月岭山水库建成运行以来，为保护208国道，太焦铁路线及下游村镇发挥了作用，与下游的后湾水库（大Ⅱ型）联合调度，有效减轻了浊漳西源干流的防洪能力，对当地的生态环境建设和工农业生产做出了应有的贡献，发挥了一定的经济效益和社会效益。尽管如此，水库枢纽仍存在如下的的问题：大坝防洪能力达不到现行规范的要求；溢洪道无控制设施，兴利水位只能限制为944.5m，影响水库兴利调节和效益；溢洪道泄量不能满足水库泄洪要求；灌溉输水洞渗漏严重影响到坝体的安全；大坝运行缺乏必要的雨情、水情自动测报系统，监测设施需补充更新；水库抢险道路标准低，雨季无法通行等，水库带病运行严重影响了水库效益的正常发挥。2．2除险加固设计n受水库管理站委托，长治市水利勘测设计研究院对月岭山水库进行了除险加固工程设计，主要设计内容包括：1)对坝体进行劈裂灌浆；2)坝体护坡改造，增设防浪墙；3)右岸溢洪道拓宽改建，并增设阀门控制（取消左岸溢洪道）；4)输水洞防渗处理及设备更新；5)增设大坝观测设备，水情测报系统；6)整修防水抢险道路并加宽坝顶。除险加固完成后总库容为2452万m3，，死水位944.8m，死库容115万m3；汛限水位945.5m，对应库容184万m3；正常蓄水位947.5m，对应库容500万m3。正常运行洪水标准50年一遇，设计洪水位948.98mm，非常运行洪水标准1000年一遇，校核洪水位为950.39m，有效库容1448万m3，防洪库容1864万m3。2.3除险加固工程施工月岭山水库除险加固工程从2003年5月开始进行，经过建设单位、设计单位、监理单位和施工单位的共同努力，工程于2004年底顺利结束，完成的项目包括：1)坝体充填灌浆（原劈裂灌浆的设计变更）；2)坝体坝坡改造及防浪墙；3)右岸溢洪道拓宽改建，增设平板钢闸门；4)输水洞灌浆及设备更新；5)大坝观测设备；6)防汛抢险道路改造加宽。通过本次除险加固工程建设，基本达到了设计的目的和要求。3.需研究的几个问题3.1坝体干容重偏低问题月岭山水库是一座水中倒土均质坝，土质以中粉质壤土为主，兼有轻粉质和重粉质壤土。由于当时施工方法的局限性以及缺乏施工经验，同时也为了赶工期、赶进度，每层填土厚度为0.6～0.8m，厚度过大，以致干容重偏低。1958年、1961年、2001年、2004年曾四次对坝体进行了勘探取样试验。结果见表1。n表1取样年份取样部位干容重/（kN/m3）取样数量/（m）取样方法1958主坝段14.5-15.1278—副坝段14.6-15.216119611﹟探井15.35—2﹟探井15.393﹟探井15.3102001坝顶13.8-17.8--坑探表面冻土层下主坝下游坡14.5-15.8--副坝下游坡11.7-13.4--2004主坝段15.1-17.218钻机冲击、回转，取样深度3.4～14.3m副坝段15.0-17.56试验结果表明坝体平均干容重为15.2kN/m3，基本满足要求，但平均指标偏低，填土质量不均匀，坝体质量较差，坝体下部质量较好，坝体上部质量较差，副坝段比主坝体质量差，尤其以坝体外部为甚（2004年取样试验采用钻机冲击及回转，对试验数据有一定影响）。坝体干容重不均匀和偏低的问题，在土坝蓄水运行后，将有可能引起较大的不均匀湿陷，甚至有可能产生裂缝。3.2坝体渗透系数差别大的问题1961年、2001年、2004年三次对坝体取样进行试验，结果如下：1961年的渗透系数是1.13×10-7～7.57×10-7cm/s；2001年的渗透系数是1.30×10-4～5.4×10-4cm/s；2004年的渗透系数是1.4×10-6～3.2×10-6cm/s。坝体三次试验的渗透系数各不相同，且相差大，1961年的渗透系数比2001年的小A×10-3cm/s，2004年的渗透数比2001年小A×10-2cm/s。n本次除险加固设计对坝体进行劈裂灌浆，共3排，沿坝轴线一排，上下游各一排，排距上游为0.7m，下游为1m；孔距5m，主坝段孔深12～16.5m至基岩，副坝段孔深8～15m（深入坝基3～8m），灌浆目的就是沿坝纵向劈裂形成三排防渗体，解决坝体的渗透系数编低问题，然而在施工过程中曾数次对代表性的坝段进行劈裂灌浆，均未成功，最终只得放弃这一方案。另外，分析对坝体进行的三次渗透系数的取样试验，一方面表明坝体的渗透系数偏大，如：1961年的A×10-4cm/s；参照碾压式土石坝设计规范（因本坝为水中倒土坝，与碾压式土石坝没有可比性，此处仅作一比对），设计规范要求的渗透系数（均质坝）小于等于1×10-4cm/s，笔者参阅了部分碾压式均匀土坝的资料，渗透系数多为A×10-6cm/s，如果大坝的渗透系数确为A×10-4cm/s，则大坝进行防渗透处理是必要的；另一方面，1961年和2004年的取样试验则表明，坝体的渗透系数为A×10-6cm/s～A×10-7cm/s，又说明坝体防渗效果很好，若如此，坝体灌浆防渗似乎又没有必要，这一点又与坝体干容重偏低相矛盾，一般来说，坝体干容重高，防渗就好，干容重低，防渗则差。渗透系数如此大的差别，除了可能与勘探取样方法有关外，说明对于大坝坝体的渗透质量问题仍没有摸清和掌握。3.3坝体含水率偏高问题1958年、1961年、2001年、2004年取样试验的含水量结果见表2。表21958年、1961年、2001年、2004年取样试验的含水量结果年份（年）取样部位含水率/（%）取样数量/（m）取样方法1958主坝段23.1-24.4278—副坝段19.1-23.416119611﹟探井20.05—2﹟探井22.393﹟探井23.2102001坝顶14.7-15.5—坝体表面冻土层下主坝下游坡17.0-18.6—副坝下游坡12.9-14.9—2004主坝18.3-25.59n取样深度3.4～14.3m主坝21.1-26.99副坝14.8-21.76从试验资料分析,2001年的取样因深度较浅，含水率较小，不能说明整个坝体的含水率情况，1958年、1961年、2004年的取样实验能基本反映坝体的含水率情况，尤其是2004年的取样实验，主坝段含水率在18.3%～26.9%之间（副坝段略小），坝体水位线以上含水率小，坝体水位线以下含水率大，钻机钻孔取样时，下部坝体钻孔缩孔现象严重，强烈扰动后成软泥，尽管钻进与取样连续进行，当钻井完成后，提钻进行取样时，孔壁缩孔已造成钻头下不到取样深度。另外，坝体含水率变化表现出一定的规律性，即深度0～4m，含水率＜16%；深度4～7.5m，含水率18%～22%；深度＞7.5m，含水率＞23%。本次钻孔取样时坝体内水位在7.5m深度附近，说明含水率在接近水位时开始增大，水位以下明显增大。3.4坝体排水棱体不健全问题主坝段下游坝坡设计有排水棱体，而副坝段下游坝坡则没有排水棱体。由于水库改造后正常蓄水位将比改造前提高3m，浸润线也将提高，且坝体干容重偏低，渗透系数偏大（按2001年的试验值A×10-4cm/s），投入运行后，将可能影响副坝下游坝坡的安全与稳定，甚至在长时间蓄水运行情况下，有可能引发下游坝坡管涌和失稳，在本次改造过程中，副坝下游无排水棱体的问题，也未得到解决。3.5大坝蓄水运行问题月岭山水库大坝自1958年建成以来，因溢洪道没有控制闸门，水库运行基本上是来多少水泄多少水，仅在溢洪道底板高程944.5m以下的来水得以拦蓄，即正常挡水位为944.5m高程，改造后水库设计洪水位948.98m高程，校核洪水位950.77m高程，正常挡水位947.5m高程。水库运行40多年来，大坝虽然已经历了自然的沉降稳定，但从未经历过正常蓄水位和设计洪水位的考验，一旦水位升至正常蓄水位并保持长时间运行，坝体还会进一步沉降直至稳定，在沉降过程中坝体也可能会发生裂缝等问题，大坝在1989年和1998年运行过程中曾出现过横向裂缝和前护坡沉陷现象，2001年蓄洪过程中库区左岸台地距大坝不远处局部段出现冒泡现象，水位降低后，冒泡现象消失，本次改造设计对上下游坡的稳定进行了分析计算，结果是安全的，但改造完成后在正常蓄水位和蓄洪n运行过程中，应予重视。3.6溢洪道引渠段不顺直问题本次改造过程中，为减少溢洪道引渠段的石方开挖工程量，节省投资，溢洪道闸室前面的引渠段设计为弧形弯曲段，向大坝方向弯曲。改造完成后左岸的溢洪道取消，右岸溢洪道拓宽改造成为唯一的泄洪通道,弯曲的引渠段会影响溢洪道的过流和泄水，尤其在泄洪过程中。4.建议1)坝体干容重偏低问题，若考虑确实有必要进行处理，建议对坝体进行强夯处理，以提高坝体的干容重。这一方法在横泉水库旧坝体强夯处理中效果显著，值得借鉴，其原理就是土的一种动力固结法。2)渗透系数差别大的问题，需进一步对坝体进行取样试验，摸清坝体的实际渗透情况，若有必要处理，建议用高喷灌浆法进行坝体的防渗处理，为节约投资可用摆喷法。3)坝体含水率偏高问题，建议采用上堵下排法，上游坝坡增设土工防渗布，下游坝坡可视情况增设一排水平排水孔内部填充反滤料，以加强下游的排水，水平排水孔高程可定为943m左右。因本次改造时主坝后坝坡已回填至943m高程，主坝段的水平排水孔造孔困难，可考虑在主坝段下游坡垂直坝轴方向平行布置多排垂直向排水槽，高程934.3～943.0m，内填反滤料将主坝段的渗水引出坝体之外。4)坝体排水棱体不健全问题，建议尽快增设副坝下游坡的排水棱体，以利于坡角的稳定和排水，避免长时间蓄水运行时对下游坝坡产生的不利影响。保证大坝的安全与稳定。5)大坝蓄水运行问题，建议加强大坝的位移观测、沉降观测、浸润线及渗流量观测以及外表的裂缝、塌陷、泉眼、冒水等观测，发现问题及时处理。在汛期，更要加强、加密观测次数，确保大坝的安全运行，尤其是改造后初期蓄水的前几年。6)溢洪道引渠段不顺直问题，建议有条件的话将引渠段前部的石方予以挖除，把引渠段取直，以利于溢洪道的过流和泄水，尤其是在大洪水时更显得有必要。[作者简介]n王学武，男，1964年生，1987年毕业于太原工业大学水利系，高级工程师。[收稿日期：2008-02-25]SomeLeftProblemsNeedingtoBeStudiedafterCompletingtheDanger-removingandConsolidingProjectofYuelingshanReservoirWANGXue-wuAbstractThedanger-removingandconsolidatingprojectofYuelingshanReservoirhadbeencompletedin2004andhadgoneintooperation.Butsomeproblemswereleftyetandneedtobestudiedfurther.Theseproblemsarepresentedinthisarticle.Keywords:YuelingshanReservoirDanger-removingandconsolidatingstudy