于桥水库大坝坝基质量分析及评价

摘要：在分析于桥水库大坝坝基地址条件的基础上，通过对大坝设计、施工、勘探试验资料、安全监测与隐患探测资料的分析，揭示了在特定区段或坝基存在渗流安全隐患的问题，为做好水库大坝坝基处理提供了参考。

关键词：坝基；勘探；监测；评价

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：1672-9900（2011）02-0076-03

于桥水库位于天津市蓟县城东4km的蓟运河左支州河上，水库控制流域面积2060km2，总库容15．59亿m3，是一座以防洪、城市供水为主，兼顾农业灌溉、发电等综合利用的大（Ⅰ）型水库。该工程包括大坝、泄洪洞、溢洪道和发电站等，工程于1959年12月开工，1962年大坝和泄洪洞完工。大坝为均质土坝，当时大坝坝顶高程27．5m（大沽高程，下同）最大坝高22．75m，坝顶长2215m，总库容为13亿m3，设计防洪标准为100a一遇，实际防洪能力为500a一遇，校核标准为1000a一遇。1976～1982年对大坝进行加高，水库库容为15．59亿m3，最大坝高24．00m，坝顶高程28．72m，坝长2222m。

2001年，天津市水利水电勘测设计研究院对大坝进行防洪标准复核，正常蓄水位21．16m，100a一遇设计水位24．60m，1000a一遇校核洪水位25．62m，PMP校核洪水位27．72m，死水位16．68m。

1 坝基地质条件与处理

1．1 坝基地质条件

于桥水库位于蓟县燕山山前平原边缘的山间州河盆地中，四面环山，东北高，西南低。大坝位于盆地的西缘，右坝肩为小凤凰山残丘，大坝左侧与2级、3级阶地相连，州河经过于桥水库后进入华北平原，两岸基岩裸露。

坝基为震旦系蓟县石灰石组成，裂隙发育，风化程度深，属强透水层，除坝肩两侧山体和主河槽左侧残丘岸坡出露基岩外，其余都被第四系冲、洪积物所覆盖。坝基地层自上而下分为两大层：第四系冲洪积层和中元古界蓟县系雾迷山组地层。

1．1．1 第四系冲洪积层

坝址区为冲洪积扇，呈复杂的透镜状结构。区内有各种不同的第四系沉积层，覆盖在基岩之上，厚度变化较大。坝区第四系沉积岩层较复杂，主要有砂层、淤泥质砂壤土和淤泥质壤土、砂卵砾石、粘性土层，以及含砂卵砾壤土、粘土。

1．1．2 中元古界蓟县系雾迷山组地层

该层以硅质灰岩为主，夹有泥质灰岩与石灰岩互层，同时局部钻探可看到大理岩和辉绿岩。防渗墙轴线上钻孔揭露的岩性主要有硅质灰岩质、泥灰岩、大理岩、辉绿岩4种。岩石受构造影响，节理极为发育，岩石破碎，钻进中，硅质灰岩段常出现掉块和严重漏水．悬空岩心获得率也很低，占23％～36％，单位吸水量一般均较大。

1．2 坝基处理

于桥水库坝基开挖工程自1959年12月动工。初期采用铺盖防渗处理，但施工中未对坝基进行彻底处理，给工程带来了较多后患。碾压土段，坝基为深厚的粘性土，未进行处理；水中倒土段，坝基为砂砾石和粘土的交替冲积层，厚度较大，开挖困难，故只采用加厚天然铺盖防渗，并开挖截水槽延长渗径。

河床北岸（0＋900～1＋935）有深厚达6m的粘土层，只开挖0．3～0．5m厚，挖去腐殖土层及清除树根、草根等杂物，然后开始填筑。河床南岸（0＋000～0＋668）残丘段处理方法与北岸阶地的处理方法一致，开挖0．5m，清除表层土。

上游铺盖除主河床部分基本达到设计厚度外，台地段厚度均达不到设计要求。1＋250～1＋750段人工铺盖厚度仅0．2～0．5m。由于水库建设初期受历史条件影响和施工条件限制，大坝工程质量差，基础防渗处理不彻底，造成了坝基渗漏。

2 大坝历次除险加固

因坝基防渗处理不完善，大坝自1962年建成以来，分别于1976～1983年、1995～1996年和2001～2003年进行了3次除险加固。

2．1 第1次除险加固

第1次除险加固自1976年开始，1983年完工，大坝加高1．2m，共对1430m长坝基进行了加固。

2.1.1反滤压盖

回填坝后渗水池，池底铺反滤层，并压重（顶高程22．00m）。

2.1.2减压沟井

1＋280～1＋850坝址下游新建减压沟，1＋280～1＋340新建7个减压井（准＝0．8m）。

2.1.3坝基防渗墙及灌浆

0＋500～0＋700坝段帷幕灌浆，0＋700～0＋830坝段混凝土防渗墙，0＋830～1＋930坝段接触灌浆。

2．2 第2次除险加固

第2次除险加固自1995开始，1996年完工。内容包括：采用以高喷防渗为主要截流措施，同时配合坝后局部压重、反滤措施的处理方案。1＋250～1＋750（长500m）坝段高喷防渗墙，轴线设置在距坝轴线上游13．5m处，高度8．5～14．5m，厚度25cm，防渗墙面积为5570m2。同时对其余坝段采取一定的压重和反滤措施。

2．3 第3次除险加固

第3次除险加固自2001开始，2003年完工。

2.3.1接触灌浆

0＋050～0＋250段进行接触灌浆，长度200m，孔距1．5m，平均孔深14m，接触带上下各2m范围内进行灌浆，灌浆面积880m2。

2.3.2混凝土防渗墙

0＋830～1＋250段采用混凝土防渗墙，长度420m，中心线距坝顶轴线13．5～14．7m，设计墙厚0．6m，设计标号C10，设计墙顶高程16m（插入坝体2～3m），底部深入基岩1．5m，高程16～24m之间回填粘土水泥。最大墙深50m，最小墙深25m，平均墙深37．5m，处理面积17610m2。

2.3.3帷幕灌浆

1＋250～1＋400段采用3排帷幕灌浆，排距1．5m，孔距3m，灌浆采用梅花型布置，施工中心线距坝顶轴线15．2m，设计帷幕顶高程5．0m（与上部的高喷防渗墙向衔接），底部深入基岩1．5m，帷幕最大深度30m，最小深度19m，平均深度24．5m，处理面积5280m2。

2.3.4补喷加固

对1＋400～1＋500段拟采用补喷加固，在施工中心线距坝顶轴线15．7m，采用微摆折线设计型式，摆角20°，设计厚度0．25m，孔距1．2m，设计防渗体顶高程16．0m，底高程5．0m，处理面积1375m2。

2.3.5高压喷射灌浆

对1＋750～1＋870段拟采用高压喷射灌浆，设计加固中心线距坝顶轴线14．7m，采用微摆折线设计型式，摆角20°，设计厚度0．25m，孔距1．2m，防渗体设计顶高程17．5m，设计底高程11．0m，处理面积608m2。

3 坝基渗流监测资料分析

于桥水库大坝监测设施自运行以来，2003年10月24日至2010年7月9日，近6年的观测已取得了较丰富的监测数据成果。

3．1 0＋850断面和1＋130断面

此断面均位于水中倒土填筑和采用混凝土防渗墙段，0＋850断面B0850AA测点与上游水位相关性一般，而B0850BA测点与上游水位基本不相关，坝基2个测点的渗流压力水位与上游水位存在相关性，但其水位值较低，1＋130断面的坝体各测点渗流压力水位与库水位相关，位于第1透水层的各测点，除了位于防渗墙前的测点B1130EB外，其他各测点的渗流压力水位与上游水位的相关性相对较小，其值相对较小；位于第2透水层的各测点的渗流压力水位普遍要稍高于第1透水层的水位；位于第3透水层的2个测点分别位于防渗墙前后，防渗墙防渗效果明显。

3．2 1＋300断面和1＋650断面

此断面位于采用高喷防渗墙的坝段。1＋300断面各测点水位相对较高，基础的测点与上游水位的相关系数相对较高，坝体各测点与上游水位的相关系数较小，且受降雨的影响较小；1＋650断面各测点与上游水位的相关系数均较高（除D1650DB外，位于下游坝脚、透水层内），且各测点的渗流压力水位均相对较高，高喷防渗墙的防渗效果比混凝土防渗墙坝段防渗效果差。

4 坝基防渗质量

于桥水库填筑时，由于受当时技术、环境等条件的限制，坝基处理不彻底。1976年以来，历经3次大坝除险加固，采用了混凝土防渗墙、高喷墙、帷幕灌浆、压重和减压沟井等措施，同时在上游局部坝段还采用了防渗铺盖等措施。

4．1 防渗墙

4.1.1截断坎基透水层

从加固前后大坝运行性态、观测资料对比来看，1＋250以左采用的混凝土防渗墙截断整个坝基透水层的防渗效果满足设计要求，主要体现在：①全截断式混凝土防渗墙；②防渗墙连续成墙质量满足设计要求；③防渗墙前后的测点水头有较大跌落；④坝体自由面较低，坝后出逸现象消失，坝后坡表面排水沟无渗水现象；⑤坝基测点承压水头较低。

4.1.2高喷墙和接触灌浆

1＋250以右采用的高喷墙和接触灌浆措施，渗控效果不明显，实际防渗效果没有达到设计要求。主要体现在：①悬挂式防渗墙未能截断整个坝基透水层；②高喷墙成墙质量存在一定缺陷，防渗效果不满足设计要求；③防渗墙前后的测点水头变化不大；④坝基测点承压水头仍较高；⑤1＋550～1＋650坝段下游坡存在明流渗漏，渗水出露高程随库水位升高而升高。

4．2 帷幕灌浆

基岩的帷幕灌浆施工质量基本达到设计要求，起到一定的防渗作用。但帷幕灌浆在坝段上的不连续，局部坝段漏水仍然较为严重。

4．3 下游压重

根据施工资料，下游压重措施一般采用透水料，可起到压重作用，有效抵抗承压水产生的上浮。但因1＋250以右坝段承压水仍较高，因此压重范围需进一步核算。

4．4 上游铺盖

上游铺盖主要为天然铺盖，根据多次勘探成果，表层覆盖土层具有类似黄土的垂直裂隙发育特性，渗透性大多在10～4cm/s以上，不具备防渗性能。加之施工中对该层具有一定程度破坏，因此上游铺盖防渗作用甚小。

4．5 减压沟井

1＋250以左采用的混凝土防渗墙截断整个坝基透水层，防渗效果满足设计要求。而1＋250以右采用的高喷墙措施未截断整个坝基透水层，成墙质量存在一定缺陷，防渗墙前后的测点水头变化不大，坝体自由面较高，出逸现象依然存在，实际防渗效果没有达到预期目的：①部分坝段防渗措施仅深入坝体内2～3m，高水位情况下，溢流能越过防渗墙顶部向下游渗透，抬高坝体浸润线，造成下游坡出逸；②减压沟大部分未深入第一透水层，起不到有效的减压效果。

5 结语

于桥水库大坝坝基加固型式主要以混凝土防渗墙、水泥帷幕灌浆、下游压重、上游铺盖、减压沟井为主，相比较而言，帷幕灌浆技术投资少。通过隐患探测、钻孔试验及监测资料分析表明，该区或坝基存在渗流隐患，故今后有必要着重提出坝基渗流治理方案加以解决。

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［作者简介］王立国（1980－），男（汉族），天津蓟县人，助理工程师，主要从事工程管理工作。