楊啟貴 周和清 劉加龍

摘要： 2018年8月，黃石市東方山水庫大壩發(fā)生最大達0.886 m? 3 /s的滲漏險情。結(jié)合東方山水庫大壩管道型滲漏險情的應急搶險和除險加固工程實例，分析了東方山水庫大壩滲漏發(fā)生原因，介紹了滲漏應急處置經(jīng)歷與措施、大壩除險加固措施等，并總結(jié)了應急搶險與除險加固的經(jīng)驗。實踐表明：采取輸水涵管泄水、水泵應急抽水、級配料封堵滲漏管道、壩腳滲漏出口區(qū)壓滲等應急搶險方法可有效避免東方山水庫大壩潰決，采取滲漏通道追挖回填、壩體防滲加固、白蟻滅殺等方法可對東方山水庫大壩進行有效除險加固。根據(jù)事后地質(zhì)勘探以及施工過程中揭露的實際情況推測，東方山水庫大壩管道型滲漏險情的主要原因是壩體結(jié)構(gòu)缺陷所致，也不排除白蟻筑巢和靜壓灌漿封孔質(zhì)量缺陷對滲漏通道形成的加劇作用。

關 鍵 詞： 土石壩; 滲漏; 應急搶險; 除險加固; 東方山水庫

中圖法分類號： ?TV698

文獻標志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.032

0 引 言

滲漏是土石壩最為常見的病害之一。張建云等? [1] 通過對3 230座病險水庫病害分類進行統(tǒng)計，指出病險水庫在防洪、滲流、結(jié)構(gòu)及抗震等方面存在多種病害，其中滲流問題最為普遍。譚界雄等? [2] 通過分析 1 744 座病險水庫，發(fā)現(xiàn)主壩型為土石壩的達到1 627座，占比 93.3% ，滲漏病險安全問題主要表現(xiàn)在長期滲漏、管涌、散浸以及流土，甚至壩腳沼澤化等方面。大壩滲漏不僅對水庫蓄水效益產(chǎn)生一定影響，同時也嚴重威脅土石壩安全;特別是發(fā)生大漏量滲漏（管道型滲漏）時，大壩有較大潰決風險，嚴重威脅下游人民生命財產(chǎn)安全。根據(jù)國內(nèi)外大壩安全失事原因統(tǒng)計，因滲漏安全問題導致失事比例高達30%～40%? [2] 。李宏恩等? [3] 對2000～2018年中國84起潰壩案例進行了統(tǒng)計分析，土石壩達到74座，因滲漏問題造成潰壩達38起。

土石壩因其結(jié)構(gòu)紛繁復雜、工作條件各異，滲漏表現(xiàn)形式千差萬別，滲漏源極具隱蔽性及滯后性，給大壩滲漏應急處置帶來極大的不便和不確定性。本文結(jié)合黃石市東方山水庫大壩管道型滲漏險情的應急搶險和除險加固工程實例，分析東方山水庫大壩滲漏發(fā)生原因，介紹滲漏應急處置經(jīng)歷與措施、大壩除險加固措施等，并總結(jié)應急搶險與除險加固的經(jīng)驗，以期為其他水庫大壩的除險加固提供借鑒。

1 工程簡介

東方山水庫位于湖北省黃石市鐵山區(qū)熊家境村，距黃石市區(qū)約15 km。原工程任務以灌溉為主，兼顧防洪、供水等綜合利用。設計灌溉面積200 hm 2，為800余人提供生活用水。影響下游3 000人、107 hm 2耕地和武九鐵路、106國道、東貝集團、大理石廠工業(yè)園、新下陸街等設施、企業(yè)和街道的安全。

東方山水庫總庫容125.86萬m? 3 ，主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水涵管，如圖1所示。大壩為土石混合壩，最大壩高33.21 m，壩頂高程219.90 m，壩頂長140 m。溢洪道位于右壩肩，為無閘開敞式寬頂堰，設計凈寬7.2 m，設計洪水位218.51 m相應下泄流量23.3 m? 3 /s。鋼筋混凝土輸水涵管位于大壩左側(cè)，內(nèi)徑0.63 m，管長73 m，設計泄流能力3.03 m? 3 /s，采用進口斜拉閘門控制。

東方山水庫于1975年9月動工興建，修建前未開展地勘，興建過程中壩高不斷增加，屬“三邊工程”。1978年填筑至高程210.66 m時，因壩體嚴重漏水而停工。1982年8月續(xù)建，1984年5月竣工。2011年1月水庫進行除險加固時，采取靜壓灌漿帷幕上接黏土鋪蓋完善防滲系統(tǒng)，2012年6月竣工驗收后重新蓄水。

2 大壩集中滲漏險情及應急搶險概況

2018年8月4日09：30左右，水庫管理員例行巡查時，發(fā)現(xiàn)大壩下游右側(cè)壩腳高程185 m左右（壩后地面高程184.31 m）出現(xiàn)滲漏，水體顏色渾濁，經(jīng)黃石市水利水產(chǎn)局專家現(xiàn)場研判，大壩存在潰壩風險。 10：00 ，水庫輸水涵管打開放水，并在大壩下游采取導滲措施，實測庫水位215.59 m，相應庫容92.29萬m? 3 ，輸水涵管泄水流量約0.7 m? 3 /s。

8月4日15：00，湖北省水利廳專家趕到現(xiàn)場并組織湖北省防汛搶險隊搶險。15：30時，滲漏流量約為0.213 m? 3 /s。18：00時，東方山水庫應急搶險指揮部成立并啟動Ⅱ級應急響應，黃石市主要領導擔任指揮長。18：30時，湖北省水利廳將重大汛情專報至長江防汛抗旱總指揮部（以下簡稱長江防總）。19：30時，搶險指揮部現(xiàn)場會商決定工程措施與非工程措施同步實施：在輸水涵管泄水措施之外，組織水泵抽水;采取在大壩上游右側(cè)壩面鋪設油布防滲;疏散水庫下游潰壩洪水風險區(qū)居民2 896人。23：30時，長江防總專家組到達搶險現(xiàn)場指導應急搶險工作。

8月5日02：00，滲漏流量約為0.3 m? 3 /s， 03：00 時增大到0.5 m? 3 /s，水流渾濁度略有變化。應急搶險指揮部連夜召開現(xiàn)場會商會，研究是否放棄除排水措施以外的工程搶險措施，以及繼續(xù)實施工程搶險措施的優(yōu)化方案。會議分析認為：① 水庫庫容小，利用已有輸水涵管放水，同時組織約1.5 m? 3 /s的水泵群抽排庫水，可有效降低庫水位;② 管道滲漏擴展至潰壩潰口前必然在上游壩面形成明顯的進水洞口，而水庫水頭較小，在洞口采用級配粗礫料“堵塞子”搶險，潰壩風險基本可控。根據(jù)長江防總專家的大壩除險加固經(jīng)驗? [4-6] 及現(xiàn)場實際情況，制定了“堵塞子”方案：在水面出現(xiàn)漩渦時，定位入滲口拋投袋裝碎石（每袋碎石體積約0.017 m? 3 ），形成穩(wěn)定的反濾基層后? [7] ，改拋粒徑10～40 mm的碎石，然后再拋投粒徑小于10 mm的瓜米石，最后在距洞口1～2 m范圍拋投黏土“閉氣”。入口封堵的同時，在下游壩腳采用袋裝碎石及格賓石籠壓滲，確保滲漏出口穩(wěn)定;為了確保搶險過程安全，在壩頂及上下游壩坡設置GPS監(jiān)測網(wǎng)，同時采用全站儀對固定標點進行壩體變形測量。

8月5日15：00左右，庫水位213.51 m，滲漏量 0.886 ?m? 3 /s，潛水蛙人水下例行搜尋時感受到有水流吸附力，水下探測機器人亦有失控跡象，隨后水庫水面觀察到微小的漩渦，滲漏入口位于大壩縱向樁號B0+050附近。種種跡象表明，大壩上游滲漏通道進口已明顯擴大，上游壩面的護坡結(jié)構(gòu)已坍塌，通暢的滲漏管道已完全打通，在進口“堵塞子”的時機已經(jīng)成熟，指揮部決策立即實施。通過連續(xù)拋投級配料，8月5日深夜，礫石料封堵基本完成;8月6日晨時，瓜米石封堵完成;8月6日19：00，庫水位降低至212.00 m，管道型入滲口上沿露出水面約0.90 m。20：00時，滲漏流量降至0.008 m? 3 /s，防汛搶險應急響應級別由Ⅱ級降為Ⅲ級，下游轉(zhuǎn)移人員返家。8月7日14：00，庫水位209.18 m且低于滲漏入口下沿1.71 m，滲漏流量進一步降低至0.001 m? 3 /s，東方山水庫滲漏通道成功封堵并脫險。

東方山水庫大壩滲漏險情情況如圖2～4所示，水位-滲漏流量變化過程如圖5所示。

3 水庫大壩除險加固

通過調(diào)研東方山水庫大壩施工資料，并結(jié)合補充地質(zhì)勘探結(jié)果，初步分析東方山水庫除了本次形成的滲漏通道，同時還存在壩體結(jié)構(gòu)不滿足規(guī)范要求、壩基滲漏、白蟻危害等安全隱患。為確保工程長期運行安全，應急搶險后開展了系統(tǒng)的除險加固。

3.1 滲漏通道處理

東方山水庫大壩滲漏通道通過拋填級配碎石進行了應急處理，有效地控制了滲漏量，但是壩體結(jié)構(gòu)損傷嚴重，不利于大壩安全。經(jīng)分析，采取對大壩滲漏通道進行追索開挖，然后換填黏性土并恢復原設計體型的處理方案，具體措施包括：回填黏土料滲透系數(shù)不大于1×10? -5 ?cm/s，壓實度不小于96%;黏土料與下游側(cè)堆石體之間設置厚度1.5 m的反濾砂石料;追挖通道下部壩體鉆孔灌注水泥黏土漿，孔隙較大時灌注高流態(tài)混凝土。

2019年3月，沿搶險時拋投的碎石及探繩蹤跡對滲漏通道進行了追挖，實際追挖至高程199.00 m，現(xiàn)場觀察滲漏通道及附近壩體并未發(fā)現(xiàn)明顯的空腔，但搶險時的探繩及碎石痕跡基本以75°傾角向下延伸，高程199.00 m以上通道基本與2011年除險加固充填灌漿孔范圍一致，如圖6～7所示。因此，不排除原靜壓灌漿封孔質(zhì)量缺陷加劇滲漏通道形成的原因。根據(jù)壩體實際分區(qū)和滲透破壞位置，滲透破壞位置水頭差約為18.25 m，滲徑約為17.9 m，集中滲透破壞部位的滲透比降約為1.02，大于相應部位壩體填料的允許滲透比降。

3.2 壩體加固與防滲

東方山水庫大壩之所以發(fā)生此次滲漏險情，主要原因在于壩體結(jié)構(gòu)在多次續(xù)建和加固過程中存在先天缺陷，壩體填筑質(zhì)量差。根據(jù)存留不多的水庫資料及參建人員回憶，壩體分為4個區(qū)（推測斷面如圖6所示），Ⅰ區(qū)為堆石區(qū)、Ⅱ區(qū)為反濾層、Ⅲ區(qū)為細粒土，Ⅳ區(qū)為黏土斜墻。

應急搶險結(jié)束后在壩體布置了12個地質(zhì)勘探鉆孔和2條探槽，進行了現(xiàn)場注水試驗、標準貫入試驗和動力觸探試驗，布置4條高密度電法勘探剖面以及鉆孔注水、電視錄像等一系列現(xiàn)場及室內(nèi)試驗工作?？碧浇Y(jié)果顯示：①? Ⅰ區(qū)位于高程212.00 m以下，斷面不規(guī)則，堆石區(qū)的密實度不均勻且局部不密實，動力觸探N63.5錘擊數(shù)最大為56.48，最小僅5.08。② Ⅱ區(qū)為砂夾礫石而非級配反濾料，厚度一般為0.8～1.6 m，局部缺失不連續(xù)。③ Ⅲ區(qū)細粒土填料含有較多碎石和巖屑，且厚度偏薄，滲透系數(shù)10? -3 ～10? -4 ?cm/s;壩軸線處的鉆孔電視錄像顯示高程205.00 m附近有水流沖刷形成直徑約15 cm的空腔;填土干密度在1.57～1.76 g/cm? 3 之間，局部壩體填筑壓實度93.4%，不滿足SL 274-2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》關于壩體壓實度不低于96%～98%的要求。④ Ⅳ區(qū)防滲斜墻不連續(xù)， 壩體內(nèi)部靠上游側(cè) 高程202.96 m以下為黏土斜墻，上游壩面高程210.66 m以上黏土斜墻太?。▋H 0.1 ～0.5 m），芯樣內(nèi)存在直徑約1 cm的孔洞，粗顆粒約占17%，結(jié)構(gòu)松散。

根據(jù)上述情況，壩體滲漏通道追挖換填后，在壩軸線偏上游側(cè)（距離壩軸線10.6 m）布置1道厚度60 cm 的混凝土防滲墻（見圖8），墻頂高程214.00 m，墻底嵌入基巖不小于1 m，防滲墻混凝土28 d抗壓強度不低于10 MPa，抗?jié)B等級W6，允許比降[J]≥80;同時，對上游壩坡采用混凝土面板 進行護面，面板與壩體之?? 間設置反濾層;壩頂設置高度1.2 m的混凝土防浪墻，防浪墻與防滲墻之間黏土回填。加固后，壩頂高程 220.00 ，防浪墻頂高程220.50 m，最大壩高33.31 m，設計洪水位218.68 m，校核洪水位219.24 m，總庫容124.74萬m? 3 。

防滲墻施工過程中，樁號B0+048～ B0+053段壩體接近建基面處遭遇厚度約2 m的塊石層并發(fā)生漏漿，該處位于滲漏通道正下方。說明滲漏通道部位堆石體的范圍比最初推測的范圍更大、壩體填土厚度比原先預想的要小，壩體更容易在此處發(fā)生滲透破壞。

3.3 白蟻防治

東方山水庫為白蟻危害重災區(qū)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)大壩兩壩肩下游有白蟻老年巢約200 m? 2 ，壩腳有兩處白蟻幼年巢約30 m? 2 ，大壩下游隨時可見白蟻活動痕跡。2011年除險加固時對白蟻進行了滅殺，但未根治，不排除白蟻筑巢加劇滲漏通道的形成。

大壩除險加固過程中，對壩體及周邊100 m范圍內(nèi)的白蟻危害區(qū)域，采取挖除白蟻巢、設防白蟻隔離毒帶、鉆孔灌藥防治、 安裝誘殺監(jiān)測裝置、藥物預防等多種方式治理。其中，藥物一般采用凱奇殺白蟻懸浮劑、滅蟻粉、滅蟻靈毒餌等，藥物濃度0.4%，藥漿含藥量0.2～0.4 kg/m 3。同時，為了防止白蟻對防滲墻可能造成的潛在危害，防滲墻混凝土中摻加了滅蟻藥物。

4 結(jié) 論

東方山水庫大壩滲漏險情發(fā)生后，通過科學、快速的應急搶險避免了大壩潰決。根據(jù)事后地質(zhì)勘探以及施工過程中揭露的實際情況，查明并驗證了壩體結(jié)構(gòu)缺陷是導致本次險情的主要原因，也不排除白蟻筑巢和靜壓灌漿封孔質(zhì)量缺陷加劇了滲漏通道的形成。通過對大壩滲漏通道進行追挖回填、對壩體進行防滲加固、對白蟻進行藥物殺滅等綜合治理，基本解決了東方山水庫大壩的安全隱患。目前，除險加固治理已經(jīng)完工驗收，2020年6月曾達到最高水位216.20 m，目前庫水位維持在215 m左右運行，未發(fā)現(xiàn)異常。

雖然東方山水庫規(guī)模不大，但險情及處理方式較為典型，可為其他水庫大壩的除險加固提供參考。

（1） 東方山水庫屬于“三邊”工程，建設過程中勘察資料、設計條件、施工質(zhì)量、運行管理等情況均缺少記錄，給應急搶險及除險加固帶來極大困難。中國小水庫數(shù)量龐大，絕大多數(shù)為土石壩且修建較早，與東方山水庫的情況極為相似。水庫主管部門需要高度重視并加大資金投入，對類似大壩要盡早排查并根治，以防再次出現(xiàn)東方山水庫大壩管道滲漏這樣的突發(fā)險情。

（2） 東方山水庫大壩險情能成功化險為夷，除了發(fā)現(xiàn)及時并采取合適的應急搶險技術(shù)方案外，搶險指揮決策及時、各方協(xié)同配合且支撐有力也是重要經(jīng)驗和保障。

（3） 東方山水庫大壩應急搶險采用了“入口封堵、出口壓滲、自排、抽排”相結(jié)合的應急搶險方案，58 h內(nèi)化解壩體險情并避免了大壩潰決，對小型水庫具有借鑒意義。同時，在應急搶險過程中對滲漏量、壩體變形進行實時監(jiān)控十分必要? [8] ，監(jiān)測結(jié)果可用于及時管控特殊情況、及時實施應急避險預案。由于該方案是在水面可見漩渦時實施“堵塞子”搶險，但對于庫容較大或水頭較大等具有強破壞力潰壩風險的情況、或現(xiàn)場專家對壩體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)辨識能力不足時，該方案的應用有其局限性。

參考文獻：

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（編輯：謝玲嫻）

Emergency rescue and reinforcement for pipeline leakage of Dongfangshan Reservoir Dam

YANG Qigui 1，ZHOU Heqing? 2，3 ，LIU Jialong? 2，3，4

（ 1.CISPDR Corporation，Wuhan 430010，China; 2.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China; 3.National Dam Safety Engineering Technology Research Center，Wuhan 430010，China;4.Hubei Key Laboratory of Basin Water Security，Wuhan 430010，China ）

Abstract：

In August 2018，the Dongfangshan Reservoir in Huangshi City experienced a pipeline leakage with a maximum flow of 0.886 m 3/s.Combined with emergency rescue and reinforcement project for the pipeline leakage in the dam of Dongfangshan Reservoir，we analyzed the causes of leakage in the dam，introduced the emergency rescue measures of dam leakage and dam reinforcement measures，and summed up the experiences of emergency rescue and reinforcement.Practices showed that the emergency rescue methods such as discharge by water culvert pipe，emergency pumping by water pump，plugging of leakage pipeline with level batching and pressure suppressing at leakage outlet area of the dam toe could effectively avoid collapse of Dongfangshan Reservoir Dam.The methods such as digging and backfilling of leakage channel，anti-seepage and reinforcement of dam body and termite killing could be used to effectively reinforce the Dongfangshan Reservoir Dam.According to the subsequent geological exploration and the actual situation revealed during the construction process，the main reason of the pipeline leakage risk of the Dongfangshan Reservoir Dam was the structural defects of the dam body.However，the aggravating effect of termite nesting and static pressure grouting hole sealing quality defects on the formation of leakage channel cannot be ruled out.

Key words：

earth-rock dam;pipeline leakage;emergency rescue;dam reinforcement;Dongfangshan Reservoir