密云水库工程与南石骆驼副坝的形成

密云水库工程与南石骆驼副坝的形成

1项目总结1.1洪水设计和洪水计算密云水库位于北京市密云县，距北京中心约90公里。它由两部分组成：朝河港和白河港。有两座主坝、五个辅助水库、三个溢流通道、七个漏水孔、一个站和一个调节池。水库按1000年一遇洪水设计,1万年一遇洪水校核,设计洪水位157.5m,正常蓄水位157.5m,校核洪水位158.5m,总库容43.75亿m3,坝顶总长4559.5m,坝顶宽8m,坝顶高程160.0m。密云水库在水位150.0m以下由北石骆驼副坝群、南石骆驼副坝及西石骆驼副坝形成另一水域(与大库隔开),规模相当于1座中型水库,称之为内湖。1.2坝型改变及坝型调整南石骆驼副坝是内湖工程的主要挡水建筑物之一,坝长637.0m,坝高26.9m,最大坝底宽226.9m,填筑量43.85万m3。该坝初始设计为壤土均质坝,因冬季黏土施工困难很大,附近尚有风化砂砾料可做为筑坝材料,坝体冲沟段廊道施工较晚,该坝段土料填筑到137.0m时,两岸台地已填筑到148.0~150.0m左右,遂将部分坝段坝型做了改变,桩号0+000—0+290为壤土均质坝,桩号0+290—0+390为厚斜墙坝,0+390—0+637段高程153.5m以下为均质坝,高程153.5m以上为斜墙坝,坝基采用壤土齿槽防渗。1965年对南石骆驼副坝桩号0+240—0+637坝段进行补充坝基处理,采用了混凝土截水墙,并在墙下进行基岩灌浆。1975年在桩号0+240以西新建防渗齿槽,与1965年所做的齿墙相接,形成闭合的防渗线。1975年对桩号0+150—0+210坝段下游进行压坡,压坡高程148.0m,并对桩号0+235—0+450坝段做贴坡体,放缓坝坡。1998年密云水库潮河主坝及几座副坝加固工程开工,对南石骆驼副坝上游坡(桩号0+420—0+617)进行了水下抛石压坡与水上换料的加固措施。2坝体滑坡实际识别工程措施1994年汛后坝体安全检查时发现,桩号0+450—0+535坝段,下游护坡有向下游滑动的现象,位置是从1/2坝高直到坝脚。滑移体顶部最大裂缝20cm,滑移体下部砌石被挤压呈隆起现象,且有局部塌陷,估计面积1500~2000m2。(此滑坡已于1996年汛前翻修完成)。此坝段正好是目前坝体排水存在问题的坝段,护坡的滑移正好是从风化岩渣坝体与下游壤土交界处开始。实际检查发现,南石骆驼副坝桩号0+390—0+520坝段,在下游高程153.5m左右至坝脚处,坝坡隆起、变形,形成一个带状,见图1。经初步分析是坝体排水结构存在问题造成的。2.1两岸立地条件南石骆驼副坝原设计为均质坝,为降低坝身浸润线,在坝身原冲沟段采用了褥垫式排水,桩号为0+300—0+380。两岸台地则采用了暗沟排水型式,桩号为0+040—0+300和0+380—0+560,两岸台地排水暗沟把渗过坝身的水,沿暗沟纵向流入冲沟段的褥垫内,再排至下游。坝型在高程153.5m以上由均质坝改为斜墙坝,随着坝体防渗型式的改变,排水型式在桩号0+290—0+390作了局部改变,但0+390—0+560排水型式未做任何变动。2.20坝体表面风化砂料的铺设和填平桩号0+290—0+390坝段改为厚斜墙坝,此坝段坝型的改变是当排水体已做好且上部的坝体壤土以均质坝的型式填筑到137.0m高程之后才改的,为了使这段渗水能通畅地进入排水体,来降低坝体浸润线,于是在坝轴线下游45.0m处,将排水顶面已填筑好的黏土层挖穿,形成平行坝轴线的沟槽,并填以砂砾透水料和反滤层,这样坝体风化砂砾料内的渗水能通畅进入排水体排向下游,这种处理方式是恰当的。见图2。2.30水库#390-0.560储水段2.3.1改斜墙坝为斜墙坝桩号0+390—0+560坝段,此坝段开始也是以均质坝填筑,当填筑到153.50m高程时,改为斜墙坝。坝体排水型式仍为暗沟排水,暗沟底宽在桩号0+390—0+440为4.2m、在桩号0+440—0+560为3.2m,高程沿原地面。2.3.2坡面土体排水设施不完善坝高程153.5m下面的壤土层正好形成坝底排水暗沟和上部坝体风化岩碴之间的隔水层。水库在较高水位运行时,通过斜墙上部的渗水也包括由下游坝坡渗进的雨水,只能在高程153.5m的下游坝坡处流入下游,壤土隔水层会处于饱和状态,降低了土体抗剪强度;同时,坡脚的排水设备又不完善,会造成渗流出逸水位以下局部土粒悬浮,土体失去平衡条件,而产生塌滑,特别是在高水位和冬季冻融剥蚀等外因影响下,更加速塌滑,对下游坝坡是极其不利的。因此,此坝段的排水布置是不恰当的,应采取补救措施。见图3。2.4坡排水、排水系统坝下游量水堰以下严重积水,积水面积较大,无法排出,也是导致下游坝坡排水不畅和壤土含水量高的间接原因。同时,下游积水导致量水堰流量也无法测量,积水处离坝体较近,对坝体安全也不利。建议对量水堰按照《土石坝安全监测技术规范》(LS60-94)进行改造,并完善坝脚处排水设备。2.5压力管道水位分析2.5.1坝体纺垫式排水所在位置绘制2008年12月19日南石骆驼副坝测压管等水位线,见图4。由图可以看出渗流向坝体最大断面处汇集,这正是褥垫式排水所在位置,说明坝体褥垫式排水体工作性能良好。坝体、坝基沿线均有渗流。19#测压管处的小山包对渗水流向有一定的影响,渗水绕过小山包流向两侧,所以含水量较高的均质坝水的来源不是小山包,而是上游渗水和降雨。2.5.2坝内均质坝体系内水位基本特征17#测压管桩号为0+540,距坝轴线下游10m,管口高程157.85m,管底高程为149.65m,进水管长4.96m,沉淀管长0.85m。此测压管正好位于排水型式不合理的坝段内,自建坝以来管水位常年在154.0m左右,比153.5m以下的均质坝高出近1m,说明均质坝的壤土含水量很高,已处于饱和状态。2008年对此测压管进行注水试验,10min内5m的水头仅使测压管水位升高了0.5m,说明注入的水流到周围砂砾料内,而下边含水量高的壤土隔开了水向下渗的通道。同时水位在短时间恢复,说明此测压管灵敏性较高。经测压管水位分析可知均质坝的壤土形成了坝体风化岩渣和暗沟式排水之间的隔水层,而且其含水量达到饱和状态,因此抗剪强度降低,导致下游坝坡隆起变形。2.6透水性较差桩号0+390以左坝段在高程153.5m以上的斜墙坝体后填筑材料为风化岩碴,其透水性较差。上游渗水和降雨渗进风化岩碴坝体后,在高程153.5m处不能竖直下渗,只能向下游形成横向渗流,这样就可能带动风化岩碴坝体的细颗粒流向下游,在高程153.5m出口处越积越多,从而推动坝体表面护坡石隆起变形。3坝身排水措施经以上分析和1994年下游坡滑动情况证明桩号0+390—0+520坝段坝坡隆起、变形原因是此坝段坝身排水型式结构不恰当造成的。而且2010年在桩号0+390—0+520坝段进行探坑勘察时也发现,壤土含水量较高,抗剪强度降低,进一步说明是坝身排水问题所致。建议按照桩号0+290—0+390(坝体排水结构合理的