对南山水库坝体渗漏、混凝土护坡破坏因素分析

[摘要]：南山水库自1982开工建设至今已运行27年，2013年8月对水库进行除险加固。除险加固前工程存在问题和遗留下来的安全隐患较多。水库渗漏严重，下游坝坡抗滑安全系数及坝顶高程不满足要求，溢洪道砂浆石剥落严重，放水涵洞基础沉陷、墙体开裂。2013年除险加固后水库总库容为30.03万m3。经过一年运行，水库上游部分坝段混凝土护坡遭到破坏。

[关键字]：护坡、渗漏、沉降、冻胀

1 工程概况

南山水库的工程规模为小（Ⅱ）型，是一座以灌溉为主的平原区注入式水库。南山水库1982开工建设，1984年建成投入运行。2013年除险加固后，水库总库容为30.03万m3，正常蓄水水位高程1209.48m，兴利库容为20.15万m3，死库容为6.55万m3。建筑物包括主坝、左、右副坝、放水洞及溢洪道。坝为均质土坝，总坝长为982m，坝顶宽度为4m，上游坝坡坡比为1：2.5，下游坝坡坡比为1：2，前坝坡均做20cm厚C20混凝土护坡。护坡下侧铺设复合土工膜防渗，与坝坡脚接水槽土工膜防渗连接，接水槽底部土工膜通过混凝土垫层与基岩连接。坝体土工膜、接水槽土工膜和基岩形成完整防渗体。

工程完工后第一年入冬前开始蓄水，蓄水高程为1208.00m。蓄水后，主坝段下游坝坡脚存在渗水现象。入冬后库区水面开始结冰，冰层厚度40cm左右。水面结冰后半个月，部分坝段上游混凝护坡发生变形破坏。破坏形式：1、破坏区域部分高程1208m左右混凝土护坡隆起；2、破坏区域部分高程1208m以下混凝土护坡下沉；3、主坝段下游坝坡脚存在渗水溢出点，入冬前和入冬后均因蓄水高程升高而升高。根据大坝测压管观测，当水库水位上升至1209m以后至正常蓄水位坝体浸润线变化趋势变缓，下游坝坡脚存在渗水溢出点高程没明显变化。主要渗漏点有四处，其中三处靠近坝肩，一处处于坝体中段。渗漏点入冬前渗漏量小，入冬后渗漏量大，主坝两岸山体后侧存在渗水点。

2 破坏因素

坝体混凝土护坡破坏主要因素包括：地质因素、施工因素、冻胀破坏、冰推力与冰拔力等。

2.1 地质因素

地质因素有绕坝渗漏和坝基渗漏两个方面。

因南山水库主坝段两侧存在山体，两侧山体基岩，表层基岩裂隙发育，强风化层约厚5m。水库蓄水期水库可能存在绕坝渗漏。

根据南山水库施工基础开挖情况，坝体主坝0+017.25-主坝0+043.91段、主坝0+120-0+175段基础出现2处泉眼，根据泉眼位置对，截渗槽泉眼位置进行固结灌浆处理，固结灌浆孔距3m，深度为8m。经灌浆处理后，泉眼渗流基本控制。保证了坝基的渗流稳定。

2.2 施工因素

结合南山水库除险加固特点，施工易出现的质量问题有以下几个方面：

1）、坝体填筑质量控制，因施工技术质量控制、工期等因素影响，可能存在坝体局部区域碾压指标达不到设计要求，导致坝体沉降破坏土工膜以及混凝土面板稳定。

2）、土工膜铺设质量控制，因施工过程中客观因素导致土工膜破坏、焊接缝不密实。

3）、坝体土工膜与岸坡连接不到位。

2.3 冻胀、冰推力与冰拔力因素

根据水文地质资料南山水库区域，多年平均月最低气温-12.9℃，发生在1月，历年极端最低气温-27.9℃，冻土深度最大为150cm。因坝体填筑料为冻胀土料，坝体土工膜下部未设置垫层，所以当坝体内浸润线较高时，坝体上游坝坡可能产生冻胀，破坏上游坝坡。

南山水库入冬后库区水面开始结冰，冰层厚度40cm左右。因此南山水库需对兵推力与冰拔力进行验算，根据《碾压土石坝设计规范》公式A.2.3和根据《土坝设计》公式6-69、6-70、6-71、6-72计算，南山水库混凝土护坡厚度均满足要求。

3 综合分析

通过建成后，运行管理情况，结合大坝观测数据，对水库上游混凝土护坡破坏因素进行分析。

首先从地质方面因素考虑。根据建成后运行管理以及大坝观测记录。其中三处主要渗漏点可能因绕坝渗漏造成，另一处可能因坝基渗漏造成。但根据入冬前后渗漏量对比以及浸润线变化特点，绕坝渗漏和坝基渗漏不是单一因素。

从施工方面因素考虑。其中三处主要渗漏点可能因坝体土工膜与岸坡连接不到位造成，这四处主要渗漏点也可能是土工膜破坏造成。

从冻胀、冰推力与冰拔力因素考虑。水库上游护坡下侧铺设复合土工膜防渗，与坝坡脚接水槽土工膜防渗连接，接水槽底部土工膜通过混凝土垫层与基岩连接。坝体土工膜、接水槽土工膜和基岩形成完整防渗体。正常情况下护坡不存在冻胀破坏存在。经验算，护坡厚度也满足抗冰推力与冰拔力设计要求。

综合分析，根据大坝蓄水后坝后溢出点位置以及主坝两岸山体后侧存在渗水现象可看出靠近坝肩三处渗漏点，渗漏主要为绕坝渗漏。大坝入冬后，因坝体坝体内浸润线太高，而填筑料为冻胀土料，坝体土工膜下部未设置垫层，当入冬后，上游坝坡产生冻胀，加上新筑坝体沉降等因素，造成坝体上游坝坡沉降、破坏及变形。大坝中段主要渗漏点可能主要因坝基渗漏以及土工膜破坏、接缝不严密造成。

南山水库在建成后运行不到一年，水库上游护坡就发生破坏、变形。主要可能因是地质因素诱发的冻胀破坏以及冰推力、冰拔力破坏。经过南山水库教训，告诫我们在工程建设过程中地质工作的重要性。工程施工过程中因根据不同地质条件及时优化设计方案。结合工程当地气候特点，采取及时的防冻措施。施工技术质量也是工程后期正常运行的必备条件。施工过程中，要不断优化施工技术方案，大加施工质量监督力度。工程的建设需要基础工作、设计方案、施工技术质量以及监督管理共同完成。

[参考文献]：

《碾压土石坝设计规范》 （SDJ274―2001）

《水工建筑物抗冰冻设计规范》 （SL211―2006）