皖南小型水庫土石壩的除險加固設計實例

李志軍

（安徽省水利水電勘測設計院 蚌埠 233000）

皖南小型水庫土石壩的除險加固設計實例

李志軍

（安徽省水利水電勘測設計院 蚌埠 233000）

針對某病險水庫工程的缺陷和隱患，科學合理地提出了適宜該工程的除險加固設計方案。實踐證明，該工程加固效果較好，有效發揮了防洪、灌溉等綜合效益。

水庫大壩 除險加固 設計

1 概況

某水庫地處皖南石臺縣南部的仙寓鎮建國村，距仙寓鎮5km，距石臺縣城34km。該水庫于1970年興建，集水面積6.9 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼有養殖功能的小（2）型水庫。灌溉面積600畝，下游防洪面積1.5 km2，涉及仙寓1個行政村，保護耕地800畝，保護人口1600人，總庫容19.71萬m3。樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞組成。水庫大壩為粘土心墻砂殼壩。現狀壩頂高程250.0m，最大壩高21m，壩頂長70m，頂寬3m，上下游壩坡面均為砂殼堆體，上游坡比1∶9.5～1∶2.00，下游坡比1∶1.8。溢洪道位于水庫大壩右側，距大壩頂50m，在山坡上人工開挖而成，為無閘門控制明槽溢洪道，進口底板高程224.9m，寬18m。溢洪道全長32m。穿壩放水涵洞在大壩右下部為漿砌石圬工涵，凈高45cm、凈寬30cm，全長75m，進口設一臺Φ300閘閥斜拉桿控制放水，底涵進口底板工程233.3m，出口底板高程232.4m。

該水庫存在的病險情況為：壩腳和壩體兩側滲水嚴重；迎水坡干砌石護坡大部分損毀，背水坡多處沖蝕溝和凹坑，防浪墻老化失修，局部坍塌；溢洪道泄流能力不足，進出口段離壩身太近，進口段未進行有效的護砌，存在安全隱患；穿壩放水涵洞破損滲漏嚴重，無法正常蓄水。

2 除險加固設計

依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）及《防洪標準》（GB50201-94）規定，該工程設計洪水位30年一遇，300年一遇洪水校核。興利庫容12.5 萬m3，興利水位246.4m；死庫容0.7萬m3，死水位233.2m；總庫容26.4萬m3，設計水位249.5m。

2.1 壩體尺寸設計

根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）及《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）有關規定，考慮工程構造、防汛搶險、交通等需要，本次加固壩頂寬度按4.5m設計。壩頂高程根據水庫靜水位及不同運行工況下靜水位的壩頂超高核算壩頂高程，壩頂高程確定為251.3m，即在現有基礎上加高壩頂1.3m。壩頂長由原來的70m增加到88m。粘土心墻土壩的心墻防滲體在正常蓄水位或設計水位以上超高0.6m，心墻防滲體頂部不應低于非常運用條件靜水位。本次加固后粘土心墻頂高程為250.1m，低于壩頂1.2m。根據工程現狀并考慮壩型、壩高、壩基材料等因素，參照已建類似土壩工程做法，確定大壩迎水坡在高程248.0m處設1.5m寬戧臺，戧臺以下、以上坡比均為1∶2.5；背水坡在高程243.0m處設1.5m寬戧臺，戧臺以上坡比為1∶2.0，以下坡比設計為1∶2.5。在大壩與溢洪道相接處增設漿砌石裹頭防護，上游端與迎水坡護坡石銜接，護至壩頂，并采用漿砌塊石封頂。

2.2 迎水坡工程

迎水坡進行清基補土以達到設計坡比，并進行翻壓。壩土壓實度經試驗確定為0.97。采用漿砌混凝土預制塊護坡，下設有土工膜（規格為200g/0.3mm/200針刺短線滌綸兩布一膜PE膜）和25cm厚砂礫石墊層。護坡石下設反濾層。預制塊設計強度為C20，其邊長為0.25m，厚度為0.20m，砌筑砂漿為M7.5。沿壩腳及兩側山體與壩體接觸處清基到微風化基巖，壩腳設0.5m厚C25混凝土截滲墻，壩側設0.3m厚C25混凝土齒墻。土工膜鋪蓋前開挖齒槽，將復合土工膜嵌入齒槽，壩頂開槽后將復合土工膜嵌入原壩體中，壩體與周邊山體、放水涵洞連接處將復合土工膜與建筑物混凝土連接，形成半封閉的不透水防滲結構體。

2.3 背水坡工程

按設計坡比補土筑坡并翻壓。施工中，清除坡面雜草、腐質土，自下而上，水平上升，分層鋪土，層土層壓，提高密實度，增強壩坡抗滑穩定能力。新土與原壩坡土粒料搭接處，搭接寬度不少于0.5m。沿壩軸線每隔30m設置豎向排水溝一道，計4道，戧臺及坡腳各設橫向排水溝一道。排水溝按10年一遇洪水標準設計，豎向排水溝斷面寬×高為0.40m× 0.25m，橫向排水溝斷面寬、高分別為0.40m×0.25m和0.5m×0.4m。排水溝底部采用C15細石混凝土現場澆筑，厚度15cm，兩側墻采用10cm厚C20混凝土預制板鑲砌，1∶3.0水泥砂漿勾縫。背水坡全部植草皮防護，以防止雨水漫流造成坡面沖刷。坡腳處堆石排水棱體進行整修。

2.4 壩頂工程

取消原有防浪墻，壩頂設混凝土路面，考慮到交通要求，硬化路面凈寬4.5m，底部設15cm厚的水泥砂礫穩定層，面層為30cm厚的混凝土，路面橫坡傾向下游，坡比為2%。壩體防滲土工膜上下鋪粘土厚15cm保護壓入道路基層。

2.5 放水涵洞工程

拆除原有放水斜拉桿控制閘閥，原漿砌石圬工涵疏通后換用壁厚8.6mmDN225mmPE管，進水口處設2m×4m前池，前池口和上方設鋼筋攔污柵欄，出水口處設一截止閥控制。PE管進水口用預埋鋼板配止水橡膠片壓壩體土工膜固定防滲處理。原涵道從迎水坡和背水坡各設兩2Φ50鉆孔，進行灌漿處理。材料用525#普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1.25，另加入速凝劑水玻璃，水泥漿液與水玻璃的重量比為1∶10000。灌漿最大壓力不大于涵管處土的最大主應力，設計灌漿壓力定為不大于0.25MPa。施工時應按從下游至上游的順序進行，出水口應用細石混凝土預封堵2～3m，進水口用模板封堵留排氣孔，至少復灌兩次。

2.6 溢洪道工程

溢洪道兩側各拓寬1m，岸坡掛網噴混凝土處理。在大壩與溢洪道相接處增設漿砌石裹頭防護，上游端與迎水坡護坡石銜接，護至壩頂，采用漿砌塊石封頂。底板破損處做修復處理。

3 結論

通過對該水庫的病險隱患分析，依據規范對壩坡穩定、滲透穩定等要求確定了比較科學、經濟、合理、便于施工的除險加固方案，并根據相關試驗規程規范確定各項施工參數和指標。工程自2008年加固后至今運行良好，實踐證明其所采取的除險加固措施是科學有效的，值得在類似工程中推廣■