孔頭溝水庫大壩除險加固方案淺析

【摘要】通過分析馮家山水庫灌區(qū)渠庫結(jié)合工程孔頭溝水庫大壩的缺陷和隱患，提出了相應(yīng)的除險加固設(shè)計方案。實(shí)踐證明，該工程加固效果較好，有效發(fā)揮了其防洪、灌溉等綜合效益。

【關(guān)鍵詞】水庫大壩；除險；加固

1、工程概況

孔頭溝水庫工程位于陜西省岐山縣的孔頭溝，為小（Ⅰ）型四等水利工程。總庫容894萬m3，興利庫容460m3。水庫大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩高42.1m，壩頂寬22.5m，底寬220米，長553m。馮家山水庫灌區(qū)北干渠從壩頂通過，干渠的上下游為渠堤，也是壩頂路面，下游兼做通村道路。水庫主要功能是壩頂承擔(dān)馮家山灌區(qū)北干渠的輸水，涉及到下游50余萬畝農(nóng)田的灌溉輸水任務(wù)，解決該庫大壩以上北干渠事故等退水問題，同時兼顧養(yǎng)殖、防洪、抽灌等綜合任務(wù)。

2、工程存在的問題

該工程于1970年10月動工興建，1974年6月完工。由于建造時間早，在建期間受資金及條件的限制，工程質(zhì)量不高，工程運(yùn)行中出現(xiàn)壩基滲漏、渠底沉陷、壩體裂縫等病險，多次進(jìn)行了維修、灌漿處理。經(jīng)過處理的孔頭溝水庫在陜西省和寶雞市進(jìn)行的安全鑒定中被評定為三類壩，仍然存在大壩壩頂渠道不均勻沉降變形嚴(yán)重和大壩壩坡穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求兩大問題。

孔頭溝水庫渠庫結(jié)合工程擔(dān)負(fù)著下游50余萬畝的農(nóng)田灌溉輸水任務(wù)，壩下游300多米為村莊，3km處有西寶北線公路穿過。該工程一旦失事，會造成關(guān)中大型灌區(qū)馮家山水庫的北干渠輸水中斷，嚴(yán)重影響下游50余萬畝農(nóng)田灌溉、威脅村莊400多口人生命財產(chǎn)安全、導(dǎo)致西寶北線公路交通中斷。

3、加固方案的設(shè)計依據(jù)

孔頭溝水庫是已成工程，樞紐工程的布局已定，除險加固的原則是充分考慮該工程現(xiàn)狀的前提下，基本維持原水庫規(guī)模不變，只對水庫大壩存在的病險情況進(jìn)行針對性處理，消除存在的安全隱患，保障水庫正常運(yùn)行，盡可能發(fā)揮水庫的最大效益。

馮家山灌區(qū)北干渠從孔頭溝水庫大壩上通過，對大壩進(jìn)行加固，大壩的穩(wěn)定性、是否加高大壩是加固的主要內(nèi)容。所以必須復(fù)核壩頂高程，同時對壩體的穩(wěn)定性進(jìn)行計算，以此為依據(jù)，來設(shè)計加固方案。

孔頭溝水庫設(shè)有溢洪道，對壩頂高程進(jìn)行復(fù)核計算的結(jié)果表明，溢洪道設(shè)計合理，大壩不需要加高。通過對大壩的穩(wěn)定性進(jìn)行計算，壩體不會產(chǎn)生滲透破壞，且壩體滲流是穩(wěn)定的。原壩上游坡在庫水位降落時的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；下游壩坡在正常蓄水位穩(wěn)定滲流期和遇地震情況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求。需采取工程措施，增大抗滑穩(wěn)定性。

4、大壩加固方案

4.1 迎水坡工程。上游壩坡抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。原上游壩坡設(shè)有干砌石護(hù)坡，但大壩運(yùn)行多年，局部發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致現(xiàn)在壩體上游坡凹凸不平，干砌石護(hù)坡殘缺不全，局部亦有風(fēng)化。加固過程中對高程655.87米以上的壩坡先拆除原干砌石護(hù)坡，進(jìn)行補(bǔ)土以達(dá)到設(shè)計坡比，并進(jìn)行翻壓。采用干砌塊石護(hù)，護(hù)坡石下設(shè)反濾層。選用塊石寬、厚為0.30m×0.20m，塊石長度不小于50cm；每隔20m設(shè)漿砌石隔梁，斷面尺寸為0.7m×0.7m，沿壩腳設(shè)漿砌石齒墻。原有反濾體由于多年運(yùn)行，部分坍塌，反濾體外部淤積粘土，排水效果差，現(xiàn)排水體頂部高程不滿足規(guī)范要求，故對其拆除重建。反濾體形式按實(shí)際現(xiàn)狀選用貼坡排水體，護(hù)坡反濾層自上而下第一層為2cm-4cm石子，厚15cm，第二層為200g/m2的反濾土。

4.2 背水坡工程。背水坡抗滑穩(wěn)定不符合規(guī)范要求。需進(jìn)行培厚處理，總的設(shè)計原則是在穩(wěn)定計算最危險滑坡體的前緣加重壓坡，由原來的陡坡改為緩坡，以增加抗滑力，滿足穩(wěn)定要求。

背水坡局部缺土，坡比不滿足規(guī)范要求，且坡面凹凸不平，無排水設(shè)施，沖刷較嚴(yán)重。按設(shè)計坡比補(bǔ)土筑坡并翻壓。施工中，從高程655.36米平臺培厚8.5米，以1：2.6的坡一直到639.50米（原建基面），清除原有坡面雜草及腐質(zhì)土，自下而上，水平上升，分層鋪土，層土層壓，提高密實(shí)度，增強(qiáng)壩坡抗滑穩(wěn)定能力。為保證新、老土礫料的有機(jī)結(jié)合，在新土鋪筑過程中，新土與原壩坡土粒料進(jìn)行搭接，搭接寬度不少于0.5m。

大壩坡面原無縱向排水溝，加固過程中設(shè)縱向漿砌石排水溝，尺寸為40×40cm，每隔80米一道。每個戧臺及坡腳設(shè)橫向排水溝一道，按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，斷面寬、高分別為0.30m×0.30m和0.4m×0.4m。排水溝底部采用C15細(xì)石混凝土現(xiàn)場澆筑，厚度15cm，兩側(cè)墻采用10cm厚C20混凝土預(yù)制板鑲砌，1：3.0水泥砂漿勾縫。背水坡全部植草皮防護(hù)，以防止雨水漫流造成坡面沖刷。在壩腳新建棱柱式排水體，并沿排水體外側(cè)修建一條漿砌石排水渠，使壩體滲流能順利通過壩腳棱柱排水體排出并匯集大壩背水坡縱橫向排水溝水流，導(dǎo)入下游左岸主河槽，并對下游河道因勢利導(dǎo)、進(jìn)行疏浚處理。

4.3 滲漏處理。因庫底沙礫石層較厚，建壩時壩基清基不徹底，壩基滲漏嚴(yán)重。處理滲漏，要依據(jù)滲流穩(wěn)定計算結(jié)果進(jìn)行，施工過程中采用充填式灌漿，灌漿孔采用雙排布孔，孔距為2.0m-2.5m，排距為0.5m-1.0m。灌漿時按照分序和“少灌多復(fù)”（即一次灌漿量少，重復(fù)灌漿次數(shù)多）的灌漿方法。通過套管“自下而上，分段灌注”，在灌漿中先對第一序孔輪灌，待第一序孔終灌后再進(jìn)行第二序孔，第二序孔結(jié)束后再進(jìn)行第三序孔。每孔灌漿次數(shù)為5-10次，兩次灌漿間隔時間不少于5天。

4.4 壩頂工程。由計算得知，溢洪道設(shè)計合理，加之馮家山灌區(qū)北干渠的關(guān)系，壩體不需要加高，只把大壩道路進(jìn)行了碾壓、整平和硬化，改造壩頂渠道530m，加設(shè)了24盞路燈。

5、結(jié)語

通過分析該工程的隱患所在，依據(jù)規(guī)范提出了大壩的除險加固設(shè)計。根據(jù)設(shè)計方案對大壩工程進(jìn)行加固后，至今運(yùn)行良好，實(shí)踐證明其所采取的除險加固措施技術(shù)可靠、施工便利、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。經(jīng)過加固后的孔頭溝水庫，徹底消除了安全隱患，水庫面貌煥然一新，水庫已經(jīng)發(fā)揮了應(yīng)有的防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖等綜合效益。