米家寨水庫大壩除險加固設計簡述

摘 要：通過介紹米家寨水庫概況及存在的問題，分析了水庫除險加固的必要性，并對水庫大壩各部提出了設計方案。工程建成后，既提高了水庫防洪能力，又改善和恢復了灌區灌溉面積，具有顯著的社會效益和防洪效益。

關鍵詞：米家寨水庫；大壩；防滲加固；加固設計

中圖分類號：TV697.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.132

1 工程概況

米家寨水庫位于忻州市忻府區境內的云中河中游出山口處，控制流域面積305 km2，距忻州市城區約30 km，米家寨村上游300 m，是一座以域鎮防洪、農業灌溉為主的中型水庫，建于1976年，1977年攔洪蓄水，1989年進行了泄洪工程改建與大壩防滲加固，總庫容1.025×107 m3。水庫樞紐主要由大壩、深孔泄洪閘和灌溉洞組成，大壩為壤土斜墻混合料碾壓壩，壩址河底高程887.58 m，壩頂高程909.0 m，最大壩高21.42 m。

米家寨水庫工程等別為三等，永久性建筑物中主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。水庫設計洪水標準為百年一遇，校核洪水標準為千年一遇。下游河道設防標準為10～20年一遇洪水，正常蓄水位906.73 m，設計洪水位906.29 m，校核洪水為908.56 m。

2 除險加固的必要性

根據大壩安全鑒定結果，水庫綜合類別為三類壩，存在的主要問題有：①壩體填土質量差，干容量1.29～1.6 g/cm3，壩頂出現縱向通縫；②壩基、壩肩滲漏嚴重，且存在明顯的滲透變形、破壞問題，壩后在低水位時就有管漏問題存在；③水庫大壩防洪標準不達現行部頒標準；④大壩兩壩端岸坡存在明顯的滑坡危險，危及水庫樞紐工程的安全；⑤泄洪閘未設檢修門，工作門漏水嚴重，泄槽挑流段混凝土灌注樁有斷樁問題，局部基礎下況，挑流段已產生橫向貫通縫，危及泄洪工程乃至大壩的安全；⑥灌溉洞檢修門銹蝕嚴重，啟閉設備簡陋，鋼絲繩報廢，閥門井漏水嚴重，工作閘閥不能使用；⑦大壩缺乏正常的、必要的觀測和通迅設施，流域內無水情、雨情測報系統，不利于水庫的安全運行與管理。

綜上所述，現在“多病多險”的米家寨水庫不僅不能保證下游工農業用水需求，水資源浪費嚴重，而且在遇較大洪水時存在垮壩的危險。水庫一旦垮壩，將會給國家和人民的生命財產帶來嚴重的危害。為此，米家寨水庫除險加固工程已迫在眉睫，是非常必要的。

3 除險加固設計

3.1 大壩壩體、壩基防滲加固工程

3.1.1 防滲墻軸線及位置的確定

米家寨水庫是一座碾壓壤土斜墻混合壩，壩體前半部分為碾壓壤土，后半部分為碾壓純砂反濾層和碎石渣、砂礫石，座于透水性較嚴重的砂礫石層上，壩體填土質量差，最小干容重僅1.29 g/cm3。鑒于此，綜合考慮造墻工程量最小、墻體便于與兩岸壩頭帷幕灌漿相銜接和減少壩體滲漏等，確定混凝土防漏墻軸線布置在平行于壩軸線上游3 cm處。考慮到現狀壩頂寬僅6 m，無法安排施工設備和道路交通，將施工平臺高程設在908.00 m，即壩頂下切1 m，施工平臺寬度達到11 m。

3.1.2 墻型選樣

綜合工程地質和防滲效果，板柱式和槽板式混凝土防滲墻適合于壩基防滲處理，考慮到板柱式造價昂貴，且工期較長，采用槽板式混凝土防滲墻。

要將基礎埋置于淘刷線以下?；A埋深不足時，可以按不同河床堆積物的情況在腳墻外修較寬的沉排、石籠，或堆壘大量漂礫或混凝土塊體，或砌筑圬工護墻；也可以用改河和導流的辦法避免路基直接受激流沖刷。

3.1.3 混凝土防滲墻墻厚確定

綜合防滲墻的強度、滲透、穩定、施工以及地質條件，并結合壩址區的工程地質條件，確定0.8 m厚的防滲墻施工是可行的。

3.1.4 防滲墻截水輪廓與邊界連接及造孔深度確定

根據地質情況，沖擊鉆鉆透堅硬巖層較困難且弱風化巖層滲漏損失相對較小，根據北京已建防滲墻的實踐經驗，在可能的條件下，嵌入弱風化巖層深度下限以0.5～1.0 m較為合理，造孔也較容易，因此，設計防滲輪廓線在弱風化巖層下0.5 m左右，岸坡巖石比較破碎，透水性大，墻底嵌入弱風化基巖的深度為2.5 m。為了保證施工質量，從槽孔的造孔和混凝土澆筑方面考慮，各單孔之間的基巖面不應相差太大。所以防滲輪廓線為折線，造孔最大深度56.10 m，平均45.5 m。

3.1.5 混凝土防滲墻與兩岸的連接設計

在平面布置上，應使防滲墻以最短的距離與岸坡連接起來。本次設計兩岸坡采用帷幕灌漿防滲處理，所以防滲墻與兩壩頭帷幕灌漿漿脈以搭接的方式相連，搭接長度2.5 m。

3.1.6 槽孔接頭設計

根據北京地區的施工經驗，槽孔接頭均采用套接一鉆，也就是相鄰槽孔之前搭接一個主孔寬度（0.8 m），如果遇接頭部位存在較大質量問題時，可在接頭部位重新鑿孔澆筑混凝土。接頭孔的開鑿時間可根據混凝土強度增長情況和鉆孔深度確定，一般在澆混凝土后24～48 h開鑿接頭孔較為合理。

3.1.7 壩體工程

1989年改建設計壩頂高程909.00 m，本次復核壩頂高程應為910.05 m，設計結合壩體防滲加固工程施工要求，壩頂下切1.0 m。壩體防滲墻工程完成后，在施工面加高大壩1.2 m（即新增壩高0.2 m），上、下游壩坡仍沿用原壩坡坡度，采用粒徑大于30 cm的塊石進行護坡處理，并設反濾層。新增0.2 m壩頂，依靠上游端的防浪墻和下游端的壩沿石攔護垂直加高。壩頂路面從上游向下游放坡2%.壩頂上游設立C20混凝土現澆防浪墻，墻底直接座于混凝土防滲墻頂，墻底寬0.8 m，基礎埋深1.2 m，壩頂面以上高1.5 m，相應墻頂高程為910.7 m。防浪墻每20 m設一沉降縫，縫內設1.0 cm厚的聚乙烯膨脹泡沫塑膠止水板。

3.2 壩端帷幕灌漿及庫岸削坡減重工程

3.2.1 壩端帷幕結構設計

右壩端壩體防滲墻與泄洪閘左閘墩相接，帷幕設計沿左閘墩外邊垂直壩體防滲墻，向閘室上游沿伸12.15 m，然后轉角90°，從閘前鋪蓋底板一直沿伸至右岸山巖。左壩端帷幕軸線與壩體防滲墻軸線一致，伸入左岸山巖。左壩頭伸入山巖深度17.5 m，帷幕軸長17.5 m；右壩頭伸入山巖深度25 m，帷幕軸長57.05 m。兩種防滲體采用搭接法連接，搭接長度2～3 m。閘基及兩壩頭均座于強風化黑云母花崗片麻巖上，節理發育，破碎較嚴重。為保證灌漿效果，灌漿孔深均要求伸入完整基巖2～3 m。采用接地式灌漿帷幕，帷幕厚度取單排孔帷幕厚1.6 m，防滲帷幕要求單位吸水率小于0.0 5 L/min·m·m。

帷幕灌漿采用兩排孔。在左壩頭與壩基防滲墻接頭部位的2.5 m范圍內，與防滲墻搭接?？拙?.5 m，排距0.8 m，幕厚3.63 m。

3.2.2 兩壩端岸坡削坡減重工程

兩壩端實施削坡減重，在下部做適當的護坡工程，并對岸坡設以2～3 m深錨桿和掛鋼絲網保護，徹底清除滑坡隱患。右壩端岸坡，削坡從泄洪閘右側導水墻頂897.0 m開始，設2.5 m寬馬道平臺，向上以1∶0.75的坡削至909.0 m重力壩頂高程。同時，為出渣方便，在909.0 m高程設2.0 m寬馬道平臺，仍以1∶0.75的坡削至920.0 m高程，設2.0 m寬馬道平臺，以1∶1的坡削至岸邊頂部940.0 m。削坡范圍下游始點設計從重力壩后壩端開始，上游終點控制在閘室上游90 m處，并對閘室上游段897.0 m高程以下實施貼面護坡。

左壩端岸坡工程，結合上壩公路的維修進行。削坡范圍為從岸邊上壩公路的始點開始至大壩上游50 m。削坡設計根據岸坡現狀從上壩公路內側以1∶0.75的坡度一直削至920～950 m高程。在巖層破碎嚴重段，采用貼岸護坡式護坡工程。

對兩岸壩端岸坡實施削坡減重工程后，為保證岸坡經長期運行后的穩定性，對削坡段全斷面設以梅花狀布置的鋼錨桿，間距3.0 m，并設鋼絲維護網，噴錨混凝土護層。

3.2.3 泄洪閘泄槽加固設計

泄槽挑流段橫縫的產生是由基礎混凝土灌注樁有斷樁和施工質量不達設計要求，樁柱強度不足所致。本次設計擬從泄槽樁號0+171.9 m處的伸縮沉降縫處至末端全部拆除重建，以徹底清除泄槽存在的隱患。通過結構計算，原設計結構布局合理，設計強度符合規范要求。為使水流暢順，改建段泄槽仍采用原結構。為防河床嚴重下切，影響水庫樞紐工程安全，在泄槽下游800 m河槽內設置二座穩固河床的暗壩。暗壩結構設計為砌石壩，壩頂高程高于現河床0.2 m，基礎深入現河床下2.0 m。每條暗壩壩長62 m，壩頂寬1.5 m，壩底寬2.5 m，下游面垂直上游面設坡。

3.2.4 灌溉洞閥門井防滲工程

目前，灌溉洞閥門長期浸在水中而報廢，井深達18.0 m，工作門位于井底，管理困難。設計擬在灌溉洞閥門井內從底部至上3.0 m高度范圍內，在原砌石墻壁上內襯12 m混凝土貼面，并以梅花狀布置的錨筋桿入原砌石墻，以增加其結合強度。結合右岸山岸削坡減重工程，從大壩右岸山坡修設臺階，通至灌溉洞閥門井底部拓開管理門，高2.0 m，寬1.2 m，同時在閥門井內新挖集水井一處，在閥門井下游右側角拓通一條排水溝道，使其順泄槽后墻流入下游河道。

3.2.5 壩體測壓管設計布置

原壩體無壩體浸潤線和壩基滲透壓力觀測管，更無繞滲觀測管。設計擬在壩體內埋設浸潤線觀測管和壩基埋設滲透壓力觀測管。同時在壩兩端安裝繞壩滲漏觀測管。壩體浸潤線觀測管和壩基透水層滲水壓力觀測管均設三排，位置基本在同一樁號上，只是前后錯位2 m。

4 結束語

本文針對米家寨水庫目前存在的問題，從壩體和壩基防滲加固、壩端帷幕灌漿及庫岸削坡減重、泄洪閘泄槽加固、上壩公路改建、灌溉洞閥門井防滲、壩體測壓管布置等六方面進行了設計。工程實施后，水庫防洪標準達到部頒標準，不僅水庫防洪能力將明顯提高，而且下游132.8 km2范圍內的交通設施（京原鐵路、朔黃鐵路、108國道、原太高速公路、忻保公路）和軍用通迅光纜，18.7萬人口和14.3萬畝耕地（忻州城區及7個鄉鎮，33個自然村的）以及雙乳山中型水庫等水利設施的防洪安全得以保障，同時與下游7.5 km處的旁引水庫雙乳山中型水庫的聯合運用可保證云中河水利管理處16.6萬畝農田得到適時適量的灌溉，具有顯著的社會效益和防洪效益。

作者簡介：馮東升（1970—），男，2016年畢業于大連理工大學水利水電建筑工程專業，助理工程師。

〔編輯：王霞〕