某小型水庫除險加固方案設計

高 坤 （安徽省碭山縣，安徽 碭山 230000）

1 工程概況

某水庫位于安徽省滁州市境內，屬淮河流域女山湖水系，江淮丘陵區地形。現狀興利水位33.40m，設計洪水位33.90m（20年一遇），校核洪水位34.28m（200年一遇），總庫容為40.4萬m3。水庫下游有8個村民組，約150人，灌溉面積100hm2，水面養殖近9hm2，水庫流域面積集水面積1.24km2，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合效益的小Ⅱ型水庫。該水庫于1973年興建，1974年建成并投入運行。

2 工程存在的問題

該工程由于建造時間較早，在建期間受資金及條件的限制，施工時主要由人工挑土填筑而成，大壩清基不徹底，壩體填筑質量差，大壩部分壩段壩腳處存在滲漏現象。

2.1 壩體工程地質

經野外原位測試及室內土工試驗資料綜合分析表明：壩身填土主要為①層重粉質壤土，含水量范圍值24.80%～29.59%，干密度范圍值1.45～1.55g/cm3，平均干密度1.48g/cm3；標準貫入范圍值為2.4～6.0擊；液性指數平均值0.84，塑性指數平均值14.36；壓實度范圍值為86.8%～92.3%，平均壓實度88.1%，不滿足規范要求。在大壩頂孔做注水試驗，成果表明滲透系數均值1.9 ×10-4cm/s，屬中等透水性，說明該大壩碾壓不密實，防滲性能較差。直接快剪粘聚力小值平均值29.1kPa，直接快剪內摩擦角小值平均值10.9о，Es=4.3MPa。

2.2 壩基工程地質

壩基巖性自上而下分層如下：②層粉質粘土(Q4al)，褐灰色，軟塑，濕；層厚0.70～2.50m，層頂分布高程29.61～30.04m，層底分布高程27.47～29.24m。③層粉質粘土(Q4al)，黃褐夾灰色，可塑，濕，局部層底含有細砂約10%；層厚1.00～3.70m，層頂分布高程27.47～32.42m，層底分布高程24.91～31.32m。④層粘土(Q3al)，黃褐夾灰色，可塑～硬塑，濕；該層未揭穿，探及層厚≥（3.95～5.45）m，層頂分布高程27.53～29.45m，層底分布高程≤（24.00～24.05）m。⑤層泥質砂巖，全風化，該層僅探及層頂，探及層厚≥（0.30～1.00）m，層頂分布高程24.91～31.32m，層底分布高程≤（23.91～30.90）m。

3 除險加固方案

3.1 壩體防滲處理方案的選取

針對大壩部分壩段壩腳處存在滲漏現象，擬對大壩壩體進行防滲處理。目前土石壩除險加固的方法主要有上游面土工膜防滲、混凝土防滲墻、高噴灌漿等等，因為該水庫屬于小Ⅱ型水庫，規模不大，且投資有限，土工膜防滲作為一種新型的防滲處理方法正被廣泛的運用在小水庫的除險加固工程中，實際工程效果證明土工膜防滲效果出色且投資較小，故本次選用鋪設PE土工膜的方法對該土壩進行防滲處理。采用的PE土工膜技術標準為：兩布一膜、幅寬4m（400g/m3），縱橫向斷裂強力不小于16kN/m，縱橫向斷率伸長率50%，縱橫向撕破強力不小于0.48kN，CPR頂破強力不小于2.5kN，垂直滲透系數1×10-8cm/s，耐靜水壓0.6MPa。均符合GB/T17642—1998的要求。具體施工步驟如下。

①清除上游壩坡的雜草，通過回填、削土的方法將壩坡修整為1:2，在修整好的壩坡上鋪設0.1m的粗砂墊層，厚度為0.1m⑨

②鋪設PE土工膜，自上向下鋪設，留有一定余量，不能緊繃，以適應地形的變化，采用熱焊法接縫⑨

③在PE土工膜上鋪設黏土層，厚0.3m，作為保護層，保護層應該保持與設計上游坡面一致。

④再在粘土層上鋪設0.1m厚的粗砂墊層，然后在粗砂墊層上鋪墊混凝土預制塊面板護坡。

⑤PE土工膜防滑設置。因為上游壩坡總長330m，為防止土工膜滑落，需要在壩坡中央位置防滑齒槽，齒槽深1m，底寬0.5m，口寬1m，土工膜深入齒槽鋪設后，澆筑混凝土。

⑥壩腳處理。壩腳需開挖截水槽至不透水層，并深入不透水層1m，槽底寬1.2m，在開挖好的截水槽里澆筑C15混凝土，將土工膜澆筑于混凝土內。

⑦岸坡處理。壩體與兩岸坡接合處須開挖截水槽，槽深為不透水層以下0.5m，槽底寬0.5m，邊坡1:0.5，槽內現澆C15混凝土，厚度0.2m，土工膜澆入混凝土內0.5m，混凝土上回填粘土夯實。

3.2 土工膜鋪設前后土壩滲流計算結果對比

3.2.1 計算參數的選取

根據工程地質勘探鉆孔及土工試驗等資料，選取樁號為0+196的典型斷面進行滲流計算。滲流計算參數結合注水試驗成果取值，具體參數選用值詳見表1

各分區的滲透系數 表1

3.2.2 計算工況

依據《碾壓式土石壩設計規范》，土壩滲流計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，本次滲流計算考慮下列4種工況：

①上游正常蓄水位33.4m，下游無水時；

②上游設計洪水位33.9m，下游無水時；

③上游校核洪水位34.28m，下游無水時；

④正常蓄水位33.4m降至死水位30.98m，下游無水時。

土工膜處理前滲流計算結果匯總表 表2

土工膜處理后滲流計算結果匯總表 表3

從上述計算結果可以看出，未采用土工膜進行防滲處理時，壩體最大的滲透比降多發生在下游壩腳處，大于滲透允許比降，導致滲流性態極不安全，易發生流土現象，且下游浸潤線逸處位置較高，導致壩體飽和區增加，飽和區內石料承受上浮力，減輕了抵抗滑動的有效重量，不利于壩坡的穩定；采用土工膜進行防滲處理后，土石壩壩體的滲透比降減小，其值在規范規定的范圍內；同時，浸潤線高度也大幅度降低，壩體飽和區減小，增加了抵抗滑動的有效重量，有利于壩坡的穩定。

4 結語

某水庫作為集灌溉、防洪等綜合效益為一體的小Ⅱ型水庫，運行至今已有40年，其壩體和壩腳多處發生滲漏現象，嚴重影響了大壩的安全。本文采取在大壩上游鋪設PE土工膜的方式對壩體進行防滲處理，該方案既保證了水庫的安全運行，使得其能充分發揮防洪、灌溉等綜合效益，也有效降低了除險加固的資金預算。