破舊水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案研究

余 俊

（江西天淼建設(shè)工程有限公司，江西 南昌 331700）

0 引言

眾多病險(xiǎn)水庫(kù)[1]普遍存在設(shè)計(jì)洪水偏低，泄洪能力不足、地基處理不到位，壩體或壩基沉降、滲漏，壩體填筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。應(yīng)根據(jù)水庫(kù)壩體的自身特點(diǎn)，針對(duì)性地開(kāi)展全面檢測(cè)評(píng)估，嚴(yán)格控制風(fēng)險(xiǎn)，采取相應(yīng)措施優(yōu)化除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案徹底解決險(xiǎn)情。本文結(jié)合破舊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，針對(duì)水庫(kù)主要構(gòu)筑物病險(xiǎn)問(wèn)題分析論證除險(xiǎn)方案。

1 工程概況

1.1 水庫(kù)現(xiàn)狀

破舊水庫(kù)位于進(jìn)賢縣東南部，屬軍山湖水系，壩址以上集雨面積1.37 km2，主河道長(zhǎng)1.85 km，河道比降6.48‰。水庫(kù)負(fù)責(zé)灌溉面積800 畝，防護(hù)區(qū)人口1000 人，是一座以灌溉為主，兼防洪和養(yǎng)殖功能的小（二）型水庫(kù)。

1.2 主要問(wèn)題

（1）大壩為均質(zhì)壩，上下游壩坡、壩面雜草叢生，壩面不平整；壩體有少量沉降、裂縫等情況，上游預(yù)制塊護(hù)坡破損、掏空、沖毀嚴(yán)重，下游左側(cè)壩腳滲水，無(wú)反濾層及岸坡排水溝。

（2）溢洪道位于大壩左側(cè)與山體接壤。進(jìn)口控制段為寬頂堰，堰頂高程為36.45 m，寬3.00 m。溢洪道現(xiàn)狀無(wú)進(jìn)口段，下游沖刷嚴(yán)重，兩岸邊坡雜草叢生。

（3）涵管堵塞，混凝土現(xiàn)蜂窩麻面，且無(wú)截水環(huán)，采用砂漿勾縫處理接頭，施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)嚴(yán)重影響大壩安全。進(jìn)口放水斜臥管管身脫節(jié)、砼老化，漏水嚴(yán)重。

2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案

2.1 壩體加固設(shè)計(jì)

破舊水庫(kù)大壩存在清基不徹底，壩體施工填筑質(zhì)量差等問(wèn)題，導(dǎo)致壩基及兩壩肩接觸滲漏，已危及大壩的滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定安全，因此完善大壩的防滲體系是大壩除險(xiǎn)加固處理的主要任務(wù)之一。

2.1.1 壩體防滲設(shè)計(jì)

擬定沖抓套井回填粘土心墻和新設(shè)防滲粘土斜墻方案進(jìn)行比選。

（1）粘土斜墻培厚方案

大壩上游面清除表土、整平雜物，加設(shè)防滲粘土斜墻，回填粘土，分層夯實(shí)，底部設(shè)置粘土截水槽，挖至礫粘土下0.5 m，回填粘土。

粘土斜墻設(shè)計(jì)高程不低于非常運(yùn)行工況下的靜水位。回填粘性土料要求具有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性，其中粘粒含量在35%～50%之間，滲透系數(shù)不得大于1×10-5cm/s，含水量控制在20%～30%，最好接近塑限；粘土設(shè)計(jì)干密度≥1.5 g/cm3，控制在土體天然干密度的1.02～1.12 倍。按規(guī)范要求，斜墻頂部應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水位0.6 m 且不小于校核洪水位，設(shè)計(jì)洪水位為37.60 m，校核洪水位為38.14 m，斜墻頂高程應(yīng)不低于38.14 m。

（2）沖抓套井回填粘土心墻方案

在壩軸線上造孔到不透水層0.5 m 以下，回填粘土夯實(shí)，套孔施工，在整個(gè)壩軸線上形成連續(xù)的防滲墻。防滲墻頂高程確定為38.14 m，底部伸入壩基不透水層以下0.5 m，墻底最低高程為32.06 m，最大墻深約6.08 m。經(jīng)計(jì)算，套孔沖抓粘土心墻共抓孔171.00 m，形成套孔心墻面積790.02 m2，沖抓套孔填筑粘土量880.31 m3。

（3）方案比選

從施工條件看，斜墻方案施工簡(jiǎn)單，防滲施工質(zhì)量明顯，但粘土開(kāi)挖和填筑量較大，受天氣條件影響較敏感，雨季施工困難較多。沖抓回填粘土心墻方案施工技術(shù)成熟，粘土需要量不是很大，但施工要求較高，當(dāng)孔深超過(guò)20 m 時(shí)，鉆孔難度較大，且質(zhì)量不易控制。

從工程造價(jià)看，斜墻方案和沖抓心墻方案造價(jià)比較接近。

本著“因地制宜，就地取材，技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理”的原則，設(shè)計(jì)推薦采用粘土斜墻的方案對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理。

對(duì)防滲方案進(jìn)行防滲效果、施工條件、工程造價(jià)等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能比較，具體比較內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 防滲方案比選

2.1.2 大壩下游反濾加固設(shè)計(jì)

新建下游壩腳貼坡反濾排水體，通過(guò)滲流計(jì)算，壩后出逸點(diǎn)最高達(dá)到33.85 m。根據(jù)規(guī)范要求，排水體應(yīng)高出逸出點(diǎn)1.5 m，即達(dá)到33.35 m，采用塊石、碎石和砂分層填筑。其中，砂石層和碎石層為0.2 m，干砌石厚0.4 m。

2.1.3 上下游護(hù)坡及壩頂加固設(shè)計(jì)

壩體上下游設(shè)置護(hù)坡以防止壩身淘蝕和雨水沖刷。上游通常采用混凝土預(yù)制塊或干砌石護(hù)坡，下游采用草皮護(hù)坡。擬通過(guò)綜合比選確定上游護(hù)坡類型。

（1）干砌塊石護(hù)坡

砌石護(hù)坡厚度按式（1）計(jì)算：

式中：D 為石塊的換算球形直徑，m；ρk為塊石密度，t/m3，取1.8；Kt為隨坡率變化的系數(shù)，ρw為水的密度，t/m3；m 為坡度，m=2.50；t 為坡厚度，m；hp為累積頻率為5%的設(shè)計(jì)波浪高度，hp＝0.18 m；

計(jì)算得D=0.08 m、t=0.11 m，結(jié)合干砌塊石構(gòu)造要求和施工要點(diǎn)，取t=0.3 m，護(hù)坡下采用0.10 m 厚砂礫石墊層。

（2）混凝土預(yù)制塊護(hù)坡

正六邊形混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，強(qiáng)度為C15，邊長(zhǎng)0.3 m。預(yù)制混凝土護(hù)坡板厚按式（2）計(jì)算：

式中：η 為系數(shù)，裝配式取η=1.1；ρc為板的密度；b 為沿護(hù)坡板向長(zhǎng)度；ρw為水的密度；hp為累積頻率為2.0%的波高，hp＝0.117 m；m 為護(hù)坡坡率；Lm為平均波長(zhǎng)

經(jīng)計(jì)算，正六邊形混凝土預(yù)制塊護(hù)坡板厚t=0.02 m，按照施工要求及工程經(jīng)驗(yàn)，取混凝土預(yù)制塊護(hù)坡板厚0.10 m，板下設(shè)置0.10 m 厚砂礫石混合墊層。

（3）方案比較

以1 m2面積護(hù)坡對(duì)兩方案工程量及造價(jià)進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 兩方案工程量及造價(jià)比較表

由表2 中可知，混凝土預(yù)制塊比干砌塊石投資多13.17 元/m3。但是，鑒于方案Ⅱ比方案Ⅰ施工干擾因素少，質(zhì)量易控制，外形美觀，選取混凝土預(yù)制塊為大壩上游護(hù)坡方案。

2.2 灌溉建筑物除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

灌溉涵管為預(yù)制混凝土圓管，主要負(fù)責(zé)為下游農(nóng)田輸水灌溉，擬采取舊管拆除原址重建的加固方案。

為方便與壩下涵管連接，擬定灌溉涵管進(jìn)口段為矩形斷面，內(nèi)空尺寸為60 cm×80 cm，壁厚25 cm，底部設(shè)10 cm 厚C15 砼墊層，采用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，并設(shè)截水環(huán)，截水環(huán)頂厚取0.3 m，環(huán)高取0.5 m。

斜臥管沿左側(cè)山體邊坡布置，坡度為1∶2.50，頂高程為38.756 m，級(jí)差0.36 m，臺(tái)階寬1.0 m，放水孔徑φ300；頂部接踏步至38.75 m。

2.3 溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

溢洪道除險(xiǎn)加固的主要任務(wù)是溢洪道新建進(jìn)口段和消力池及控制段底板。

經(jīng)復(fù)核，溢洪道控制段為開(kāi)敞式寬頂堰堰溢流，堰頂高程為36.45 m，泄流寬度為3.00 m，長(zhǎng)43.00 m，經(jīng)調(diào)洪演算壩頂高程滿足防洪要求。溢流堰后接陡槽，長(zhǎng)38.00 m，底坡i=0.06；溢洪道邊墻為C20 混凝土，進(jìn)口段底板強(qiáng)度C25，消力池長(zhǎng)×寬×高=5.0 m×3.0 m×1.1 m，底板采用鋼筋砼襯砌，邊墻采用現(xiàn)澆砼襯砌。

3 結(jié)語(yǔ)

提升病險(xiǎn)水庫(kù)加固標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)著眼于新思路、新起點(diǎn)，盡可能按照評(píng)估結(jié)論在確保方案可行、經(jīng)濟(jì)可靠的前提下有針對(duì)性地提出新技術(shù)、新方法、新工藝。通過(guò)對(duì)破舊水庫(kù)全面分析總結(jié)，提出壩體、灌溉建筑物、泄洪建筑物的加固設(shè)計(jì)方案，并對(duì)相應(yīng)方案的進(jìn)行比選和優(yōu)化。研究結(jié)果可對(duì)本地區(qū)其他類似水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程具有借鑒作用。