某小型水庫除險加固中建筑物加固措施分析

王曉艷

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330096)

1 工程概況

某小(1)型水庫興建于20世紀80年代，總庫容142 m3，水庫由均質土壩、輸水涵 洞以及溢洪道組成，均質壩壩高21.9m，壩頂軸線長75.2m，壩頂寬4m。溢洪道布置于大壩右岸，為開敞式木板閘控制平底寬頂堰，堰凈寬8.0m，溢洪道全長31.3m，溢洪道開挖后未襯砌，出口未設消能設施，泄流直歸入壩后主河道。輸水隧洞位于大壩右側較陡的山體內，洞身全長31.1m，斷面尺寸為1.2m×1.8m的城門洞型，進口設置 φ400mm斜拉磨盤閘門一套。水庫運行至今，已有四十多年的歷史，由于水庫施工過程中施工質量難以滿足設計和規范要求，后期對水庫運行管理不當，使得水庫存在滲 漏問題，壩體變形嚴重，加之2020年受項目區地震作用的影響，使攔河壩破壞嚴重。文章主要從樞紐建筑物現狀存在的問題出發，對各樞紐建筑物出險加固措施進行分析，為該水庫除險加固設計施工提供方法和參考依據。

2 工程病險現狀

大在水庫除險加固前，技術人員對水庫進行現場檢查、地質查勘、取樣試驗以及資料收集整理，得到目前水庫存在以下方面的問題：

1)大壩：施工過程中無相應的碾壓控制指標，也無任何檢測手段，壩體填筑料不 均質，輾壓質量差，結構松散，壩體透水性較強，施工質量難以滿足設計和規范要求；壩基未作防滲處理，存在壩體及壩基異常滲漏問題，壩肩發生繞壩滲漏，壩體不均勻沉陷加劇及產生裂隙，壩體質量進一步惡化。受地震影響，使外壩腳滲水加劇，散浸面積約800m2，壩體出現4條裂縫，攔河壩屬中等破壞。經計算復核，大壩下游壩坡除在現狀水位不加地震情況下滿足規范要求外，其余各工況均不滿足規范要求。

2)溢洪道：水庫抗洪能力僅達5a一遇，防洪不達標，溢洪道開挖后未襯砌，沖刷嚴重，泄流能力不足，溢洪道左岸因地質條件影響易坍塌、滑坡，出口未設消能設施。

3)輸水隧洞：現狀進口φ400mm斜拉磨盤閘由于年久失修，閘門表面最大銹蝕深度達3-6mm，存在漏水，且閘門啟閉鋼索已損壞，應急能力不足。由于施工質量差異性大，襯砌結構強度較低，及基礎存在不均勻變形，在洞身存在縱向及環狀裂縫25條，且有多處漏水點。

該水庫樞紐工程施工質量差，大壩、溢洪道及輸水隧洞均存在不同程度的病害，經安全鑒定結論，本水庫大壩安全分類應為三類壩。現場檢查情況見圖1。

3 除險加固設計

3.1 大壩除險加固設計

3.1.1 大壩防滲處理設計

1)壩基防滲處理：

為了有效減少壩基滲漏，增強壩基抗滲穩定，設計采用壩基帷幕灌漿處理[1]。

帷幕灌漿設計：帷幕灌漿沿壩軸線布置，灌漿軸線長96m。灌漿帷幕深度，布孔形式根據壩基滲透地質條件，巖體透水率等綜合分析考慮，壩基帷幕灌漿采用懸掛式，單排孔沿大壩軸線布置，孔距2.0m。灌漿工藝采用自上而下分段循環式純水泥灌漿，壩基帷幕灌漿耗灰量根據巖層透水率及泥巖土質特點，設計平均耗灰量為 200kg/m。帷幕灌漿施工前，應進行生產性灌漿試驗，根據試驗分析結果，對設計參數進行適當調整[2]。帷幕灌漿段531m，檢查孔56.3m。

2)壩體防滲處理：

a)設計依據：大壩施工過程中無相應的碾壓控制指標，也無任何檢測手段，壩體填筑料不均質，輾壓質量差，結構松散，壩體透水性較強，不能滿足防滲要求，浸潤線較高，壩體滲漏面積大。受地震作用使壩體局部產生拉裂。壩體滲透系數均值大值1.92×10-3cm/s，水位1714.12m時，壩體滲流量計算3.713萬m3/a。為了減小壩體滲漏，增強大壩抗滲穩定性，設計采用水泥黏土充填灌漿處理。

b)充填灌漿設計：充填灌漿孔段即為壩基帷幕灌漿孔壩體鉆孔段，壩基帷幕灌漿驗收終孔后，改用水泥黏土漿充填灌注壩體。即為先灌基巖，后灌壩體。設計采用全孔灌注，少灌多復的原則進行，復灌次數5-7次，壓力0.1-0.5Mpa，設計耗灰量為 520kg/m，其中水泥用量占黏土干料重的20%。濕法制漿，原漿比重控制在1.25-1.40 之間。壩體充填灌漿也需進行灌漿試驗，根據試驗分析結果，對灌漿設計參數進行適當調整。充填灌漿段323m，檢查孔38m。

3.1.2 壩體結構設計

1)壩頂處理 ：

大壩壩頂現狀中部沉降較大，達40cm，對大壩壩頂需作補平整修處理，使大壩壩高達到原設計高度。大壩壩頂高程1719.5m，壩頂寬4m，壩頂長75m。壩頂路面采用厚30cm的塊石鋪筑，下墊20cm厚的砂礫石，上下游路肩采用M7.5漿砌石砌筑，寬50cm，深60cm。

2)上游壩坡處理：

大壩上游壩坡經整形后保持不變，為1:2.73，采用30cm厚的干砌塊石護坡，下設 20cm厚的砂礫石墊層，護砌至死水位以下2m，即1712.85m處，設基座以利穩定。

3)下游壩坡處理：

下游自上而下，修整鏟除雜草灌木，平均清挖厚度60cm。高程1719.50-1710.50m 范圍，維持原壩坡1∶2.6不便，坑凹部分用石碴填平并夯實；高程1710.50m處設5m寬的戧臺；高程1710.50-1700.5m，采用石碴料培厚壩體，老壩體與新壩體之間，選 擇碴料較細的部分作為過渡帶，壩坡為1∶3.0，中間設寬1.2m的踏步，便于至壩腳監測，下游壩坡采用草皮護坡。

4)新建堆石棱體：

高程1701.75以下設頂寬2.5m、高3.5m的堆石棱體，棱體與壩基、老壩體和新壩 體之間采用厚60cm的反濾料過濾連接，堆石棱體外坡1∶2.0，棱體表面采用30cm厚的干砌塊石護面。

5)壩面排水設施：

下游坡與岸坡接觸處設0.25m×0.3m的排水溝，戧臺內側及棱體內側設 0.25m×0.3m的縱向排水溝，棱體外側設0.3m×0.3m的縱向排水溝，均用C15混凝土澆筑。

大壩標準橫剖面見圖1。

3.2 溢洪道改造設計

根據工程總體布置和方案比較，溢洪道布置于大壩右岸山體上，保持原溢洪道軸 線不變，經調洪演算設閘門控制，拆除舊閘墩，擴建閘室[3]。溢洪道全長52.5m，溢洪道組成如下：

1)進口引渠段：

引渠段長5.5m，邊墻采用圓弧曲線與閘室段連接，左、右邊墻圓弧半徑5.5m，中心角90°，邊墻高由2.0m漸變至3.0m，底寬由22.4漸變至11.4m，底板采用0.30m厚C15素混凝土襯砌，邊墻采用M7.5漿砌石襯砌。

2)閘室段：

閘室段長12m，底板高程1715.04m，底坡i=0.0，底寬11.4m，邊墻高5.0m，底 板、邊墻厚1.0m，均采用C20鋼筋混凝土襯砌，閘室段上設長11.4m，寬3m的工作橋，橋板厚0.2m，梁斷面為0.25×0.3m，欄桿高0.9m，全段面采用C20鋼筋混凝土。

3)泄槽段：

泄槽段長26.87m。底坡i=1/1.5，底寬7m，邊墻高2.0m，底板及邊墻厚0.4m，均采用C20鋼筋混凝土襯砌，共設4個深1.5-2m，底寬0.6m的齒槽以抗滑。

4)挑流消力段、護坦段：

挑流段長 5.13m，挑角為 25°，反弧半徑 5m，最大挑距 22.7m，護坦段長3m， 為防止小流量淘刷挑流鼻坎齒腳而設置。

圖1 大壩準橫剖面圖

3.3 新建輸水涵

1)布置：根據水庫現狀地形條件，現有已建灌溉渠道布置于右岸，故右岸是新建輸水隧洞的唯一選擇，進口底板高程為1710.82m，設攔砂井至死水位1714.82m控制。

2)輸水隧洞體形設計：輸水隧洞總長76.35m，由進口引渠段、攔砂井段、閘室段、無壓洞身段、消力池段等組成。

a)進口引渠段：

引渠段長15m，喇叭型進口，斷面尺寸為底寬6m漸變至1.2m，襯砌形式底板采用厚30cm的C15混凝土，邊墻采用頂寬40cm的M7.5漿砌石重力式墻。

b)攔砂井段：

攔砂井段長11.4m，矩形斷面，高4.0m，凈寬1.6m，底板高程1710.82m，底坡i=0.0，在進口處設置疊梁槽，隨著隧洞進口淤沙高程的增加放入預制疊梁。采用C20鋼筋混凝土襯砌，底板厚60cm，邊墻厚60cm，設2.0m×1.2m攔污柵一道，前后各設一個深1.6m，底寬0.5m的齒槽。

3)閘室段：

閘室段長4.4m，C20鋼筋混凝土襯砌，底坡i=0.0，內設0.8m×0.8m的工作鑄鐵閘門一 道，方形閘室，排架啟閉塔，在啟閉機房內設置手電兩用LG—10T螺桿式啟閉機一套。

4)無壓洞身段：

無壓洞身段長27.05m，底坡i=1/100，斷面尺寸1.2m×1.8m城門洞形，底板下設0.3m×0.3m碎石排水溝，采用0.3m厚C20鋼筋混凝土襯砌。

5)消力池段：

消力池段長8.5m，池深0.8m，底寬1.2m，邊墻高2.1m，底板、邊墻厚0.5m，C20 鋼筋混凝土襯砌，底坡i=0，下設1.5m深齒墻。

4 結論及建議

本次除險加固中安全鑒定結論得到大壩防洪能力不達標，結構自身不穩定，大壩滲漏嚴重；輸水涵洞滲漏嚴重，洞身產生變形縫，洞體不穩定；溢洪道泄洪能力不足，結構不安全等問題。只有通過除險加固，采取適于本工程病險現狀的加固措施，才能從根本上解決大壩安全問題，否則，水庫一旦潰壩，將對下于游1萬人口，333hm2農田耕地，人民生命財產造成不可估量的經濟損失。