風巖水庫工程穩定安全復核及除險加固設計

楊鴻宇

摘 要：當前，風巖水庫均質土壩存在壩坡未閉合影響水庫大壩安危、防浪墻高度不滿足防洪要求、壩體滲漏破壞等問題。為恢復水庫正常蓄水灌溉功能，結合大壩安全復核成果，設計采用增加防浪墻高度和帷幕灌漿的除險加固方案。經詳細計算和論證分析表明：設計的除險加固方案合理可行，工程實施后大壩整體安全穩定。

關鍵詞：均質土壩;帷幕灌漿;風巖水庫

中圖分類號：TV697.3文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0051-03

Stability Safety Review and Reinforcement Design of Fengyan Reservoir

YANG Hongyu

（Guizhou Tuotu Resources Development Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550002）

Abstract： At present， the homogeneous earth dam of Fengyan reservoir has some problems， such as the dam slope is not closed， the dam safety is affected， the height of the wave wall does not meet the requirements of flood control， the dam leakage damage and so on. In order to restore the normal water storage and irrigation function of the reservoir， combined with the results of dam safety review， the reinforcement scheme of increasing the height of wave wall and curtain grouting is designed. The detailed calculation and demonstration analysis show that the designed reinforcement scheme is reasonable and feasible， and the dam is safe and stable after the implementation of the project.

Keywords： homogeneous earth dam;curtain grouting;Fengyan reservoir

1 工程概況

風巖水庫位于遵義市道真自治縣陽溪鎮陽溪村，距道真縣城36 km，距陽溪鎮政府所在地7 km，交通較為方便。水庫屬長江流域烏江水系芙蓉江支流凌霄河上游，壩址以上集雨面積0.49 km2，主河道長0.977 km，河床平均比降137‰?，F狀水庫死水位1 277.00 m，正常蓄水位1 277.90 m，設計洪水位1 278.43 m，校核洪水位1 278.51 m。水庫總庫容10.8萬m3，興利庫容3.24萬m?，死庫容5.09萬m3，屬?。?）型水庫。工程以灌溉為主，現狀有效灌溉面積14.7 hm2。風巖水庫始建于1974年，1976年完工，水庫主要功能為灌溉下游14.7 hm2耕地。水庫樞紐主要包括大壩、溢洪道、放水設施等建筑物。水庫修建運行至今已有40年的歷史，僅在2012年對大壩進行了處理，主要處理措施為對原溢洪道進行改造，增設壩頂防浪墻，增設上游面砼預制塊護坡，但由于資金限制，所采用的處理措施未延伸至右壩肩，大壩未能形成閉合，嚴重影響水庫的安危?，F水庫已成為一座病險庫，工程效益未能發揮，急需進行除險加固處理，以恢復水庫正常供水灌溉功能，提升經濟效益。

2 大壩穩定安全復核

2.1 水庫滲漏現狀

風巖水庫自1976年建成至今已運行40年，壩身經過多年沉降之后密實度較好?，F場勘查時發現，下游放水閘閥旁存在漏水現象，不排除沿放水管滲漏的可能。由于水庫最大壩高只有4.1 m，水庫現狀水位較低，加上大壩下游耕地土層較厚，因此不排除壩基存在滲漏的可能[1]。此外，在距大壩下游90 m處有一出水點，滲出高程約為1 270.52 m，滲漏量約為0.4 L/s。經詢問當地村民得知，該出水點在建壩之前就已經存在，因此可排除該出水點為水庫滲漏所形成的。

2.2 現狀大壩滲流安全復核

2.2.1 壩體滲流計算。上下游壩體填筑黏土（黏土夾碎石）滲透系數為5×10-4 cm/s。滲流計算工況為：①正常水位工況為上游正常蓄水位1 277.90 m下形成的穩定滲流;②上游正常水位降落至死水位時的不穩定滲流。壩體滲流計算采用北京理正軟件設計研究院編制的理正滲流分析軟件（6.0版）。計算結果如表1所示。

從計算結果可知，正常水位穩定滲流期壩體單位寬度滲流量為0.041 m3/（d·m），按壩基寬度23.4 m計算，壩體總滲流量為1.11×10-5 m3/s，即0.011 L/s。水位降落滲流期壩體單位寬度滲流量為0.076 m3/（d·m），按壩基寬度23.4 m計算，壩體總滲流量為2.06×10-5 m3/s，約0.02 L/s。

2.2.2 壩體滲透穩定分析。風巖水庫工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級建筑物，壩體材料及相關參數均采用此次復核實測數據進行計算，計算結果控制指標根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274—2001），計算壩體在自重、各種情況的孔隙水壓力和外荷載作用下的穩定性[2-3]。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274—2001），壩坡抗滑穩定最小安全系數為：正常運用條件下，抗滑穩定安全系數為1.25;非正常運用條件下，抗滑穩定安全系數為1.15[4-5]。

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274—2001）的有關規定，對大壩滲流情況進行了計算，結果表明：正常水位穩定滲流期壩體浸潤線計算結果說明，主壩下游坡滲透坡降為J=0.41，小于大壩亞黏土允許滲透坡降[J]=0.58;上游水位與壩頂齊平時，滲流期壩體浸潤線計算結果說明，大壩下游坡滲透坡降為J=0.45，小于主壩亞黏土允許滲透坡降[J]=0.58，壩體填筑不會發生滲透破壞，壩坡滿足規范要求。

2.3 現狀大壩壩體穩定復核

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274—2001）的規定，考慮壩體運行情況以及可能遇到的最不利情況[6]，擬定以下計算工況：①正常運用條件一，即正常蓄水位情況下穩定滲流期的上、下游壩坡;②非正常運用條件一，即校核洪水位情況下穩定滲流期的上、下游壩坡。正常蓄水位、校核洪水位情況下穩定滲流期的上、下游壩坡，用簡化畢肖普法分析，計算成果如表2所示。

從表2計算結果可知：在正常蓄水位和校核洪水位穩定滲流期，上、下游壩坡穩定性均能滿足規范要求。

3 大壩除險加固設計

根據安全鑒定結論和工程存在的問題，風巖水庫大壩除險加固設計的主要內容為：第一，水庫抗洪能力不滿足規范要求，應采取工程措施加以處理或設置汛限水位，確保水庫安全運行;第二，對壩體應作防滲處理;第三，對大壩上、下游壩坡進行改造。

3.1 壩頂高程選擇

根據大壩安全評價結論及前面調洪計算結果，大壩現狀壩頂高程介于1 278.3～1 278.7 m，水庫校核洪水位為1 278.51 m。由于左右岸壩頂相對較低，造成壩身未形成閉合，應采取工程措施加以處理，確保水庫安全運行。本工程防洪堤按《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274—2001）的規定，大壩工程為5級建筑物，大壩頂部高程按設計水位高程加壩頂安全超高確定。壩頂高程復核成果如表3所示。

現狀大壩頂部高程為1 278.3～1 278.7 m，防浪墻頂高程為1 279.2 m，由于左右岸壩頂高程相對較低，大壩中段相對較高，造成壩身未閉合，左右岸壩頂小于校核洪水位，大壩中段壩頂大于校核洪水位，左右岸壩頂高程不滿足防洪標準要求;大壩防浪墻頂高程低于設計洪水位加相應的壩頂超高的最大值1 279.49 m，大壩防浪墻頂高程不滿足防洪標準要求。

根據安全鑒定結論及前述調洪計算，水庫大壩不滿足抗洪要求。大壩原防浪墻墻頂高程為1 279.2 m，原防浪墻未延伸至右壩肩，不滿足防洪要求，因此，考慮將原防浪墻拆除新建，新建防浪墻頂高程定為1 279.5 m。新建防浪墻采用C20混凝土現澆，墻寬0.4 m，高1.1 m，其中，壩頂以上高0.8 m。同時，將大壩右岸壩頂相對較矮的部位加高至1 278.7 m。在壩頂澆筑1.5 m寬人行道，路面為10 cm厚的C20混凝土，路基為10 cm厚的碎石墊層。

3.2 壩坡設計

根據安全鑒定結論，對上、下游壩坡進行整形護坡。上游壩坡坡比1∶2.5，下游壩坡坡比1∶2。壩坡整治時，先將壩體表面雜物清除，原鋪設的混凝土預制塊由于未延伸到右壩肩，且時間長久，部分損壞，將其全部拆除，然后再按設計斷面進行開挖、回填夯實。大壩上游壩坡施工時上游壩面先鋪設10 cm厚粗砂墊層，再安裝8 cm厚的C15混凝土預制塊?；炷令A制塊采取人工掛線鋪砌，預制塊間縫寬最大為1 cm，采用M10水泥砂漿充填。下游壩坡采用草皮護坡，同時在上、下游壩面均增設人行踏步，在下游壩面與山體接觸處及壩腳處設置排水溝。壩坡采用土料夯實回填，填筑土料干容重為1.32 g/cm3，粒徑為0.5～2 mm，分層鋪筑壓實，每層厚0.2～0.5 m（根據壓實工具確定厚薄）。

3.3 大壩防滲設計

3.3.1 水庫滲漏現狀。實地勘查時風巖水庫水位較低，加上壩后土層較厚，未發現明顯可見的漏水點，因此不排除有滲漏的可能，已建的放水閘閥旁有漏水現象，不排除沿放水管滲漏的可能。大壩下游約90 m處有一出水點，經詢問當地百姓，該出水點在水庫建成之前就已經形成，因此可排除是水庫漏水所產生。

3.3.2 壩區防滲處理設計。根據現場勘查情況，擬對水庫大壩采取帷幕灌漿，帷幕灌漿線總體上布置在水庫大壩軸線上，以勘探孔壓水試驗成果及地下水位控制帷幕深度。

3.3.2.1 防滲邊界、下限的確定。壩區出露巖性為灰巖，為透水層，河床巖體透水率q≤10 Lu的界限為1 264.8 m，左、右岸q≤10 Lu的界限分別為1 274.8 m和1 274.8 m;灌漿孔均須深入巖透水性小于10 Lu巖體3 m以下。施工時，可通過先導孔的壓注水試驗、灌漿試驗、地下水位觀測等做適當調整。

3.3.2.2 壩基帷幕灌漿設計。壩基防滲帷幕線沿壩軸線布置，左、右岸自壩肩向山體延伸接地下水位與正常蓄水位的交點。設計灌漿線總長136 m。在施工過程中，可根據先導孔的地下水位觀測及灌漿試驗等優化調整帷幕線端點。

帷幕防滲灌漿孔沿截流墻單排布置，孔距均為2 m，Ⅲ序次施工，共布置69個灌漿孔。施工過程中，可根據先導孔的壓、注水試驗，灌漿試驗，將耗灰量過大或地下水位低槽帶、破碎帶等地段調整為加密灌漿孔。

壩基出露地層為相對隔水層，灌漿孔深度按進入巖體弱風化帶為下限，起灌高程為1 277.9 m（正常高水位）。在施工中可，根據先導孔的壓水試驗、灌漿試驗等做適當調整。

4 結語

為確保風巖水庫均質土壩除險加固工程設計方案具有較高技術可行性和經濟優越性，對大壩病險現狀、壩體滲流、壩體滲透穩定及大壩穩定等關鍵內容進行了認真計算和復核，并結合復核結果，從壩頂高程確定、壩坡處理和大壩防滲等方面對除險加固方案進行了詳細論證分析。優選的除險加固方案合理可行，可為大壩安全可靠、高效優質的施工建設提供重要的技術指導。

參考文獻：

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[3]劉亮.關于病險水庫除險加固土石壩設計中的幾個問題的探討[J].科技致富向導，2015（15）：213.

[4]徐穎，傅志敏.復合土工膜防滲土石壩滲流安全監控指標擬定[J].水電能源科學，2021（1）：83-86.

[5]王光霞，萬書云，馬慧清.土石壩滲流及其控制措施研究[J].四川水泥，2021（1）：323-324.

[6]王倩.基于AutoBank的土石壩滲流安全分析研究[J].水利科技與經濟，2021（1）：21-26.