水庫除險(xiǎn)加固防滲處理研究
——以塘坑塢水庫為例

董紅哲

（祁門縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村水利局，安徽 祁門 245600）

引言

由于多種歷史原因，加之水庫工程早期的設(shè)計(jì)和施工缺乏經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，工程質(zhì)量較差。同時(shí)，由于水庫多年沒有建立良好的運(yùn)行和管理機(jī)制，導(dǎo)致病險(xiǎn)水庫大量出現(xiàn)。現(xiàn)階段，這方面的問題不僅影響到了水庫的經(jīng)濟(jì)收益和預(yù)期效能，還在一定程度上威脅了水庫所在地人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全[1]。

1 塘坑塢水庫概況

本研究中的水庫為塘坑塢水庫，此水庫位于祁門縣，水庫距離慈張線約4 km，流域面積約為0.33 km2。綜合水庫所在地的環(huán)境因素可知，該水庫位于深山區(qū)域，地區(qū)的植被整體覆蓋情況較好。

水庫所在地區(qū)的氣候條件相對(duì)良好，整體為亞熱帶季風(fēng)氣候，季節(jié)變化較為顯著，四季較為溫暖，通過綜合調(diào)查可知，該地區(qū)的年均溫度約為15.8 ℃，年均降雨量可以達(dá)到1 800 mm 以上，但降雨分配存在均衡度較差的問題，即每年的5 月到8 月降雨量較大，可以達(dá)到全年降雨量的70%甚至更多[2]。如果沒有采取有效的措施進(jìn)行降雨控制，便極易出現(xiàn)水庫洪澇災(zāi)害。同時(shí)，該地區(qū)的秋季和冬季整體降雨量較少，如果不采取有效的措施，又會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)旱災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。根據(jù)有關(guān)人員對(duì)水庫的地質(zhì)勘查，發(fā)現(xiàn)水庫所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)層大多為板巖和千枚巖，綜合水庫所在地的環(huán)境條件和地質(zhì)條件可知，此水庫的安全性和運(yùn)維穩(wěn)定性將直接影響到其下游的村民[4]。為滿足工程的順利施工需求，在施工前獲取工程項(xiàng)目的概況信息，見表1。

表1 塘坑塢水庫概況信息

2 水庫除險(xiǎn)加固防滲處理

2.1 水庫擋水建筑物除險(xiǎn)加固

在對(duì)塘坑塢水庫的擋水建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固前，先確定該水庫的各項(xiàng)參數(shù)信息：壩頂高程140.05 m；溢洪道堰頂高程138.10 m；20 年一遇洪水位138.54 m；200 年一遇洪水位138.79 m；總庫容10.23 m3；大壩最大壩高14.05 m。結(jié)合上述數(shù)據(jù)，確定水庫擋水建筑物的滲流穩(wěn)定系數(shù)[5]。由于塘坑塢水庫大壩外殼的滲透系數(shù)為38×10-5cm/s，大壩2.0 心墻部分的滲透系數(shù)為48×10-6cm/s，根據(jù)二者比值可得出，其滲透系數(shù)比為7.9，明顯小于規(guī)定要求的100 倍數(shù)值，因此塘坑塢水庫大壩中間部分的土層不可作為整體防滲體心墻[6]。圖1 為塘坑塢水庫穩(wěn)定計(jì)算簡圖。

圖1 塘坑塢水庫穩(wěn)定計(jì)算簡圖

結(jié)合圖1 內(nèi)容，再結(jié)合透水地基上的均質(zhì)壩計(jì)算得出，下游無水有排水棱體。根據(jù)前文論述，確定塘坑塢水庫大壩標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算斷面單寬滲流量的計(jì)算公式為

式中：q 代表塘坑塢水庫斷面單寬滲流量；K 代表水庫壩體滲流系數(shù)；KT代表水庫壩基的滲流系數(shù)；H1代表水庫壩前水深，取值為14.30 m；H2代表水庫壩后水深，取值為0；T 代表滲水地基厚度；L 代表水庫壩體滲徑長度。

在確定塘坑塢水庫大壩標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算斷面單寬滲流量后，對(duì)其采取相應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施。根據(jù)塘坑塢水庫大壩的地形和地質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，采用對(duì)壩體上游壩面進(jìn)行堵漏處理的方式對(duì)水庫擋水建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固[7]。初步考慮采用PE 復(fù)合土工膜方案。根據(jù)工程實(shí)際需要，以0.5 mm的500 g/m2二布一膜的復(fù)合PE 土工膜作為主要材料，采用土工膜防滲處理時(shí)，在其上表面設(shè)置防護(hù)層和上墊層，厚度為400 mm，在其下面設(shè)置下墊層，厚度為100 mm。圖2 為水庫加固后的坡面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 水庫加固后坡面結(jié)構(gòu)

2.2 泄水建筑物除險(xiǎn)加固

再針對(duì)泄水建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，為提升水庫高溢流面抗沖耐磨能力和表面平整度，確保結(jié)構(gòu)安全，新建溢流堰體和泄槽底板結(jié)構(gòu)，并將上游導(dǎo)流墻頂部拆除，將建筑加高到設(shè)計(jì)高程[8]。在進(jìn)行上述操作時(shí)，需要確定泄水建筑物的泄洪能力，計(jì)算公式為

式中：Q 代表水庫溢洪道水位流量；m 代表流量系數(shù)，取值為0.502；e 代表側(cè)收縮系數(shù)；B 代表總凈寬；g 代表流體運(yùn)動(dòng)時(shí)的重力加速度；H0代表計(jì)入流速水頭的堰上總水頭。圖3 為溢洪道縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 水庫溢洪道縱斷面結(jié)構(gòu)

通過上述計(jì)算，不同水庫位及溢洪水深的下泄流量應(yīng)當(dāng)滿足表2 中的條件。

表2 泄水溢洪道水位與下泄流量對(duì)照表

2.3 灌溉輸水建筑物除險(xiǎn)加固

對(duì)塘坑塢水庫的灌溉輸水建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，已知該水庫放水底涵位于大壩左岸，底涵規(guī)格為250 mm 的砼圓管結(jié)構(gòu)，底涵進(jìn)口高程為128.10 m，出口位置的高程為127.70 m。圖4 為水庫底涵位置坡面示意圖。

圖4 水庫底涵位置坡面

斜拉閘門用于實(shí)現(xiàn)對(duì)放水的控制，將操作平臺(tái)設(shè)置在左岸岸坡上，閘門的尺寸為500 mm×500 mm。已知該水庫灌溉輸水建筑物存在斜拉閘門損壞問題，并且在閉門時(shí)存在拉桿彎曲的情況，這會(huì)導(dǎo)致閘門無法正常使用。除此之外，斜拉桿砼支墩砼碳化問題十分嚴(yán)重，存在鋼筋外露的現(xiàn)象，安全隱患問題嚴(yán)重，需要對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。根據(jù)除險(xiǎn)加固的原則，對(duì)該灌溉輸水建筑物進(jìn)行砼底涵改建，將原有放水水箱和斜拉桿支墩進(jìn)行拆除并重新建立，更換斜拉閘門，以此實(shí)現(xiàn)除險(xiǎn)加固作用。

3 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)前文所述塘坑塢水庫實(shí)際情況，結(jié)合本文設(shè)計(jì)的加固防滲處理方案，對(duì)此水庫進(jìn)行加固施工。

分別使用本文設(shè)計(jì)的方法和傳統(tǒng)方法對(duì)塘坑塢水庫進(jìn)行加固防滲施工，對(duì)比兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中的綜合性能，結(jié)果見表3。

表3 本文設(shè)計(jì)的方法與傳統(tǒng)方法

完成對(duì)施工方法的基礎(chǔ)應(yīng)用價(jià)值的分析后，對(duì)比兩種方法的應(yīng)用效能，即對(duì)比兩種方法在塘坑塢水庫中應(yīng)用后的防滲效果。

對(duì)比過程中，選擇正常工況、設(shè)計(jì)工況和校核工況作為參照，對(duì)不同工況下，兩種加固防滲施工方案的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，見表4。

表4 兩種加固防滲施工方案的應(yīng)用效果

4 結(jié)論

水庫大壩是由多個(gè)部門協(xié)同構(gòu)成的水利工程項(xiàng)目，不同類型的水庫大壩，其風(fēng)險(xiǎn)狀況也不盡相同。因此，造成水庫出現(xiàn)滲漏的原因也是多方面的。為落實(shí)此項(xiàng)工作，本文以塘坑塢水庫為例，開展了此次研究，得到以下兩方面的結(jié)論。

（1）根據(jù)表3 的對(duì)比分析結(jié)果，本文設(shè)計(jì)的方法在實(shí)際應(yīng)用中可以較好地控制工程施工造價(jià)，并且工程量相對(duì)較少。盡管傳統(tǒng)方法具有施工進(jìn)度相對(duì)較快和施工用機(jī)械設(shè)備操作簡單等優(yōu)勢(shì)，但綜合兩種方法的應(yīng)用效果，本文設(shè)計(jì)的方法顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

（2）由表4 可知，本文設(shè)計(jì)的方法施工后的滲漏量小于傳統(tǒng)方法施工后的滲漏量，證明本文設(shè)計(jì)的方法的防滲加固效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法的防滲加固效果。