路下勒水庫堤壩防滲加固研究

植發龍

（云浮市云安區白石鎮農業水利站,廣東 云浮 527523）

1 工程概述

路下勒水庫位于云安區白石鎮橫逕村委,所屬水系是珠江流域西江水系白石河支流上游,于1968 年建成。水庫集雨面積1.27 km2,總庫容23.74 萬m3,庫區內三面環山,是一宗以灌溉為主,兼顧防洪的?。?）型水庫。水庫大壩設計洪水標準為20 年一遇,設計水位165.05 m,相應庫容為22.36萬m3,校核洪水標準為200 年一遇,校核水位165.57 m,相應庫容為23.74 萬m3。

水庫為峽谷型水庫,兩岸山體雄厚穩定,巖性屬非可溶巖的相對隔水巖系,庫區及壩基均揭露碎石、裂隙較發育的強風化石英片巖等中等透水層,可能存在沿壩基中等透水層向下游滲漏問題。大壩填土填料主要為含砂低液限黏土,含少量礫質和強風化碎石,密實度差異性較大,填壓實度較低,含水量偏高,未達規范要求；壩體土料透水性大多以中等透水性為主,未達規范要求,建議對壩體進行灌漿加固。大壩左、右壩肩未發現開裂、變形等狀況,現狀穩定；大壩左、右壩肩分別置于強風化石英片巖上,大壩左壩肩存在繞壩滲漏的可能性較大。針對路下勒水庫的實際情況,決定開展堤壩防滲加固措施[1]。

2 工程存在問題

2.1 大壩存在的問題

根據大壩安全鑒定報告及本次地質鉆探、計算復核及現場檢查結果,大壩存在主要問題如下：壩體填土滲透系數為3.75×10-5cm/s～8.25×10-4cm/s,平 均 值4.20×10-4cm/s,屬 于弱～中等透水。不滿足《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》（SL 189-2013）5.1.6 的要求?，F場檢查,大壩壩頂為石粉路面,局部出現坑洼,兩側長滿雜草,未見明顯的變形；大壩上游砼護面局部破損嚴重,長滿雜草；下游坡為草皮護坡,雜草較多,壩坡排水溝局部損壞,淤積嚴重,雜草叢生,排水不順暢。根據《云浮市云安區路下勒水庫安全鑒定報告書》,大壩防洪標準、設計洪水和壩頂高程和泄洪能力均符合要求。路下勒水庫大壩正常蓄水位穩定滲流條件下的下游壩坡抗滑穩定安全系數不能達到1.15,大壩下游壩坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求,處于不穩定狀態[2]。

2.2 溢洪道存在問題

經安全鑒定、現場檢查和復核計算,溢洪道存在問題如下：①溢洪道為開敞式的寬頂堰,現狀交通橋寬1.8 m,年久失修,無法滿足交通要求。阻斷防汛公路和大壩連接,阻礙防汛物料運輸和防汛搶險[3]；②溢洪道泄槽末端末設置消能防沖建筑物,現狀溢洪道下泄洪水直接跌落,對下游岸坡沖蝕較為嚴重；溢洪道對沖防汛道路,阻礙防汛物料運輸和防汛搶險；③進口段底板泥沙堆積,影響泄洪。

2.3 輸水涵管存在問題

經復核計算及現場檢查,輸水涵管存在問題如下：①輸水涵管進口處破損,涵管局部破損漏水,導致水庫無法蓄水,水庫長期處于低水位運行,水庫效益嚴重衰減。②出口無消能設施,影響下游壩坡穩定[4]。

3 水利工程管理中的堤壩防滲加固措施

3.1 大壩防滲加固措施

壩體填土滲透系數為3.75×10-5cm/s～8.25×10-4cm/s,平均值4.20×10-4cm/s,屬于弱～中等透水,存在壩體滲漏問題；輸水涵管進口處破損,涵管局部破損漏水,導致水庫長期處于低水位運行[5]。路下勒水庫現有大壩為均質土質,本次設計針對工程現狀存在的主要問題采取必要的除險加固措施。

3.1.1 壩頂構造

根據壩頂高程計算結果,壩頂路面高程取165.80 m,原防浪墻拆除重建,防浪墻頂高程為166.30 m,壩頂總長59.7 m。本次加固壩頂寬度為5 m,路面為0.2 m的摻5%水泥石粉路面,路面下游側設置0.2 m寬的路緣石,路緣石每10 m分縫一道,寬20 mm,聚乙烯低發泡沫板填縫,壩頂向下游做成2%斜坡,以排除壩頂雨水[6]。

3.1.2 壩坡及護坡設計

迎水坡設置C25 砼護坡厚100 mm,坡比為1∶3。背水側先清理表面表土厚200 mm,一、二級坡均按1∶2.75坡比回填粘性土,采用草皮護坡,中間設置2.5 m寬馬道。上游砼護坡采用3 m×3 m板塊并錯縫布置,縫下設1.0 m寬反濾土工布,并在每個板塊中間設φ50排水孔,孔底鋪土工布。

3.1.3 壩體及壩面排水

拆除重建岸坡、下游壩坡排水溝,拆除重建上下壩坡步級；對現狀排水棱體加厚,并在設計壩腳重建干砌石排水棱體。

3.1.4 壩體防滲設計

壩體河槽段采用劈裂灌漿,兩壩頭采用充填灌漿,劈裂灌漿沿壩軸線布置一排孔,孔距5 m,兩壩頭充填灌漿沿壩軸線布置兩排,孔距2.0 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌漿孔進入壩基土層1.5 m,并滿足最小灌漿段長度要求。本方案工程量：劈裂灌漿132 m,充填灌漿326 m[7]。

3.1.5 壩體處理

①漿孔布置。灌漿在現有壩體進行,對壩體采用充填灌漿防滲處理,灌漿孔沿壩頂軸線方向布置2 排,孔距2 m,排距1.5 m,孔底進入壩基土層1.5 m,大壩充填灌漿總計59 孔,灌漿總進尺為507.65 m。②充填灌漿材料。充填灌漿土料各項指標應滿足表1要求。

表1 充填灌漿土料各項指標

3.2 溢洪道加固

溢洪道除險加固包括控制段拆除原有橋板及7 m寬側墻、底板,新建交通橋凈寬5 m,采用1孔箱涵形式；拆除現狀側墻表面厚50 mm,鋪設鋼絲網,采用M25 水泥砂漿抹面厚50 mm,現狀底板鋪設鋼絲網,采用M25水泥砂漿抹面厚50 mm；新建排洪渠長10.3 m,底板為C25 砼底板厚400,底板高程為157.21 m～157.49 m,側墻采用C25 重力式砼擋墻,墻頂高程為 157.21 m～160.49 m[8]。

3.2.1 現狀泄槽邊墻高度復核計算

路下勒水庫溢洪道為無閘門開敞式寬頂堰,堰頂高程163.30 m,溢流總凈寬5 m,現狀泄槽段水平總長60 m,底坡i=0.082,兩側墻頂高程159.85m～165.67 m,墻高1.55 m～2.37 m,20 年一遇設計下泄流量18.4 m3/s,上游水位165.05 m；200年一遇校核下泄流量 23.74 m3/s,上游水位165.57 m。查溢泄槽水面線依據《溢洪道設計規范》（SL 253-2017）相關公式進行計算[9]。泄槽水面線根據能量方程,用分段求和法計算,其計算公式如下：

式中：ΔI1-2為分段長度,m；h1、h2為分段始、末斷面水深；V1、V2為分段始、末斷面平均流速,m/s；a1、a2為流速分布不均勻系數,取1.05；為泄槽底坡角度,（°）；i為泄槽底坡,i=tg；為分段平均摩阻坡降；n為泄槽槽身糙率系數；為分段平均流速,=（v1+v2）/2,m/s；為分段平均水力半徑,R=（R1+R2）/2,m。

測定結果見表2。從表中可以看出,泄槽現狀墻的高度比計算側墻要大,這與規范的要求相吻合。

表2 陡坡段水面線的計算結果

3.2.2 溢洪道邊墻穩定計算

溢洪道邊墻的穩定復核斷面選取新建排洪渠段最高的擋土墻作為最危險斷面進行計算,3.5 m高的C25 砼擋墻。按照《水工擋土墻設計規范》（SL 379-2007）進行抗滑穩定計算、基底應力計算。采用公式分別如下：

抗滑穩定計算采用以下公式計算：

式中：KC、∑H、f、∑G分別為沿擋墻基底面的抗滑穩定安全系數、作用在擋墻上的全部水平荷載、擋墻基礎底面與地基間的摩擦系數,取0.35、作用在擋墻上的全部豎向荷載。

取基底面的面積為A,沿基底面的抗滑穩定安全系數應滿足：5級岸堤擋墻抗滑穩定安全系數 正常運用時不小于1.20,非常運用條件Ⅰ（施工期）時不小于1.05。

基底應力計算公式：

在各種計算工況下,基底摩擦系數取0.35,最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍,基底應力不均勻系數基本組合不大于2.0,特殊組合不大于2.5。

溢洪道邊墻穩定性計算結果見表3。從表中可以看出,各工況下,擋墻抗滑穩定安全系數滿足相應規范的要求。

表3 溢洪道邊墻穩定性計算結果

3.3 輸水涵管加固

經復核計算及現場檢查,輸水涵管存在問題如下：①輸水涵管進口處破損,涵管局部破損漏水,水庫長期處于低水位運行,水庫效益嚴重衰減。②出口無消能設施,影響下游壩坡穩定。

本次輸水涵加固措施比選兩種方案,各方案如下,①新建Q235 的DN800 鋼管,涵管采用頂管的方式過壩,鋼管壁厚12 mm,共86.34 m；②新建Q235 的DN600 鋼管,涵管采用拉管的方式過壩,鋼管壁厚12 mm,共86.34 m；兩種方案主要的差異點見表4。

表4 方案對比

可以看出輸水涵采用頂管施工,投資相對較大,但由于頂管施工面積相對較小,由傳統的線狀縮小為點狀,因此對壩體破壞不嚴重,在施工的過程 中對現有構筑物影響較小,且施工完成后的管道由于管徑較大,也便于今后日常的維護及檢修。故本次設計推薦采用頂管方案。本次加固措施為：拆除重建輸水涵管總長91.74 m,其中DN800 鋼管頂管段86.34 m,出口新建 DN800 輸水涵鋼管段長5.4 m；輸水涵管兩側充填灌漿,輸水涵鋼管末端設置消力池長6 m,采用C25鋼筋砼U型槽形式,下設碎石、中粗砂反濾厚均為100 mm,池內布置Φ75 PVC排水管,間距為1 m×1 m梅花形布置。消力池末端連接現狀灌溉渠道?，F狀防汛公路硬化,鋪設C25砼道路長1546 m。新增測壓管、量水堰、位移觀測等觀測設施。補充防汛物料、設置標識標牌、并建設智能感知系統。

4 結語

路下勒水庫在當前運行過程中,其大壩、溢洪道與輸水涵管存在破損、排水不暢等問題,嚴重影響了水庫運行的安全性及穩定性。針對該問題,通過改進大壩結構、優化護坡設計、設置排水溝、加強壩體防滲設計等方式,對大壩進行加固；同時,綜合考慮泄槽邊墻高度及溢洪道邊墻穩定進行分析,對溢洪道進行加固,確保其能夠滿足水庫運行需求；最后,拆除重建輸水涵管,采取加固措施保證其使用性能,為路下勒水庫的正常、穩定運行提供保障。