某?。?）型水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案分析

付默菡

（遼寧省錦州市水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 錦州 121013）

1 工程概況

某小（1）型水庫(kù)建于20 世紀(jì)80 年代,水庫(kù)建成后大壩壩高32.0 m,總庫(kù)容320.5 萬(wàn)m3,水庫(kù)樞紐工程包括擋水壩,輸?shù)退鸵绾榈?。工程主要任?wù)是農(nóng)田灌溉,灌溉面積2350 畝。該水庫(kù)建設(shè)初期,由于當(dāng)時(shí)技術(shù)力量薄弱,大壩未進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)及施工試驗(yàn),設(shè)計(jì)圖紙和報(bào)告由當(dāng)時(shí)水務(wù)局工作人員根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)自行設(shè)計(jì),對(duì)工程地質(zhì)條件、壩體填筑料都未進(jìn)行地質(zhì)勘查和地質(zhì)試驗(yàn),加上施工技術(shù)力量薄弱,施工不規(guī)范,壩體碾壓質(zhì)量較差,完工后5 年時(shí)間內(nèi)壩體及壩基就出現(xiàn)滲水,后其運(yùn)行中呈擴(kuò)展趨勢(shì),水庫(kù)一直帶病運(yùn)行。水庫(kù)灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱,農(nóng)民生活水平很低,主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源是農(nóng)業(yè)收入,經(jīng)濟(jì)林果是當(dāng)?shù)刂饕慕?jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)支柱,但灌溉用水是制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。所以,該水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施,可以讓水庫(kù)摘掉“病險(xiǎn)水庫(kù)”的帽子,解除水庫(kù)下游人民的心頭之患,提高供水保證率,充分發(fā)揮水庫(kù)的防洪及灌溉作用。

2 水庫(kù)存在的問題

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

（1）大壩

經(jīng)洪水復(fù)核,水庫(kù)抗洪能力為5年一遇,低于大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)及安全性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)；水庫(kù)建成后大壩壩高32.0 m,壩高11 m以上部分內(nèi)處壩坡均較陡,上游壩坡為1∶2.68,下游壩坡為1∶2.784,壩體單薄,壩體穩(wěn)定性差；壩基在興建大壩時(shí)進(jìn)行了清基,在壩軸線位置設(shè)置截水槽,基本截?cái)嗪哟哺采w層及砂礫石層,壩體基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化基巖,基巖滲透系數(shù)較大,未進(jìn)行防滲處理,壩基存在滲漏問題；左右壩肩基巖為全風(fēng)化砂泥,基巖基本穩(wěn)定,但巖石風(fēng)化較強(qiáng),平均深度為15 m,其滲透性較強(qiáng),屬中等透水帶,壩肩存在繞壩滲漏問題；大壩為均質(zhì)土壩,壩料為左壩肩強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖,由于施工技術(shù)力量薄弱,壩體碾壓質(zhì)量較差,下部23 m平均壓實(shí)度僅為91.5%,上部培厚壩體平均壓實(shí)度只達(dá)到84.3%,均小于規(guī)范規(guī)定,大壩存在滲漏問題,尤其壩體上部滲漏嚴(yán)重,壩基存在滲漏,右壩肩存在繞壩滲漏[1]。

（2）溢洪道

溢洪道布置于大壩左壩肩,溢洪道是在大壩取料上壩后開挖而成,整條溢洪道開挖后未進(jìn)行襯砌。溢洪道泄流能力低,經(jīng)復(fù)核最大泄流量?jī)H為27 m3/s,同時(shí)溢洪道岸坡存在滑坡體,滑坡體對(duì)溢洪道安全泄洪構(gòu)成極大的危害,在2000 年左右發(fā)生過一次大的滑坡,滑坡體塌下760 多m3,阻塞溢洪道,使庫(kù)水位漲至距壩頂僅0.2 m~0.3 m,出動(dòng)大量人力,采用大藥量爆破方才排除險(xiǎn)情。

（3）輸水涵洞

輸水底涵布置于右壩肩,為壩下埋管,洞身襯砌采用紅土漿砌石襯砌,襯砌質(zhì)量差,洞身存在滲漏問題,同時(shí)在1990 年當(dāng)?shù)卮迕裼谜ㄋ幷涓?由于爆破的影響,造成輸水底涵在0+095.70 m及0+105.50 m產(chǎn)生環(huán)狀裂縫,裂縫漏水嚴(yán)重,輸水底涵進(jìn)口工作閘門為壩面鋼索斜拉磨盤閘門,銹蝕嚴(yán)重,啟閉困難。

2.2 滲漏及滲透變形分析

大壩為均質(zhì)壩,壩體填筑土料級(jí)配差,質(zhì)量不合格,碾壓時(shí)質(zhì)量控制不規(guī)范,壓實(shí)度低,透水性強(qiáng),壩體滲漏嚴(yán)重。同時(shí),水庫(kù)興建時(shí),沿壩軸線對(duì)大壩壩基進(jìn)行處理,設(shè)有深7 m,寬5 m的截水槽,清基基本清除河床覆蓋層,但壩基基巖為全風(fēng)化砂泥巖,仍未截穿強(qiáng)風(fēng)化層,滲透系數(shù)較大,壩基基巖部分未進(jìn)行防滲處理。因此,整個(gè)壩體的防滲體并未起到應(yīng)有的作用,壩基滲漏嚴(yán)重,左、右壩肩結(jié)合部巖體呈全～強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài),透水性強(qiáng),導(dǎo)致水庫(kù)運(yùn)行時(shí),壩體出現(xiàn)大面積濕潤(rùn)。下游無(wú)排水棱體,壩體浸潤(rùn)線較高,孔隙水應(yīng)力逐漸積累,導(dǎo)致壩土的強(qiáng)度顯著降低。因此,大壩存在壩體、壩基、繞壩和兩岸壩肩結(jié)合部滲漏[2],將會(huì)影響大壩安全,必須進(jìn)行滲漏處理。

3 水庫(kù)除險(xiǎn)加固措施

3.1 大壩除險(xiǎn)加固措施

3.1.1 壩體及壩基防滲方案比較

為防止壩體和壩基的滲透破壞,減少滲漏量,對(duì)壩基采取帷幕灌漿處理,對(duì)壩體則進(jìn)行三種垂直防滲方案的比較[3]。防滲方案比較見表1。

表1 壩體垂直防滲方案比較表

從投資方面看,方案一（粘土水泥灌漿）較方案二（塑性混凝土防滲墻）和方案三（高壓旋噴樁）投資少,施工技術(shù)成熟、簡(jiǎn)單。方案二防滲效果更加可靠,施工中檢測(cè)（試驗(yàn)）手段較為成熟,但投資較高。方案三施工機(jī)械要求相對(duì)較高,由于小平地水庫(kù)相對(duì)不透水層較深,旋噴樁僅能解決壩體部分的滲漏問題,壩基部分要采取帷幕灌漿進(jìn)行防滲,旋噴樁與下部的帷幕灌漿施工設(shè)備不相同,施工相對(duì)較復(fù)雜。從大壩運(yùn)行30多年來(lái)看,整個(gè)壩體的防滲體并未起到應(yīng)有的作用,壩基滲漏嚴(yán)重；左、右壩肩結(jié)合部巖體呈全～強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài),透水性強(qiáng),導(dǎo)致水庫(kù)運(yùn)行時(shí),壩體出現(xiàn)大面積濕潤(rùn),壩體浸潤(rùn)線升高,孔隙水應(yīng)力逐漸積累,導(dǎo)致壩土的強(qiáng)度顯著降低,大壩存在壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏。通過從施工方法、工程投資對(duì)比,采用帷幕灌漿（即方案一）進(jìn)行處理。兩種防滲方案主要工程量及投資見表2。

表2 兩種防滲方案主要工程量及投資表

大壩防滲處理措施：帷幕灌漿布置在原壩軸線上,沿整個(gè)大壩基礎(chǔ)向兩岸山體延伸[4]。大壩灌漿范圍為水庫(kù)正常蓄水位與地下水位相交處,左岸基巖部分水平延長(zhǎng)30 m,右岸基巖部分水平延長(zhǎng)13 m,采用單排灌漿孔,孔距2.0 m,基巖采用水泥灌漿,壩體采用水泥粘土充填灌漿,最大灌漿深度52 m。

3.1.2 壩體加固方案

此次大壩處理將原壩軸線向下游平移6 m,壩頂高程維持原高程不變,壩頂寬5.0 m,上下游處理措施為：

上游壩坡處理：清除現(xiàn)壩坡表層土（垂直厚度0.5 m）。上游高程1573.8 m以下坡比為1∶2.75,上游高程1573.80 m至1586.80 m處坡比為1∶2. 5,采用厚30 cm的干砌塊石護(hù)坡,下設(shè)0.1 m厚的砂礫石墊層。

下游壩坡處理：清除現(xiàn)壩坡表層土（垂直厚度0.5 m）,對(duì)下游壩坡培厚處理,采用風(fēng)化均質(zhì)土料進(jìn)行填筑[5]。高程1562.00 m以下設(shè)排水棱體。高程1586.8.80 m~1574.80 m坡度為1:2.5,1574.80 m~1562.00 m坡度為1∶2.75,并在高程1574.80 m處設(shè)寬2 m的馬道平臺(tái)。下游坡采用草皮護(hù)坡,并在下游坡面設(shè)3 m寬的漿砌石上壩踏步。

3.2 溢洪道處理措施

本次溢洪道處理措施采用兩種方案。將原溢洪道進(jìn)行襯砌處理,新建溢洪道并進(jìn)行襯砌,方案比較原則是根據(jù)地形、地質(zhì)條件以及樞紐區(qū)的總體布置和投資來(lái)進(jìn)行選定。原溢洪道擴(kuò)建方案,寬頂堰凈寬12 m,堰頂高程1583.20 m,溢洪道全長(zhǎng)420.5 m。新建溢洪道方案,寬頂堰凈寬12 m,堰頂高程1583.20 m,溢洪道全長(zhǎng)186.331 m。方案投資比較見表3。

表3 溢洪道方案投資比較表

經(jīng)方案比較,原溢洪道擴(kuò)建方案造價(jià)高,原溢洪道邊坡存在滑坡體,安全性差,且出口水流歸河困難。新建溢洪道方案投資少,邊坡不存在滑坡體,出口水流歸河容易。因此,推薦新建溢洪道方案。

3.3 輸泄涵洞處理措施

輸水低涵的長(zhǎng)期滲漏及漏水,導(dǎo)致右壩段下游壩坡出現(xiàn)變形,同時(shí)輸水涵洞閘門漏水嚴(yán)重,啟閉不利,這些都嚴(yán)重地影響了大壩的安全運(yùn)行。由于輸水低涵斷面較小,對(duì)輸水低涵進(jìn)行加固處理較為困難,且輸水低涵在施工期間不能向下游輸水。因此,本次設(shè)計(jì)決定重新修建一條輸水隧洞替代原輸水涵洞,施工期間,利用老涵洞向下游西干渠供水,施工結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行封堵。新建輸水隧洞布置于大壩右岸,輸水隧洞由進(jìn)口有壓段、閘門井段、無(wú)壓洞段、出口明渠段、明渠跌水段組成,全長(zhǎng)242.78 m,斷面型式為1.2 m×1.8 m的圓拱直墻形,采用C25 鋼筋混凝土襯砌,襯砌厚度為40 cm,閘門井段長(zhǎng)5.0 m,閘門井采用C25 鋼筋混凝土襯砌,井壁厚60 cm,閘井底板厚度為100 cm井內(nèi)安裝1.0 m×1.0 m工作閘門和檢修閘門各一道。

4 結(jié)論及建議

該水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施,可以讓水庫(kù)摘掉“病險(xiǎn)水庫(kù)”的帽子,解除水庫(kù)下游人民的心頭之患,提高供水保證率,保護(hù)下游村莊、人口、公路、鐵路,充分發(fā)揮水庫(kù)的作用。水庫(kù)于2020年3月完工,目前運(yùn)行較好。