小型病險水庫除險加固工程設計研究

王云峰

(廣西南寧水利電力設計院，廣西南寧 530001)

0 引言

通過對病險水庫的除險加固，從而提高水庫的洪水控制系統，改善了防洪體系、從而消除安全隱患，確保防洪安全;同時，加固后恢復了原來水庫的蓄水供水功能，提高了農業灌溉的工作效率，改善了農村用水和城市供水;此外，病險水庫的除險加固工程使水庫舊貌換新顏，帶來了顯著的環境效益。姚小豐等［1］結合貴州省余慶縣橋邊水庫除險加固工程，分析了大中型水庫病險水庫除險加固項目的設計，指出了加固施工技術和施工中應注意的問題;周率［2］分析了小型水庫除險加固中常應用的3種施工技術;趙家成等［3］分析研究了中、小病險水庫的病險特征、除險加固措施和除險加固措施的原則。

根據《全國病險水庫除險加固專項規劃》報告指出，全國應進行除險加固研究的三類病險水庫即小型水庫總數約占全國水庫總數的36%，并從2001年開始，計劃持續15年完成病險水庫的除險加固任務［3］。可見，病險水庫的除險加固是非常有必要的和緊迫的。

本文依托龍門水庫，針對小型水庫除險加固工程設計和施工中的具體過程進行研究，為病險水庫的除險加固工作提供參考方法。

1 工程概況

1.1 水庫概況

龍門水庫位于南寧市心圩鎮北面山中，距離南寧市高新區大學路4.1 km，由1座主壩、1座溢洪道組成，水庫壩址以上集雨面積為8.43 km2，有效庫容為414萬m3，興利庫容318萬m3。1976年5月開始施工，1980年6月建成并投入使用。主壩為漿砌石梯形支墩壩，壩高為32.6 m，壩基防滲型式為帷幕灌漿處理。溢洪道基礎落在砂巖的強風化層中，為混凝土坡面。

1.2 工程地質

龍門水庫庫區位于龍門江支流心圩江中上游，為丘陵地貌，海拔為100 m～240 m，地表多為殘坡積層分布，部分出露強風化砂巖，頁巖地層坡度較陡。庫區基巖以寒武系砂巖為主，部分為頁巖。地表為砂頁巖風化及殘坡積成因形成的第四紀覆蓋土層，表面植被良好。據GB 18306-2001中國地震動參數區劃圖，工程區地震動峰值加速度為0.05g，地震反應譜特征周期為0.45 s。

1.3 水文地質

龍門水庫設計洪水位151.4 m，校核洪水位151.6 m。龍門水庫設計灌溉面積6 100萬畝，有效灌溉面積6 081畝，年供水能力為350萬m3，是一座以灌溉為主，并結合防洪養魚等綜合利用的小型水利樞紐工程。根椐SL252-2000水利水電工程等級劃分及洪水標準的等級劃分，工程規模為小(1)型庫，主要永久性建筑物為主壩、溢洪道及放水設施，其建筑級別為Ⅳ級;水庫的設計洪水復核采用50年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核，溢洪道消能防沖設施按20年一遇洪水標準設計。庫區內地下水類型為基巖裂隙水和孔隙水，裂隙水賦存于基巖構造裂隙和風化裂隙之中，孔隙水賦存于第四紀覆蓋孔隙中，水量均較小。

1.4 水庫現狀

通過對龍門水庫進行安全鑒定，龍門水庫現為三類病險水庫，需要維修加固。其險情主要為:

1)主壩結構雖穩定，但壩體存在嚴重漏水，壩頂護欄老化、破損。

2)溢洪道結構不穩定:堰體及兩側翼墻嚴重滲漏、兩岸河床被沖刷嚴重。

3)放水設施結構不穩定:放水涵嚴重漏水、混凝土老化、剝落嚴重;放水閘門啟閉設施破損嚴重。

4)進庫道路坑洼不平，進庫道路橋面下塌，無法過載重車輛。

5)管理房已為危險建筑。

2 除險加固設計

2.1 洪水標準校核

龍門水庫的洪水水位校核采用50年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。由暴雨資料推算設計洪水，并且對工程原設計方案進行調洪演算復核。洪水復核結果為設計洪水位151.4 m，校核洪水位151.6 m。水庫壩頂高程151.6 m，如表1所示［4］。水庫設計的防洪能力滿足國家GB 50201-94防洪標準的要求。

表1 洪水校核結果

2.2 除險加固設計

2.2.1 水庫主壩

根據安全穩定復核，壩頂高程、抗滑穩定和壩基應力均滿足要求。壩體加固主要為對漏水壩段進行防滲帷幕灌漿，灌漿孔沿壩頂軸線方向單排布置，孔徑110 mm，孔距1 m，灌漿孔斜度0°，灌漿深度至壩體開挖線以下5 m，灌漿材料為水泥漿;主壩欄桿重建將破爛欄桿拆除，重建C15混凝土欄桿;對主壩下游面清除雜草、青苔，并用20 mm厚M7.5水泥砂漿抹面;防浪墻頂面與下游面做鑿毛處理后貼漢白玉瓷磚。

2.2.2 溢洪道

經過多年運行觀測資料來看，當水庫水位達到149.0 m的高程時，溢洪道堰體及兩側翼墻出現多處集中射水滲漏，當水位達149.60 m以上時，最大漏水點流量達0.10 L/s，且流量隨著時間、水位增高而增大，有惡化趨勢。堰體及兩側翼墻均為漿砌石重力式，多年運行加上施工時砌筑不密實造成比較嚴重的滲漏，且砂漿老化剝落嚴重，使堰體及兩側翼墻形成空洞，只剩下砌石空架子。因此，在保持原溢洪道的坡段及消能設施的組成不變，各泄槽的斷面形式及底寬不變，坡降不變時，加固內容有:

1)在堰頂布置灌漿孔，孔位距堰上游面0.5 m，單排布置，孔徑110 mm，孔距1.0 m，灌漿孔斜度0°，灌漿深度為巖石強風化下限以下5 m，灌漿范圍為整個溢流堰段。

2)溢洪道兩岸對溢流堰兩側山體進行灌漿，灌漿深度至強風化下線5 m處。左岸灌漿范圍11 m，右岸灌漿范圍15 m。設計灌漿孔為雙排梅花孔布置，排距1.5 m。孔徑110 mm，孔距2.0 m，灌漿孔斜度0°，灌漿壓力根據灌漿試驗確定。

3)溢洪道原進口兩側翼墻拆除后重建C25混凝土擋土墻。溢洪道挑坎下游沖坑回填C10埋石混凝土，表面鋪設0.5 m厚C25混凝土護袒。

2.2.3 放水設施

原有放水設施由梯級斜管和穿壩平管組成。基于存在的隱患，原放水斜管不再使用，將原放水斜管拆除并新建放水塔，且對原放水平管進行加固防滲。新建放水塔為圓形鋼筋混凝土結構，塔上部為控制層。塔凈寬直徑為3.0 m，高36.4 m。采用分層放水，通過閘閥利用管道放水。

新建放水塔通過工作橋與壩頂相連，工作橋長14.5 m，單跨布置，采用箱形鋼筋混凝土結構，橋面寬1.5 m，橋面高程152.0 m。

3 除險加固施工組織設計

龍門水庫除險加固工程項目主要有:主壩灌漿加固、溢洪道灌漿及加固、新建放水設施及進庫公路、上壩公路等。

施工總體布置以方便施工、集中布置、盡量利用水庫原有的管理范圍的土地，避免新征土地。施工場地規劃根椐工程的特點及實際情況，臨時生活區和鋼筑、模板工廠布置在溢洪道頂部平地及水庫舊管理房附近平地。砂石料均考慮外面購進，工地不設專門砂石料加工場，砂石料場地和混凝土拌和站布置在各臨時施工場地內。棄渣場布置在上壩公路兩側荒山上。

對外交通方面，有公路可通到南寧市區。對內交通方面，管理房施工可以利用上壩公路作為施工道路，主壩、溢洪道及放水塔等施工需要設臨時施工道路，以便連接各施工點。

為了保證放水工程施工正常進行，在大壩上游100 m處設置臨時圍堰一座，堰高2.5 m，上下游面坡度為1∶1.5。圍堰為麻袋裝土圍堰，為了保證上游來水排放，設置PE排水管。

4 結語

病險水庫除險加固具有很大的經濟效益和社會效益，除險加固是一個系統工程，其中有很多的復雜性因素，要認真識別病險的原因，嚴格控制病險水庫除險加固工程設計與施工質量。同時，在除險加固工程設計與施工中注重應用新工藝、新材料和新技術，最大限度的降低成本和提高工程質量。

［1］ 姚小豐，胡長江.水庫大壩除險加固工程設計探究［J］.河南水利與南水北調，2013(2):26-27.

［2］ 周 率.小型水庫除險加固施工技術研究［J］.黑龍江水利科技，2013，41(4):103-105.

［3］ 趙家成，王從鋒，姜利漢.中、小型病險水庫除險加固的研究［J］.三峽大學學報(自然科學版)，2005，27(2):199-122.

［4］ 杜雷功.全國病險水庫除險加固專項規劃綜述［J］.水利水電工程設計，2003，22(3):1-5.

［5］ 廣西南寧水利電力設計院.廣西南寧市龍門水庫除險加固工程設計報告［R］.南寧:廣西南寧水利電力設計院，2007.