水庫大壩除險加固工程設計探究

□姚小豐 □胡長江（余慶縣水利局）

0.引言

大中型病險水庫除險加固項目具有很大的經濟效益和社會效益。除險加固工程，可以改善大壩防洪體系、確保防洪安全，消除大壩安全隱患，從而提高洪水驅控制系統，使得河道防洪能力提高。除險加固工程也提高了水資源的監管，以確保供水安全。加固后主要是恢復原來的大中型水庫的蓄水供水功能，提高農業灌溉的工作效率，改善農村用水和城市供水。此外，大中型病險水庫除險加固工程帶來了顯著的環境效益，修建水庫后可以憑借嶄新的面貌形成完美的景觀。

1.工程概況

橋邊水庫位于余慶縣花山苗族鄉花山村境內，壩址距花山村1.2km，距花山苗族鄉集鎮9km，有簡易公路到達壩址，交通較為方便。水庫所在河流為烏江右岸支流橋邊河，壩址以上流域面積3.05km2，水庫總庫容160萬m3，樞紐建筑物大壩、溢洪道等永久建筑物為4級。工程以灌溉為主，原設計灌溉面積228.7 hm2畝，是以灌溉為主的水利樞紐工程。

2.大壩

2.1 滲漏

2.1.1 壩體滲漏

壩體滲漏主要表現為集中滲漏，大壩下游壩腳存在一處集中滲漏點W：和兩個浸潤滲漏區q1（785.42～788.87m）、q2（791.5～791.6m)，其滲漏量分別為1.5,2.5,2.0L/s。大壩下游壩腳設置有貼坡排水，頂部高程為790.77m。

2.1.2 壩基滲漏

根據鉆孔資料揭露:壩基巖體風化破碎，特別是壩基接觸帶，巖體風化嚴重，巖體破碎，透水性強，壩基肩巖體透水率(q)：左岸在785.35m高程以上>5.0Lu，右岸在784.92m高程以上>5.0Lu，壩體在775.55m高程以上>5Lu，最大達17.6Lu(即壩體與壩基接觸帶)，說明壩基巖體透水性較強，左、右岸強風化巖體透水性較強，弱風化帶巖體相對較弱。

2.2 壩坡穩定

2.2.1 計算工況

根據現場檢查情況，橋邊水庫大壩未產生危及安全的變形，本次復核壩坡穩定考慮壩體的工作情況擬定4種工：①死水位(793.00m)情況時的上游壩坡，土料抗剪強度計算方法采用總應力法；②正常蓄水位驟降至放水涵洞底板高程C792.50m)時的上游壩坡，土料抗剪強度計算方法采用總應力法；③正常蓄水位(803.00m)情況時的上、下游壩坡，土料抗剪強度計算方法采用有效應力法；④校核洪水位(804.29m)情況時的下游壩坡，土料抗剪強度計算方法采用有效應力法。

2.2.2 壩坡穩定分析

通過計算，四種計算工況的計算成果見表1。

2.3 大壩存在的問題

經過計算和分析，大壩存在以下四方面的問題：上游壩面抗風浪能力不能滿足規范要求；大壩壩頂局部不平整；大壩下游壩面無護坡，雨水沖刷嚴重:壩體存在滲漏。

2.4 大壩除險加固設計

根據水庫大壩安全鑒定結論，大壩壩頂高程滿足要求，上游護坡局部浪蝕破壞，壩頂局部不平整，下游壩面不規則。由于上游護坡只是局部破壞，因此，大壩除險加固采取維持上游壩坡不變、對上游壩面局部沉陷部位采用粘土回填后恢復干砌塊石護坡，滿足水庫大壩的抗洪能力和上游壩面抗風浪能力要求，壩頂結合壩頂公路要求整治，下游壩坡采用土料平整至設計壩坡，壩面采用漿砌石框格草皮護坡，兩側設排水溝。

表1 壩坡穩定計算成果表

3.壩體、壩基及壩肩防滲處理

3.1 滲漏現狀性質、范圍及滲漏量

該水庫至建成蓄水以來，經過多年運行，大壩現存在壩基(肩)滲漏，且滲漏量隨庫水位升高而增大，特別是位于大壩下游壩腳以及左壩基、壩肩接觸帶出露的一處集中滲漏點W,(785.3 m)和兩個浸潤滲漏區 q1,(785.42～788.87m)、q2(791.S～791.6m)，根據調查，當庫水位于803.55m(即測圖時水位)時，其滲漏量分別為1.5，2.5，2.0L/s，滲漏量有逐年增大的趨勢。

3.2 防滲處理方案的選擇

大壩為粘土斜墻壩，根據大壩工程現狀以及鉆孔資料，由于壩體整體為非均質體 (上游側及中部為粘土夾少量碎石，下游側則由巖體風化料、砂質粘土等組成的粗粒混合料)，壩體填料抵抗外力變形的能力不一，施工中灌漿壓力難以控制，且稍有不慎極易造成對壩體以及原有防滲幕體的破壞，難以形成均一的、連續的防滲體，故本次防滲設計不予采用，壩體防滲方案進行了壩體充填充填灌漿、壩基及兩壩肩作帷幕灌漿的防滲方案與對大壩上游壩面采用土工膜防滲，壩基肩則結合土工膜鋪設、沿土工膜邊緣防滲墻(齒墻)布設帷幕灌漿的防滲方案比較。

4.放水及輸水設施

4.1 現狀描述及存在問題

放水涵洞位于大壩左壩段，為漿砌石箱涵，斷面尺寸(bh)1.3m×1.4m，涵洞總長72.0m。涵洞進口中心高程92.50m，出口底板高程791.50m。涵洞進口雙向轉動閘門止水老化，關閉不嚴，存在漏水，測圖水位時滲流量約0.2L/s，閘室啟閉設備操作不靈，鋼絲繩銹蝕嚴重，影響水庫正常運行，金屬結構存在隱患。放水涵洞洞身未發現明顯變形，但洞身底板沖刷破壞嚴重，砌體局部勾縫材料已脫落，進口至洞身前10m范圍內存在零星的浸潤滲漏現象。

4.2 加固改造設計

本次除險加固設計擬對放水涵洞進口進行加固改造，拆除進水口段并修建取水口。涵洞進口中心高程792.50m，進口段結合閘門的安裝采用C20混凝土澆筑，并安裝500mm雙向轉動閘門，閘門后接2m的放水鋼管至消力池。在涵洞首端設消力池，消力池長2m，寬3m，消力池和涵洞底板采用C15混凝土襯砌。對涵洞進口約15m的涵身段，撤除原襯砌硅后澆筑C20混凝土。大壩左壩端新建啟閉房12m2。

5.自動化監測系統總體設計

橋邊水庫己運行40多年，其樞紐建筑物大壩變形變位已處于穩定狀態，本次除險加固方案只對主要建筑物進行改造加固處理，因此，監測的重點是大壩滲流和庫區降雨量觀測。根據監測資料對壩體的滲流狀況及水情進行分析，用以評價水庫及大壩的運行狀態。

6.結語

大中型病險水庫除險加固項目具有很大的經濟效益和社會效益。除險加固工程，可以改善大壩防洪體系、確保防洪安全，消除大壩安全隱患。加固后主要是恢復原來的大中型水庫的蓄水供水功能，提高農業灌溉的工作效率，改善農村用水和城市供水。此外，大中型病險水庫除險加固工程帶來了顯著的環境效益。要有效地促進我國的大中型壩加固項目工作，就應當高度重視險庫對國民經濟和人民生命財產安全的威脅，并進一步增加投資于大型和中型水壩，加強大中型水庫大壩安全管理和監督，應嚴格控制大型和中型病險水庫除險加固工程施工質量。加固工程中有很多的復雜性，要仔細識別危險的原因，施工管理要做到對癥下藥，應嚴格控制。在除險加固工程中注重新工藝、新材料和新技術的運用，最大限度的降低成本并提高產品質量。