小型病險水庫除險加固工程設計

□張 瑨 □彭仁鋒

（1信陽市水土保持監督監測站；2商城縣水利水電工程建設質量監督站）

0 引言

上世紀六七十年代，我國修建了大量水庫工程，由于當時特定的歷史條件，工程存在嚴重的“三邊”（邊勘察、邊設計、邊施工）問題，防洪標準低，質量控制不嚴，尾工和隱患較多，時刻威脅著下游人民生命財產安全，限制了當地的經濟發展。大多數小型水庫都存在大壩壩體、壩基、壩肩滲水問題，水庫輸水洞和溢洪道年久失修，不能正常運行，如果不及早采取除險加固措施，就會極大地制約當地經濟的發展。本著實事求是的原則搞好大壩安全鑒定工作，必須精心設計，既要徹底除險加固又要經濟安全，把有限的資金用到最需要除險加固的地方和項目。文章總結了河南信陽市寨里水庫除險加固工程設計中需要注意的問題，介紹工程中經常采用的典型措施和方法。

1 工程概況

寨里水庫位于河南信陽市新縣八里畈鄉南沖村，淮河流域潑河支流上，控制流域面積為0.70 km2，總庫容為35.70萬m3，興利庫容為24.50萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，結合水產養殖等綜合利用的小（2）型水庫。

水庫原設計洪水標準為：水庫設計洪水標準按30 a一遇洪水設計，相應洪水位為155.29 m；300 a一遇洪水校核，相應洪水位為155.51 m；正常蓄水位為153.95 m，死水位為147.30 m。本次除險加固采用的洪水標準為：水庫設計洪水標準按30 a一遇洪水設計，300 a一遇洪水校核，20 a一遇的設計洪水位為155.39 m，洪峰流量為17.6 m3/s，24 h洪水總量為16.80萬m3；300 a一遇的校核洪水位為155.93 m，洪峰流量為25.80 m3/s，24 h洪水總量為26.90萬m3。總庫容為37.70萬m3，興利庫容為24.50萬m3，死庫容為4.50萬m3。水庫工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級。

2 除險加固的必要性

2011年4 月，河南信陽市水利局組織專家對寨里水庫進行了安全鑒定，經省水利廳核查，鑒定為三類壩。鑒定結論分析，水庫存在以下問題：①大壩心墻填筑土料不合格，填筑質量差，壩體滲漏，壩腳沼澤化；②大壩上游護坡塌滑嚴重，下游排水設施不完善；③溢洪道下游山體面層全風化，垮塌淤堵嚴重，不能安全泄洪；④輸水洞進口坍塌，啟閉設施損毀嚴重；⑤無觀測管理設施。

寨里水庫存在諸多安全隱患，嚴重影響水庫的安全運行，使水庫不能正常發揮應有的綜合效益，應盡早進行除險加固。

3 水庫的除險加固措施

3.1 防滲處理措施

寨里水庫由于大壩心墻填筑土料不合格，填筑質量差，壩體滲漏嚴重，下游壩坡出逸點高，壩腳沼澤化，同時心墻最低處頂部高程低于校核水位高程，不滿足防洪標準要求。通過計算，工況取平心墻高程152.10 m及危險水位（1/2壩高水位）兩種情況，當水位到152.10 m時，出逸點高程為144.58 m，單寬滲漏量為0.16 m3/d/m；當水位到148.10 m時，出逸點高程為144.44 m，單寬滲漏量為0.16 m3/d/m，由計算結果可知，大壩下游壩坡浸潤線出逸點高，且壩體滲漏量大，已危及大壩安全。

針對壩體滲漏問題，經過大壩劈裂粘土灌漿、水泥土深層攪拌樁防滲墻和塑性混凝土防滲墻三種方案比選，最后決定采用水泥土深層攪拌樁防滲墻方案。方法如下：對大壩樁號0+000-0+150壩段進行處理，單排布樁，樁徑600 mm，樁與樁之間搭接長度200 mm，設計泥漿水灰比1:1，水泥滲入比15%，防滲墻中心線位于壩軸線處，深入壩基以下0.20 m。

3.2 壩坡工程

根據寨里水庫大壩內外坡度和壩頂情況，將壩頂進行混凝土硬化，上游坡比為1:2.40，在150.85 m高程處設一平臺，寬1.50 m；下游壩坡在149.50 m高程處設一平臺，寬1.00 m，平臺以上坡比為1:2.50，以下坡比為1:2；下游護坡采用草皮護坡，上游護坡采用現澆混凝土形式。

3.2.1 護坡形式選擇

大壩上游壩坡護砌擬選混凝土護坡和干砌石護坡兩種方案進行比較，考慮到當地塊石料運輸距離較遠，石質不易得到保證，當地缺乏砌石技工，且兩種方案工程造價相差不大，綜合比較，采用混凝土護坡經濟合理又美觀，因此本次上游壩坡采用現澆混凝土護坡進行加固。

3.2.2 現澆混凝土護坡厚度計算

對具有明縫的混凝土或鋼筋混凝土板護坡，當壩坡坡度系數m=2～5時，板在浮力作用下穩定的面板厚度可參照《碾壓式土石壩設計規范》附錄A中公式計算：

式中：η為系數，對整體式大塊護面板取1.00；hp為累積頻率為1%的波高；b為沿壩坡向板長，取2m；ρc為板的密度，取2.40 t/m3；ρw為水的密度，取 1.00 t/m3；m 為邊坡系數，取 2.40；Lm為平均波長。經計算，混凝土護坡厚度t=0.12 m，為安全起見，取混凝土護坡厚度為0.13 m。

為此，對大壩按1:2.40設計坡比對上游坡整修后澆筑0.13 m厚C20混凝土護坡，范圍為整個上游壩坡高程147.80 m至壩頂，下部鋪設0.12 m厚砂石混合墊層，護坡每塊混凝土板尺寸為3.00 m×2.00 m（長×寬），板間采用無砂混凝土填縫。大壩下游壩坡采用草皮護坡。在大壩下游壩坡樁號0+050、0+100及左右壩肩分別設橫向排水溝一道，在149.50 m和144.50高程處分別設縱向排水溝一道。下游壩坡坡腳新建干砌石貼坡排水體，貼坡排水頂部高程應不低于計算浸潤線逸出點以上1.50 m，故貼坡排水頂部高程為144.50 m，位于大壩樁號0+030-0+125段，貼坡排水體由內至外依次為0.20 m厚粗砂墊層、0.20 m厚碎石墊層、0.30 m厚干砌塊石護坡。

3.3 輸泄水工程

3.3.1 溢洪道加固工程

寨里水庫溢洪道位于大壩右側，堰頂為生產道路，路下埋設φ400 mm的圓涵，下游山體面層全風化，垮塌淤堵嚴重，溢洪道不能安全泄洪。設計對老溢洪道進行拆除重建，溢洪道控制段底部高程為153.95 m，尾水渠設計底部比降為1/50，過流斷面為梯形，渠道深2.00 m，底板和護坡采用C20混凝土進行護砌，為保證溢洪道兩邊通行安全，新建溢洪道交通橋。

3.3.2 輸水洞加固工程

寨里水庫輸水洞現狀為斜拉閘門型式，位于大壩樁號0+010處，斜拉桿位于水庫右側山坡上，洞身直徑為φ400 mm，進口由斜拉閘門控制，并建有磚砌體閘室。但由于修建時技術、經濟條件限制和年久失修，造成輸水洞進口砌體坍塌，斜拉閘門拉桿嚴重銹蝕，拉桿支墩砼碳化，啟閉室破舊不堪，如果不及時進行除險加固處理，勢必威脅大壩安全。

針對輸水洞存在的問題，對輸水洞進出口及拉桿基墩拆除重建，拆除現有啟閉機房，在原址重建啟閉機房，更換0.40×0.40 m鑄鐵閘門1扇，并配套10 t手動螺桿啟閉機1臺。

4 結語

寨里水庫除險加固工程實施后，能夠確保水庫安全度汛，正常蓄水，發揮其應有的防洪社會效益和經濟效益，保證了水庫下游人民群眾的生命財產安全，對于發展當地農村水利具有積極意義。該工程于2014年8月進行了竣工驗收，通過蓄水運行和質量檢查，大壩防滲效果良好，達到了預期效果。寨里水庫工程除險加固技術的成功運用，不僅對其他病險水庫加固處理工程具有借鑒作用，也為病險水庫處理技術研究積累了經驗。