李橋水庫除險加固工程設計與應用

李永中

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000）

李橋水庫除險加固工程設計與應用

李永中

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000）

通過李橋水庫大壩壩坡塌坑事件，對運行50多年的壤土心墻土石壩進行了全面及時的安全復核和除險加固，分不同壩段的病險問題，采取了培厚上下游壩坡、壩體高壓旋噴墻防滲、壩頂聚苯泡沫板防壤土心墻凍張破壞、壩基帷幕灌漿等加固措施，取得了較好的除險加固效果，保證了水庫效益的正常發揮，可供其他類似工程借鑒。

水庫；除險加固；設計

1 工程概況

李橋水庫位于甘肅省張掖市山丹縣城南33.0km的馬營河干流上，是一座以灌溉為主的年調節中型水庫。水庫總庫容1540萬m3，有效庫容1416萬m3，主要由大壩、輸水涵洞、溢洪道和壩后式電站組成。李橋水庫始建于 1958年，歷經三期建設，于1980年竣工，而后又經過兩次除險加固，形成目前規模，現已連續運行50多年。

水庫大壩為壤土厚心墻土石混合壩，大壩總長1480m，壩頂寬5.4m，壩頂高程2179.90m，心墻頂部高程2179.20m，根據壩體結構和高度的不同，分為西壩段、中壩段和東壩段。西壩段最大壩高11.8m，心墻為壤土心墻，心墻下游沒設置反濾層和排水設施。中壩段最大壩高25.4m，心墻為厚壤土心墻，心墻下游設置了反濾層，東壩段最大壩高13.1m心墻為壤土心墻，未設排水設施。

壩體基礎防滲西壩段在壩基設置混凝土防滲墻，墻伸入底部巖石0.8～3.0m，伸入上部壤土心墻為2.3～4.0m；中壩段底部設置紅粘土截滲齒墻，此墻底部伸入巖石1.5m，上部伸入壤土心墻1.5m；東壩段壩基設置混凝土防滲墻，墻體底部伸入巖石0.8～1.2m。

2 問題提出

李橋水庫的建設過程受到不同時期不同社會背景條件下的制約，到1980年工程驗收時，水庫還是一個先天不足的工程，遺留了很多缺陷和不足，投入運行以來，一直存在滲漏問題。對此，李橋水庫于1999年被甘肅水利廳確定為全省第一批重點病險水庫，加之 2003年10月25日山丹發生6.1級地震，又造成防浪墻傾斜斷裂。雖經2000年、2005年兩次加固，由于投入資金有限，主要對溢洪道、輸水洞進行了加固，均未解決水庫大壩存在的滲漏穩定問題，存在極大的安全隱患。

2012年3月，水庫管理人員在巡視時，發現后壩坡頂部和后壩坡坡腳兩處各出現一個塌陷坑。壩坡頂部處塌陷坑坑口直徑0.7m，底部直徑2.6m，深2.8m。后壩坡坡腳處塌陷坑坑口直徑0.8m，底部直徑1.0m，深1.1m。分別編號為1#塌坑、2#塌坑。此時水庫水位2177.77m，比正常蓄水位2178.60m低0.83m。在壩體下游灘地發現滲水出逸點水流有渾濁現象，局部已出現孔穴點，帶出的土料為粉細砂顆粒。

水庫險情出現后，水庫管理部門及時提出了降低庫水位、出現塌坑壩段壩前修建臨時圍堰等措施，使得水庫的險情得到了有效控制。并控制此后水庫的蓄水位不超過2175m運行。但病險并沒有消除，所以要根據水庫存在的問題，對該水庫進行除險加固才能徹底解決病險問題，使水庫發揮應有的效益。

3 塌坑原因分析

（1）因變形不協調和局部應力集中，導致有齒墻（東、西）壩段與無齒墻（中）壩段的接觸區、齒墻壩段齒墻頂部粘土心墻區產生裂縫，形成滲漏。因防滲體下游面與壩基砂礫石層之間無反濾層導致壩體和壩基產生滲流侵蝕，致使滲透破壞現象長期存在。這些因素是造成壩體滲流異常及 2012年3月壩體塌坑的主要原因。

（2）李橋水庫壩身壤土心墻填土總體密實性差，松散、不均勻、裂隙較多。東壩段壩頂軸線測線處存在較大的滲漏通道；西壩段壩頂軸線測線處存在較大的滲漏通道，壩后道路測線處仍可見此通道，說明上下游存在連通的滲漏通道；壤土心墻由于當初施工質量較差，在滲水的長期作用下形成了具有一定厚度的水平方向集中滲水通道；滲水通過心墻后影響范圍有所擴大，總體趨勢從1#塌坑向2#塌坑方向發展。

4 大壩存在的主要問題

（1）壩體心墻、砂礫石壩殼填筑質量差。

（2）左壩肩Ⅲ級堆積階地砂卵礫石層屬強透水層，存在繞壩滲漏問題；西壩段壩基的古河道清基不徹底，存在壩基滲漏問題；中壩段壩基屬弱透水巖體，滲漏量較小，基本不存在壩基滲漏問題，但局部屬中等透水巖體，存在局部壩基滲漏問題；壩基東壩段與右壩肩的深厚覆蓋層清基也不徹底，也存在壩基與繞壩滲漏問題。

（3）東、西壩段滲流不穩定。

（4）中壩段在上游水位驟降情況下，上游壩坡抗滑不穩定，東、西壩段上下游壩坡抗滑不穩定。

（5）心墻頂部保護層厚度不滿足要求。

5 大壩除險加固工程設計

本次除險加固時，中壩段、西壩段和東壩段維持現狀壩軸線不動，壩頂防浪墻不動，壩頂寬度5.4m不變，在原壩體上解決大壩存在的主要問題。除險加固工程主要有中壩段壩體加固工程、西壩段壩體加固工程、東壩段壩體加固工程和東、西壩段壩基及左壩肩防滲處理工程。

5.1 中壩段壩體加固工程設計

中壩段存在的問題是上、下游壩坡不穩定的問題，壩頂壤土心墻頂部保護層厚度不夠的問題。

針對中壩段上游壩坡不穩定的問題，先在庫底2169m高程以下原壩體上開挖梯形斷面抗滑槽，在槽內拋填塊石作為壩前培厚砂礫的基礎后，再在上面填筑砂礫石蓋重，蓋重起點高程為 2169m，蓋重水平底寬 3.51m，頂部至壩頂高程，為2179.9m，填筑坡度 1∶2.75。

針對壩頂壤土心墻頂部保護層厚度不夠以及大壩下游壩坡不穩定的問題，由于心墻頂部保護層厚度只有0.7m，小于當地最大凍土深1.62m，壩頂采用揭開30cm的砂礫后，鋪設厚度6cm的保溫板以增加壩頂壤土心墻的抗凍張能力，然后填筑砂礫石厚24cm，達到原壩頂高程2179.9m。

為了便于碾壓和新老壩體的結合，首先拆除下游壩坡干砌石護坡，然后用砂礫石培厚下游壩坡，以增加下游壩坡的抗滑穩定性，下游壩坡的培厚坡度自上而下為1∶2、1∶2.5，與現狀坡度一致，培厚水平寬度2.2m。上游壩坡蓋重砂礫石坡面在高程2176.1m以下采用厚度30cm的干砌石護坡，護坡下鋪設厚度50cm的砂礫墊層；高程2176.1m以上采用C25現澆混凝土護坡，厚度20cm，以避免原干砌石在風浪和冰層作用下經常被破壞的弊病，對混凝土護坡下鋪設50cm的礫石墊層。

對中壩段下游壩坡培厚以前，首先對2012年3月出現的1#塌坑、2#個塌坑進行局部開挖檢查，把該段下游壩坡砂礫揭開到心墻，檢查心墻是否破壞，然后再夯填砂礫到設計厚度。加固設計典型橫斷面見圖1。

5.2 西壩段壩體加固工程設計

針對西壩段存在的壩體滲流不穩定、清基不徹底，有齒墻（東、西）壩段與無齒墻（中）壩段的接觸區、齒墻壩段齒墻頂部粘土心墻區域產生裂縫，形成滲漏通道，以及下游壩坡不穩定的問題，采取以下加固處理措施。

對西壩段原壩體下游壩坡培厚，培厚坡度1∶2，壩體上游老壩體臺地上做高壓旋噴墻防滲。高壓旋噴防滲墻軸線布置在西壩軸線上游5.68m的原老壩頂（2178.4m高程）的臺地上。即高壓旋噴防滲墻與防浪墻基礎的凈距 2m，高壓旋噴墻厚度0.6m，旋噴樁半徑0.6m，旋噴樁中心距 1m，布置高噴防滲墻404m，平均孔深17.1m。采用單排旋噴樁套接的結構形式，高壓旋噴墻采用三管法施工。壓旋噴防滲墻右端與中壩段壤土心墻連接，伸入壤土心墻35m，伸入中壩段部分高壓旋噴墻頂高程2179.6m，高壓旋噴墻底部伸入基巖1m。在高壓旋噴墻與防浪墻之間用25cm厚的C25混凝土護砌。加固設計典型橫斷面見圖2。

圖1 中壩段加固典型橫斷面設計圖

圖2 西壩段加固典型橫斷面設計圖

5.3 東壩段壩體加固工程設計

東壩段存在的問題與西壩段類同，采取的處理加固措施也與西壩段類同。對東壩段原壩體下游壩坡培厚，培厚坡度1∶2，壩體上游老壩體臺地上做高壓旋噴墻防滲，高壓旋噴防滲墻左端與中壩段壤土心墻連接，伸入壤土心墻35m，右端做至溢洪道邊墻。共布置高壓旋噴防滲墻長155m，平均孔深19.44m。高壓旋噴墻設計及與防浪墻的連接設計與西壩段設計類同。加固設計典型橫斷面見圖3。

5.4 西、東壩段壩基及左壩肩防滲處理設計

（1）西壩段壩基防滲加固處理措施。沿著西壩旋噴樁墻墻軸線，從臺地頂部造孔對壩基中等透水巖體進行帷幕灌漿。沿旋噴樁墻軸線布置防滲帷幕長度404m，單排孔，孔距2m，灌漿深度根據規范按基巖透水率不高于10Lu控制，并伸入弱風帶以下5m，平均灌漿深度為16.1m，先做帷幕灌漿，帷幕完成以后再做高壓旋噴墻，鉆灌比為1，見圖2。

（2）東壩段壩基防滲加固處理措施。沿著東壩段旋噴樁墻軸線，從臺地頂部造孔對壩基中等透水巖體進行帷幕灌漿。共布置防滲帷幕長度155m，灌至微風帶以下5m，平均灌漿深度為22m。其余設計與西壩段壩基處理措施相同，見圖3。

（3）左壩肩防滲處理措施。對左壩肩進行高壓旋噴防滲墻處理。高壓旋噴防滲墻長度 50m。高壓旋噴墻設計與西壩段高壓旋噴墻設計類同。

6 結語

水庫除險加固工程于2012年 7月開工建設，于2013年10月完工。通過一年多的正常蓄水位運行考驗和觀測，壩后灘地滲水消失了，壩頂裂縫也再沒有出現，各壩段上、下游壩坡沒有出現異常，塌坑壩段完好，沒向不利方向發展，說明采取的大壩加固措施是合適的，加固效果是理想的。尤其采取的從壩頂做高壓旋噴防滲墻至基巖的加固措施和壩頂鋪設聚苯泡沫板代替常規的加厚砂礫石層防止心墻凍脹破壞的辦法，對于類似水庫除險和工程設計具有較好的借鑒價值。

TV698

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1008-1305（2015）04-0089-03

李永中（1962年—），男，工程師。