河大水庫除險加固設計

李智高，陳 耿

（1.廣西水利科學研究院，南寧 530023；2.廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

河大水庫除險加固設計

李智高1，陳 耿2

（1.廣西水利科學研究院，南寧 530023；2.廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

針對河大水庫工程存在的主要問題，結合工程地質條件，采用壩基固結灌漿、防滲帷幕灌漿、封堵舊放水涵洞，新建放水隧洞、溢洪道加固襯砌等設計措施。實施后水庫大壩防滲效果顯著，安全度汛，達到預期效果。

水庫；除險加固；設計

1 概況

1.1 工程概況

河大水庫位于廣西祟左市江州區那隆鎮群力村六必屯的群黎河上游，壩址距那隆鎮約22 km，距崇左市區70 km。河大水庫于1971年7月開工建設，1973年3月竣工投入運行，集雨面積62.5 km2，總庫容409萬m3，設計灌溉面積0.75萬畝，現有效灌溉面積0.6萬畝，是一座以灌溉為主的小（1）型水庫。水庫大壩下游有那隆鎮群力村，影響耕地0.6萬多畝，影響人口約6 000人。

河大水庫曾于1983年進行除險加固設計，除險加固工程從1983年12月開工建設，1986年10月完工。河大水庫工程樞紐建筑物由大壩、溢洪道和灌溉放水涵洞組成。

大壩：為均質土壩，壩頂高程179.03～179.63 m，最大壩高36.66 m，壩頂長度144 m，壩頂寬度3.77～4.26 m。內坡174.62 m高程以上為草皮護坡，174.62 m高程以下為厚0.3 m的干砌石護坡，外坡為草皮，壩腳設有干砌石排水棱體。大壩無安全監測設施。

溢洪道：溢洪道總長度約285 m，位于大壩左側山坳處，由山坳開挖而成，最大下泄流量1 173 m3/s。進口段無襯砌。控制段為開敞式實用堰型式，堰頂高程173.72 m，堰寬65.0 m。陡坡段底板為厚約40 cm的鋼筋砼。出口無消能設施，尾水渠為天然河溝。兩側邊墻為漿砌石。

放水設施：由梯級放水斜管和穿壩涵管組成，位于大壩左側，設計放水流量2.08 m3/s。斜管為鋼筋混凝土結構，混凝土塞人工啟閉。穿壩涵管為漿砌石拱涵，斷面尺寸為0.8 m×1.6 m，拱高0.4 m，進口底板高程152.22 m，總長114.3 m。

1.2 工程地質條件

河大水庫位于碎屑巖中低山丘陵區、西大明山褶皺帶，山高谷深，邊坡陡。庫周山頂高程多在350～580 m，壩址及下游河谷高程約140 m，溝谷發育，植被茂盛。壩址原始地形為窄的“U”溝谷，河谷谷寬35～40 m，壩頂寬約140 m，兩側山體雄厚，左、右岸山頂高程分別為183、583 m，山坡坡角10°～60°，為緩～陡坡地形。

庫區及壩址區出露地層為寒武系（€b-e）地層，巖性為粉砂巖、細砂巖、長石石英砂巖、頁巖、夾細粒灰巖、泥灰巖、硅質巖，層厚度大，呈夾層或互層產出，屬相對隔水層，巖體阻水性較好。庫區內未有區域性斷層通過，構造以節理裂隙為主，構造帶由透水性不佳的碎屑巖層組成。因此，庫區封閉條件較好，未發現較嚴重的庫區滲漏現象。

庫區水文地質條件較為簡單，集雨范圍內的地表水和地下水多以庫盆水面為排泄基面，庫周地下水位普遍高于庫水位，故水庫不存在向鄰谷滲漏的條件。

根據地質測繪和鉆探結果，工程壩區出露基巖地層為寒武系第四段（€d），巖性為粉砂巖夾頁巖。大壩為均質土壩，第四系有壩體填土、殘坡積層（Qedl）粉質粘土。壩區沒有任何規模較大的斷層從工程區通過，地質構造較簡單，以褶皺構造為主，節理裂隙以表層風化裂隙為主。工程區地下水主要以兩種形式出現：上層滯水（孔隙水）和基巖裂隙水。

1.3 存在主要問題

2008年4月，廣西崇左市江州區水利局委托廣西水利科學研究院對河大水庫大壩進行安全鑒定工作。2008年12月經崇左市江州區水利局組織專家組審定《河大水庫大壩安全評價報告》，評定河大水庫大壩安全類別為三類壩。2010年1月，河大水庫三類壩安全鑒定成果通過廣西水利廳核查，同意三類壩鑒定結論。其主要核查意見如下：

（1）大壩欠高，壩身單薄，壩體和壩基滲漏，內坡護坡局部損壞，排水棱體老化失效；

（2）溢洪道進口段無襯砌；底板老化，局部出現剝落和開裂，鋼筋外露；兩岸邊坡穩定性差；

（3）穿壩涵管老化開裂漏水；

（4）防汛搶險道路路況差；

（5）水庫無安全監測設施；

（6）水庫無管理房，無管理設施；

（7）水庫大壩存在白蟻危害。

2 除險加固設計[1]

2.1 大壩加固

2.1.1 大壩壩頂高程復核

河大水庫為小（1）型水庫，屬Ⅳ等工程，大壩建筑物級別為4級，河大水庫大壩高36.66 m，依據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2 001）。河大水庫大壩壩頂設計工況安全加高為0.5 m，校核工況安全加高為0.3 m。

壩頂在水庫靜水位以上的超高按下面公式確定。

Y=R+e+A

式中：y——壩頂超高；

R——風浪沿著壩坡的最大爬高；

e——風壅水面高度；

A——安全加高。

水庫正常蓄水位173.72 m，50年一遇設計洪水位為177.75 m，500年一遇校核洪水位178.78 m。根據有關氣象資料，壩區多年平均年最大風速16 m/s，大壩等效風區長度800 m。對設計洪水和校核洪水條件下大壩壩頂高程、防浪墻頂高程分別進行復核，復核結果見表1。

表1 大壩壩頂高程復核成果表 m

計算結果表明：大壩現狀壩頂高程在設計情況下滿足規范要求，但是在校核情況下不滿足要求。經計算近期非常運用500年一遇的計算洪水位為178.78 m，加上非常運用的安全超高0.720 m后為179.80 m，超過了現有壩頂高程，水庫現狀壩頂高程不滿足要求，本階段將大壩加高至179.80 m高程，加高值為0.05～0.57 m。

2.1.2 大壩壩坡穩定復核

河大水庫壩體穩定復核是根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）進行計算，改造前大壩典型斷面見圖1。

圖1 加固前河大水庫大壩典型斷面圖

本次大壩壩坡抗滑穩定計算采用北京理正軟件設計研究所編制的碾壓式土石壩邊坡穩定分析軟件，按瑞典圓弧法進行分析計算，各工況采用有效應力法進行計算。本次復核采用4種工況進行核算（見表2）。大壩壩坡穩定計算結果見表3，從結果中可看出加固前大壩壩體抗滑穩定滿足規范要求，河大水庫大壩壩坡不需進行培厚加固處理。

表2 大壩壩坡穩定計算工況表 m

表3 河大水庫計算斷面壩坡穩定計算結果表

2.1.3 大壩壩坡滲流穩定復核

河大水庫大壩為均質土壩，現狀壩體內沒有埋設測壓管，無滲流觀測資料記錄，無法進行滲流觀測資料分析。因此本次復核采用現場檢查法和計算分析法對壩基、壩體的滲流狀況進行分析評價。加固后典型斷面見圖2。

滲流計算程序采用北京理正滲流分析計算軟件，用有限元法求解滲流水頭并計算滲流量，軟件要求輸入的參數主要是大壩各土層輪廓點坐標，各土層的滲透系數及相應工況的上、下游水位。壩體計算斷面滲透系數選取值見表4。

表4 各部位壩體填土滲透系數取值表

計算工況：根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2 001）的有關規定與要求，結合《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）第7.1.2條規定，滲流計算考慮水庫運行中出現的工況見表5，計算結果見表6。

表5 大壩滲流計算工況表 m

表6 大壩斷面滲透出逸點水力坡降計算表 m

由表6看出，加固后大壩在正常蓄水位、設計洪水位及校核洪水位工況下的最大滲透坡降均小于壩體填土的允許滲透坡降Jc。綜上所述，整個大壩的局部滲透是穩定的，不會發生滲透破壞。

圖2 加固后河大水庫大壩典型斷面圖

2.1.4 大壩壩體壩基防滲處理

為改善和加強壩體防滲效果，根據壩體的填土情況和壩基地質條件，大壩右壩肩到右壩坡腳壩體部分采用充填灌漿，壩基采用帷幕灌漿，灌漿范圍沿壩軸線從右壩肩0+111.67處至進山體方向10 m，充填灌漿的底部深入壩基接觸面以上3 m，帷幕灌漿從壩基接觸面以上3 m至底部深入5 lu線以下1 m，灌漿孔設1排，距壩軸線向下游1.5 m，孔距為1.5 m。

2.2 溢洪道加固

2.2.1 溢洪道控制段加固

將溢洪道原堰頂鋪設的砼拆除，現澆混凝土C25厚40 cm，平整引水段地面至高程172.28 m，堰前10 m范圍內鋪設15 cm厚混凝土護面。堰頂高程維持不變，為173.72 m，溢流前緣寬65 m。

2.2.2 溢洪道泄槽段加固

為提高泄槽底板穩定性和抗沖刷破壞能力，在原鋼筋混凝土底板上新增現澆一層C25混凝土面板。以0+073.53為界，樁號0+000～0+073.53段面板厚度為20 cm，樁號0+073.53～210.18段面板厚度為30 cm，溢洪道全段表面設?12@200防裂鋼筋。為使新老混凝土緊密結合，表面除鑿毛沖洗外，在原有底板上鉆孔鋪設?18螺紋鋼筋進行錨固，孔內回填1∶2水泥砂漿，錨固鋼筋縱、橫間距1.5 m，長度1.5 m，外露15 cm。新澆砼面板沿縱橫方向每隔10 m設伸縮縫，縫間采用瀝青木板填充。

溢洪道邊墻為漿砌石擋墻，保存良好，但根據水面線復核，高度不滿足要求，為合理利用地形資源，節約成本提高效益，實施以下加固措施：

左右岸邊墻均不加高；左右岸邊墻迎水面及邊墻頂部用C25混凝土襯砌、壓頂，邊墻迎水面混凝土厚20 cm，邊墻頂部混凝土厚30 cm。表面設?12@200防裂鋼筋網。為使混凝土與漿砌石緊密結合，漿砌石表面除用水涮洗外，在迎水面鉆孔鋪設設?18螺紋鋼筋進行錨固，孔內回填1∶2水泥砂漿，錨固鋼筋間距1.5 m×1.2 m，長度1 m，外露15 cm；排水采用?50PVC排水管，布置一排，間距2 m。

溢洪道左岸邊坡因山體較緩，植被良好，結構穩定，泄洪時不會危及溢洪道泄洪安全，因此對左岸邊坡不進行處理。

溢洪道右岸邊墻后的山體因坡度較陡，出露巖層為強風化，穩定性較差，泄洪時容易掏腳坍塌，堵塞溢洪道，經現場查勘后，對右岸邊墻樁號0+057.04～0+210.18的邊坡進行削坡加固處理。其余樁段不進行處理。

溢洪道末端設齒墻，底部插進風化基巖1 m，頂部與溢洪道持平，左側延伸進山體與穩定邊坡相接，右側與溢洪道邊墻持平。齒墻采用C25混凝土厚60 cm，拆除溢洪道出口渡槽。

2.3 放水建筑物加固

原放水涵管置于壩體內，放水設施由梯級砼塞放水斜管和穿壩涵管組成，穿壩涵管由于結構老化，涵管漏水嚴重。

本次加固設計對其進行封堵處理：在壩軸線上游管段范圍對涵洞頂及兩側鉆孔進行充填灌漿，孔距為1.5 m，排距1.0 m。在涵洞進口至壩軸線段用C15混凝土封堵，沿洞線在頂部預埋?75 mm灌漿管，涵洞進口處用C15混凝土做堵頭，待混凝土凝結收縮后再由灌漿管泵送C15混凝土至洞身填滿。封堵后，在大壩左岸山體與溢洪道中間的山體，新建放水隧洞和放水塔。

根據設計灌溉面積和人飲要求，并考慮施工方便，確定新建放水塔設計流量為2.08 m3/s。

新建放水隧洞進口底板高程152.22 m，出口底高程為151.77 m。新建隧洞放水設施采用豎井式放水塔，放水塔前進水口段長26 m，為1.00 m×1.20 m（寬×高）的有壓拱形隧洞；后接圓形塔結構放水塔，直徑5 m，基礎采用圓形，放水塔底板高程為152.22m；放水塔后為拱形無壓隧洞，長90 m，縱坡i=1/200，斷面尺寸1.00 m×1.60 m（寬×高），整個洞線長122 m。隧洞出口接回原放水涵明渠。隧洞采用C20混凝土全段面襯砌，厚30 cm。

新建放水塔為豎井式放水塔，豎井斷面直徑為5 m，采用C20混凝土，底板厚1.0 m，基礎采用C20混凝土墊層厚10 cm；放水塔進口底高程為152.22 m塔內設檢修、工作閘門各一道，閘門孔口尺寸為1.00 m×1.20 m（寬×高），檢修平臺高程為181.50 m，啟閉平臺185.70 m，屋頂高程為188.70 m。

3 結語

河大水庫除險加固后，工程已竣工驗收，經實際運行，經受了汛期的考驗。

河大水庫存在的問題與全國其他小型病險水庫基本相同，其除險加固設計方案可為同類型壩體提供參考。

[1] 廣西科源工程咨詢有限責任公司.廣西崇左市江州區河大水庫除險加固工程初步設計報告[R].南寧：廣西科源工程咨詢有限責任公司，2010.

（責任編輯：周 群）

Reinforcement design of Heda Reservoir

LI Zhi-gao1，CHEN Geng2

（1.Guangxi Hydraulic Research Institute，Nanning 530023，China；2.Guangxi Water and Power Design Institute，Nanning 530023，China）

In view of the existing problems of Heda Reservoir，combined with the engineering geological condi?tions，reinforcement measures were designed including consolidation grouting and anti-seepage curtain grouting at dam foundation，reinforcement lining of spillways，closing the old water release tunnel and building a new one.The expected purpose has been achieved with obvious seepage proof effects since reinforcement construction was com?pleted.

Reservoir；reinforcement；design

TV698.2

B

1003-1510（2016）03-0063-04

2016-03-22

李智高（1983-）女，廣西河池人，廣西水利科學研究院工程師，碩士，從事水利水電工程設計工作。