泉州安溪村內水庫大壩除險加固技術的探討

張國明

(安溪縣人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，福建 安溪 362400)

泉州安溪村內水庫大壩除險加固技術的探討

張國明

(安溪縣人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，福建 安溪 362400)

村內水庫工程于1973年6月動工興建，1978年12月開始蓄水，1981年8月竣工驗收。是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、養殖等綜合利用的中型水庫。村內水庫大壩安全鑒定評定為三類壩，文章重點論述黏土心墻堆石壩采用液壓抓斗構筑塑性混凝土方案的合理性進行探討，結合壩基帷幕灌漿，合理選用施工工藝，對提高防滲性能效果顯著。

村內水庫；除險加固；液壓抓斗；混凝土防滲墻

1 工程概況

村內水庫位于晉江西溪支流龍門溪上游，壩址以上集雨面積18.4km2，在安溪縣龍門鎮桂瑤村境內。水庫大壩防洪標準：設計防洪標準為100a一遇，校核標準為1000a一遇，總庫容為1117萬m3。

村內水庫工程于1973年6月動工興建，1978年12月開始蓄水，1981年8月竣工驗收。是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、養殖等綜合利用的中型水庫。水庫擔負下游龍門鎮、官橋鎮和安溪—同安公路的防洪任務，下游涉及保護城鄉人口約5萬人；灌溉耕地837.5hm2；水庫下游開發梯級電站3座，總裝機容量5100kW。

1.1 大壩

大壩壩型為黏土心墻堆石壩，壩頂高程為530.02m，壩頂防浪墻頂高程530.71m。最大壩高42.50m，壩頂長140.0m，壩頂寬6.0m。黏土心墻頂寬3.0m，頂部與防浪墻基礎相連，心墻上游坡坡比為1∶0.5，下游坡坡比依次為1∶0.5、1∶1.0，變坡點高程為507.56m。迎水坡坡面采用干砌塊石，設二個平臺，高程分別為520.05m、504.48m，平臺寬均為1.50m；迎水坡坡比從上至下依次為1∶1.7、1∶1.8、1∶2.0。背水坡坡面采用干砌塊石，設三個平臺，高程分別為519.94m、510.00m、502.13m；平臺寬依次為1.30m、1.83m、7.20m，在背水坡第三級平臺上設二級電站引水渠；背水坡坡比從上至下依次為1∶1.58、1∶1.73、1∶1.82、1∶1.93。

1.2 溢洪道

溢洪道位于大壩左側，采用寬頂堰帶閘泄流方式，由閘室段、陡坡段、挑流鼻坎組成。堰頂高程為523.00m，進口凈寬24.0m，共3孔，分別裝8.0m×5.5m的弧形鋼閘門，每扇閘門均采用2×10t電動卷揚機啟閉。閘室段長18.5m，寬27.6m；陡坡段為側收縮型式，進口寬度為27.6m，出口寬度為16.0m，底坡為1:3.15，長度為64.4m，側墻為垂直式。挑流鼻坎的圓弧半徑為15.0m，挑射角度為20°，坎頂高程為504.03m。

1.3 輸水隧洞

輸水隧洞位于大壩的右岸山體，為鋼筋混凝土結構，圓形過水斷面直徑1.5m，長135.0m，設計最大流量7.74m3/s。隧洞進口中心高程504.48m，底坡為1∶400，出口底高程500.73m。隧洞進口采用直徑1.0m轉動門蓋控制，啟閉設備為5t卷揚式啟閉機。輸水隧洞也作為壩后電站的引水管道。

2 工程建設、運行情況及存在的主要問題

村內水庫工程于1973年6月動工興建，1978年12月開始蓄水，1981年8月進行竣工驗收。受當時技術、經濟條件的制約，該水庫大壩工程質量先天存在一定程度的缺陷；經過40多年的運行，水庫大壩工程設施老化，功能弱化，存在嚴重的安全隱患。根據對水庫歷史資料的調查分析和對水庫大壩安全穩定復核計算，村內水庫工程存在的主要問題有：

1)大壩左右壩肩、壩基及溢洪道基巖較破碎，兩岸壩肩山體岸坡穩定性較差，大壩不均勻沉降造成的防浪墻斷裂及迎水坡中間整體輕微塌陷；大壩的整體防滲性能較差，存在接觸滲流穩定隱患和繞壩滲漏問題，滲漏水嚴重，滲流量和庫水位變化關系密切，且有逐年增大的趨勢。

2)大壩安全監測系統不完善，且壩體存在蟻患。

3)壩后引水渠漏水，影響大壩滲漏量觀測。

4)溢洪道左側岸坡及側墻滲流較為嚴重。堰頂鋼閘門銹蝕，止水老化，啟閉設備超出使用年限、手動裝置無法使用；電氣設備老化，影響運行。啟閉房陳舊且出現裂縫，寬度狹小不便于操作。

5)交通橋實際車輛荷載遠超過設計荷載。

6)輸水洞身前段30m管節接縫處漏水，管底沖刷較嚴重，進水口護岸及兩側岸坡穩定性較差。

7)水庫管理房使用年限長，多處出現裂縫、漏水現象。

3 安全鑒定結論意見及除險加固內容

3.1 安全鑒定結論

1)村內水庫施工質量沒有全面達到現行規范要求，工程質量評定為不合格。

2)村內水庫運行管理制度較全面，但大壩的變形監測設施已壞，滲流觀測設施一直未配備，大壩運行管理方面評定為較好。

3)村內水庫大壩壩頂高程、溢洪道側墻高度、下游消能防沖等滿足規范要求，防洪標準評定為A級。

4)村內水庫大壩的整體防滲性能較差，存在接觸滲流穩定隱患和繞壩滲漏問題，滲漏水嚴重，滲流量和庫水位變化關系密切，且有逐年增大的趨勢，滲流安全評定為C級。

5)村內水庫大壩穩定復核計算成果，正常運用條件下，壩坡抗滑穩定最小安全系數Min Fs均大于1.30，非常運用條件Ⅰ下的Min Fs為1.204；結構安全評定為B級。

6)村內水庫大壩穩定復核計算成果，非常運用條件Ⅱ下，Min Fs為1.159，大壩抗震安全評價評定為B級。

7)村內水庫堰頂鋼閘門銹蝕嚴重，鋼閘門止水老化嚴重，固定止水的螺栓銹蝕嚴重，金屬結構安全評定為C級。

綜上分析，根據《水庫大壩安全評價導則》，評定村內水庫大壩為三類壩。

3.2 除險加固主要內容

1)經方案比選，推薦采用薄型抓斗混凝土防滲墻對壩體進行防滲處理。

2)采用帷幕灌漿對壩基進行防滲處理。

3)壩體迎水坡坡面采用干砌塊石；壩體背水坡坡面拆除一、二、三級塊石護坡，第一級壩坡新鋪一層30cm厚的條石護坡，下邊兩級壩坡新鋪一層40cm厚的干砌塊石護坡，下均墊20cm厚的碎石墊層。

4)拆除壩頂出現橫向裂縫的防浪墻，采用M7.5水泥砂漿條石重新翻砌，新建的防浪墻墻高1.0m，頂寬0.8m。

5)修復防汛公路長200m。壩頂防汛公路采用C25混凝土道路，路面混凝土寬4.7m，厚0.2m；下鋪碎石墊層，厚0.15m；外坡路沿結合護坡壓頂，采用M7.5漿砌條石結構。

6)采用鋼筋混凝土結構重建閘室段。

7)對溢洪道左側山體不穩定邊坡進行噴錨支護。噴錨支護措施采用：支護錨桿Ф25，長5.0m，間距2.0m×2.0m；噴C30混凝土，厚度120mm。

8)在原進水口位置處重新修建一座岸塔式進水口，對輸水隧洞洞身前段30m進行實施C20鋼筋混凝土襯砌加固方案。

9)采用M7.5漿砌塊石擋墻對大壩庫區右岸山體進行加固，523.00m高程以上按1:1進行削坡處理，其后鋪設0.2m厚砂碎石墊層，再砌筑0.7m厚漿砌塊石護坡。

10)采用漿砌片石骨架內鋪草皮對右岸壩體下游邊坡山體進行護坡加固。

11)采用C20素混凝土對壩后引水渠道進行襯砌，襯砌厚度0.1m。

12)新建管理房1座，采用框架結構，共4層，面積1600m2。

13)補充完善大壩安全監測設施，建筑物消防設施，建設水情自動測報系統。

4 主要加固技術的探討

4.1 大壩防滲加固技術

大壩黏土心墻填筑土壓實度普遍較低，不能滿足規范要求，其滲透系數亦不能滿足小于1.00×10-5cm/s的要求。理論計算大壩滲流量大，且運行過程中觀測到的實際滲漏量遠比理論計算值大，左右壩肩及溢洪道段基礎為碎塊狀強風化花崗巖，存在滲漏通道。

綜合以上各個分項的滲流安全評價，從整體分析來看，村內水庫大壩的整體防滲性能較差，滲漏水嚴重，滲流量和庫水位變化關系密切，且有逐年增大的趨勢。村內水庫大壩存在滲流安全隱患，需要進行防滲加固處理。

該水庫大壩防滲選用三種技術方案進行比選：①液壓抓斗混凝土防滲墻；②高壓旋噴垂直防滲墻；③劈裂式灌漿。

表1 防滲加固技術方案比選

經方案比選，該工程選用液壓抓斗塑性防滲墻施工方案，施工從2009年11月2日起至2009年12月16日結束。

理論計算，防滲墻前后浸潤線位差達23.0m，測壓管實際觀測水位達20.0m。說明該防滲墻的防滲效果比較明顯，施工質量滿足設計要求。

4.2 壩基防滲加固技術

壩址基巖為燕山早期黑云母花崗巖(γ52(3)c)，左右壩肩及溢洪道段基礎為碎塊狀強風化花崗巖，由于條件限制，未作徹底處理，蓄水后產生滲漏通道，雖經灌漿加固處理，但沒能徹底解決，且隨著運行時間的增長狀況有不斷惡化之勢，如果不處理任其發展則有可能在今后的運行過程中轉化為滲透變形，需要對壩基進行中低帷幕灌漿處理。

壩基帷幕處理為壩體混凝土防滲墻中心線位置預埋灌漿管，在防滲墻達到設計強度后，進行壩基弱風化層帷幕灌漿。帷幕灌漿布置單排孔，灌漿孔布置在壩頂530.02m高程處，孔距2.0m，灌漿范圍為全斷面灌漿，灌漿鉆孔深入相對隔水層(5≤q≤10Lu)以下3.0m。大壩兩岸相對隔水層頂板線較低，左岸埋深15.0-40.0m，右岸埋深15.0-25.0m。為防止兩岸繞壩滲漏，將兩岸帷幕灌漿往山體延伸，根據地形狀況，左岸帷幕灌漿向山體打灌漿平洞長50.0m，灌漿深8.0-20.0m；右岸帷幕灌漿延伸46.0m，灌漿深20.0-30.0m。大壩壩體混凝土防滲墻與壩基帷幕灌漿的次序為，先進行上部壩身的薄型抓斗混凝土防滲墻施工，再進行壩基帷幕灌漿。

該工程采用先進行混凝土防滲墻施工，再進行壩基帷幕灌漿。由于工序的合理安排，大大提高了防滲效果。首先，對壩基進行帷幕灌漿能增加混凝土防滲墻加固底座的作用，提高了帷幕灌漿的效果；其次，對防滲墻底面沉渣層和防滲墻接縫等部位進行有效的灌漿防滲。大壩的防滲漏作用是非常明顯的。

圖1壩橫斷面圖

圖2加固前、后浸潤線的對比

5 結論與建議

5.1 結論

村內水庫大壩為黏土心墻堆石壩，選擇采用液壓抓斗塑性混凝土防滲墻方案是比較理想的，特別是施工工序的合理安排，即先混凝土防滲墻施工，再進行帷幕灌漿施工，大大提高了防滲效果。從施工過程和完工后運行觀測，防滲效果比較好。當然在土體中建一道塑性混凝土墻，其適應土壩變形能力較差，其效果如何只能有待歷史驗證。

5.2 建議

1)該水庫位于海拔高程530多米處，影響下游鄉鎮的高差達400多米，涉及人口達5萬人，其重要性不言而喻。當前世界氣候條件惡化，極端氣候發生頻率高，如何應對超標準洪水也是我們水利工作者職責所在。在完善水文自動測報系統建設的同時，在左岸新建一條放空泄洪隧洞，當超標準洪水或者大壩除險等特殊情況下，預泄部分庫容會大大提高運行調度靈活性和安全性。

2)該大壩為黏土心墻壩，又新建混凝土防滲墻，壩頂通車特別是載重車輛，對大壩穩定不利。在右岸新開一條環庫道路，對壩區進行封閉管理；并安裝監控設施，提高自動化管理水平。

3)該水庫大壩實施了除險加固工程，各項觀測設施、管理實施等條件日趨完善，因此，健全完善管理制度，改進管理方法，提升管理質量，是今后抓好水庫安全管理的努力方向和必要工作。

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[3]馬坤,倪志剛,徐利.帷幕灌漿施工技術在水庫大壩基礎防滲加固處理中的應用[J].水利建設與管理,2017(02):22-25.

TV698.23

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2017-08-26

張國明(1973-)，男，福建安溪人，工程師。