拋石擠淤護(hù)腳技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

姜成俊

（云南省紅河州水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院，661100，蒙自）

一、工程概況

天華山水庫(kù)地處云南省紅河哈尼族彝族自治州建水縣城西南7 km的高營(yíng)村，屬珠江流域南盤(pán)江水系瀘江河支流塔沖河。水庫(kù)大壩壩址以上徑流面積95.1 km2，多年平均年徑流量1 228.34萬(wàn)m3，除險(xiǎn)加固后水庫(kù)總庫(kù)容1 356.2萬(wàn) m3，設(shè)計(jì)灌溉面積1.97 萬(wàn)畝（1 畝=1/15 hm2，下同）。 天華山水庫(kù)是以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪及城鎮(zhèn)供水的中型水利樞紐工程，主要保護(hù)對(duì)象為水庫(kù)下游15.1萬(wàn)城鎮(zhèn)人口、4.56萬(wàn)畝農(nóng)田以及5 km長(zhǎng)的國(guó)道323線(xiàn)（雞石高速公路）、8 km長(zhǎng)的蒙寶鐵路，對(duì)建水縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要的保障作用。

天華山水庫(kù)始建于1958年，至1990年1月經(jīng)過(guò)水庫(kù)擴(kuò)建、主壩加高、續(xù)修配套、溢洪道襯砌、輸水低涵改造等一系列工程措施的實(shí)施，目前天華山水庫(kù)樞紐主要由主壩 （壩高27 m）、副壩一、副壩二，以及輸水高洞、中洞、低洞3條輸水隧洞和溢洪道組成。

天華山水庫(kù)工程建設(shè)初期，由于歷史條件限制，施工機(jī)械缺乏，施工手段落后，導(dǎo)致工程質(zhì)量較差。在之后的擴(kuò)建中，雖然動(dòng)用了一定的施工機(jī)械，但因施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，工程質(zhì)量仍然得不到保證。工程存在的主要問(wèn)題有：①水庫(kù)現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低；②主壩壩坡不穩(wěn)定；③壩體、壩基與岸坡接合部位滲漏嚴(yán)重，局部地方存在滲透破壞問(wèn)題，滲流性狀不滿(mǎn)足水庫(kù)安全運(yùn)行要求；④3條輸水涵洞均為壩下埋管，地基沉陷變形，管身開(kāi)裂漏水，金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)施銹蝕嚴(yán)重，閘門(mén)止水老化失效。

2002年，天華山水庫(kù)完成安全鑒定工作，確認(rèn)水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩。2003年4月，《建水縣天華山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》得到批復(fù)。2003年12月，天華山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程正式開(kāi)工建設(shè)。

在天華山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，對(duì)上游壩坡的原加固處理措施采取拋石擠淤護(hù)腳技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，有效節(jié)約工程投資24.61萬(wàn)元，縮短施工工期45天。

二、庫(kù)區(qū)地質(zhì)條件

1.水文地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)由第四系殘坡積（QedL）砂質(zhì)黏土、砂礫土和沖洪積（QapL）砂卵礫石層，以及震旦系澄江組（Zac）長(zhǎng)石石英砂巖夾泥巖及粉砂巖組成。前兩者屬孔隙透水層（含水層），后者在全強(qiáng)風(fēng)化地段屬裂隙水透水層（含水層），在弱風(fēng)化以及弱風(fēng)化以下地段屬透水相對(duì)較小的隔水層。

①孔隙透水層（含水層）：為第四系殘坡積（QedL）砂質(zhì)黏土、砂礫土和沖洪積（QapL）砂卵礫石層。前者僅分布于較平緩的山坡和山間凹地地段，厚度?。?～6 m），后者分布于河谷底部，厚度大（10～15 m）。前者為中等透水層，后者為中～強(qiáng)透水層。

②裂隙透水層（含水層）：為震旦系澄江組（Zac）細(xì)～中粒長(zhǎng)石石英砂巖夾泥巖及粉砂巖全～強(qiáng)風(fēng)化層，節(jié)理裂隙發(fā)育，透水性中等（透水率q＝11～69 Lu），該層具有一定的厚度（20～30 m），是整個(gè)庫(kù)區(qū)的主要透水層，但其滲徑必經(jīng)壩址，因此可同壩基防滲一起處理。

③隔水層：為震旦系澄江組（Zac）細(xì)～中粒長(zhǎng)石石英砂巖夾泥巖及粉砂巖弱風(fēng)化～新鮮巖體，透水性相對(duì)較小。據(jù)壩址區(qū)水文地質(zhì)試驗(yàn)可知，大部分巖體透水率在10 Lu以下，隔水性能好，對(duì)水庫(kù)蓄水極為有利。

2.工程地質(zhì)條件

庫(kù)盤(pán)為構(gòu)造剝蝕中山河流地貌,谷地較為開(kāi)闊，縱坡較緩。庫(kù)盤(pán)基底由細(xì)～中粒長(zhǎng)石石英砂巖夾泥巖及粉砂巖構(gòu)成。該層除在淺部全、強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化上段層中透水率相對(duì)較大外，其余地段總體透水性弱，故庫(kù)水不存在向深部產(chǎn)生滲漏的問(wèn)題。庫(kù)盤(pán)巖層產(chǎn)狀呈單斜層產(chǎn)出，走向基本平行河流，傾向右岸。

三、壩坡除險(xiǎn)加固處理設(shè)計(jì)方案

天華山水庫(kù)主壩壩型為黏土心墻壩，壩頂高程1346.10m，壩頂長(zhǎng)420 m、寬6m，最大壩高27m。除險(xiǎn)加固前，上游壩坡坡比自上而下為 1∶2.8、1∶3.0，下游壩坡坡比自上而下為 1∶2.3、1∶2.5。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固處理設(shè)計(jì)方案為：對(duì)壩體、壩基及兩岸進(jìn)行防滲處理；上下游壩坡均采用風(fēng)化料進(jìn)行加固培厚處理，增設(shè)壩腳排水棱體、壩體滲漏及變形觀(guān)測(cè)設(shè)施。

除險(xiǎn)加固后，維持原有壩高不變。 上游壩坡坡比分別為 1∶2.8、1∶3.5，在上游壩坡坡面高程1 330.10 m處設(shè)8 m寬的壓重平臺(tái)。下游壩坡坡比分別為 1∶2.3、1∶2.5， 在高程 1 335.80 m處設(shè)12 m寬的壓重平臺(tái)。上游壩坡采用干砌毛條石襯砌，厚0.3 m，壩頂設(shè)置泥結(jié)石路面，下游壩坡用風(fēng)化料加固培厚。在壩坡上下游新老壩體接合部之間增設(shè)砂碎石排水反濾層。在壩腳處設(shè)排水棱體和總排水溝。

四、上游壩坡加固處理措施優(yōu)化

按原設(shè)計(jì)方案，天華山水庫(kù)大壩上游壩坡采用風(fēng)化料進(jìn)行加固培厚，即在庫(kù)區(qū)內(nèi)壩腳上游一定距離內(nèi)設(shè)置施工圍堰，上游壩坡及基礎(chǔ)清基完成后再開(kāi)始上游壩坡的風(fēng)化料填筑碾壓工作。但在實(shí)際施工時(shí)，由于水庫(kù)運(yùn)行多年，庫(kù)區(qū)內(nèi)淤積有厚度約3～8 m的淤泥，加之庫(kù)水無(wú)法徹底放干，施工圍堰的填筑相當(dāng)困難，且填筑后會(huì)產(chǎn)生較大變形，導(dǎo)致圍堰回填的方量比設(shè)計(jì)量多出數(shù)倍，而且上游壩腳基礎(chǔ)的清基也無(wú)法施工，清基后的大量淤泥也無(wú)處堆放。因此，需對(duì)原施工組織方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1.采用拋石擠淤護(hù)腳技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

考慮壩體上游壩坡重新支護(hù)需拆除原上游壩坡約3 500 m3塊石，并將其作為廢料拉出壩外堆放。從水庫(kù)實(shí)際情況來(lái)看，主壩上游壩坡1 323.70 m高程以下為淤泥，可采用拆除的原上游護(hù)坡塊石進(jìn)行拋填擠淤處理，塊石拋填完成后，采用振動(dòng)碾進(jìn)行振動(dòng)碾壓處理。上游壩坡1 323.70 m高程以上按照原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，以保證壩體上游加固培厚體的施工質(zhì)量及工程安全。主壩上游護(hù)坡設(shè)計(jì)優(yōu)化斷面如圖1。

圖1 主壩上游護(hù)坡設(shè)計(jì)優(yōu)化斷面局部

2.設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

主壩上游壩坡坡面1 323.70 m高程以下采用塊石進(jìn)行拋填處理，在高程1 323.70 m處設(shè)置寬為3 m的平臺(tái)，該高程以下的坡比采用1∶1，拋填材料采用塊石。塊石拋填后，應(yīng)用機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)碾壓，直到拋填料不再沉陷為止，要求塊石的孔隙率≤28%。上游壩坡坡面1 323.7 0m高程以上按原設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行施工。主壩上游護(hù)坡底部高程由1 322.60 m提高至1 323.70 m，其設(shè)計(jì)斷面不變。

3.指標(biāo)檢測(cè)

主壩上游壩坡拋石護(hù)腳處理施工完成后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，拋石的孔隙率為27%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的要求。

五、投資與工期優(yōu)化

①原設(shè)計(jì)方案計(jì)劃拆除原上游壩坡塊石約3 500 m3外運(yùn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后拆除的原上游壩坡塊石用于主壩上游壩腳處理，此舉節(jié)約工程投資8.32萬(wàn)元。

②庫(kù)區(qū)內(nèi)主壩壩腳上游設(shè)置的施工圍堰，需回填風(fēng)化料3 500 m3，優(yōu)化設(shè)計(jì)后取消施工圍堰，節(jié)約工程投資16.29萬(wàn)元。

③天華山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)總控制施工工期為24個(gè)月，其中準(zhǔn)備工期2個(gè)月，主體工程施工期22個(gè)月。主壩上游采用拋石擠淤護(hù)腳處理進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后，縮短施工工期45天。

六、結(jié) 語(yǔ)

天華山水庫(kù)的施工實(shí)踐表明，因地制宜、采取合理可行的工程設(shè)計(jì)及施工措施，是保證工程安全、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵條件。工程采用上游壩腳拋石擠淤技術(shù)，保證了工程按預(yù)定的施工工期順利并提前完成施工任務(wù)，最大程度節(jié)約了工程投資，符合工程實(shí)際情況，獲得了較好的效果。該工程于2006年施工完畢至今已安全運(yùn)行11年多，運(yùn)行情況正常。

[1]卞晶.土石壩拋石擠淤加固技術(shù)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.