寧夏南部山區病險水庫除險加固技術淺析

王妮娜

【摘?要】本文主要介紹寧夏南部山區病險水庫除險加固中常用的幾種技術措施方法，通過對不同病險水庫成因分析，運用比較成熟先進的設計、施工技術，分別提出切實可行的技術方案，實踐中已成功實施，為類似工程提供借鑒和參考。

【關鍵詞】水庫;除險加固;技術;寧夏

Analysis on the reinforcement technology of dangerous reservoirs in the mountainous area of southern Ningxia

Wang Ni-na

（Ningxia Guyuan Water Conservancy Survey and Design Institute?Guyuan?Ningxia?756000）

【Abstract】This paper mainly introduces several technical measures commonly used in the reinforcement of dangerous reservoirs in the mountainous areas of southern Ningxia. Through the analysis of the causes of different dangerous reservoirs， using more mature and advanced design and construction techniques， respectively， put forward practical technical solutions. Has been successfully implemented to provide reference and reference for similar projects.

【Key words】Reservoir;Reinforcement;Technology;Ningxia

固原市位于寧夏回族自治區南部，全市轄四縣一區，共62個鄉鎮、3個街道辦事處、30個居委會、870個村委會，土地面積10583Km2，約占寧夏總面積的15.93%。全市現有水庫187座，總庫容8.78億m3，其中大（二）型1座、中型21座、小（一）型91座、小（二）型水庫74座。

1. 壩坡腳堆石壓重法

1.1?工程概況。

清涼水庫位于渭河一級支流——渝河流域上游六盤山邊緣，為黃土丘陵半濕潤區。水庫1971年年建成運行，總庫容224萬m3。

1.2?工程設計。

1.2.1?軟基加壩設計理念。

清涼水庫現泥面高程為2542.40 m，淤泥面厚度14.70m，設計在泥面上直接加壩。為加快淤泥壩基固結，在新加壩基范圍內設縱橫排水溝，形成格網狀排水帶，為預防加壩出現和滑坡現象，在新壩坡腳前緣設置一道堆石體，即堆石壓重區。

1.2.2?軟基排水溝及坡腳塊石壓重區布置。

水庫設計加壩高度為2.8m，即在壩體淤泥面水平鋪設寬度為14.8m。軟基排水溝布置為縱向和橫向，縱向排水溝平行于壩軸線布設，共三道，平均間距7.4m ，第三道為堆石壓重區。一、二道排水溝斷面尺寸：寬度1.5m，深度1.5m，由砂、卵礫石和塊石組成，并且滿足反濾要求：砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm;塊石層平均厚度0.7m，粒徑大于300mm;第三道排水溝即坡腳堆石壓重區，斷面尺寸：平均寬度2.0m，高度2.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm;塊石層平均厚度1.2m，粒徑大于300mm;橫向排水溝垂直于壩軸線，共設八道，平均間距50米，其坡度不宜超過1%，排水溝斷面尺寸：寬度1.0m，深度1.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.3m， 粒徑5～20mm;塊石層平均厚度0.4m，粒徑大于300mm。格網帶形成后，內填0.3m厚的碎石。

1.2.3?加壩速率控制。

考慮由于施工速度過快，在淤泥質土中產生了過大的孔隙壓力，導致下墊砂層排水來不暢、固結慢，易出現裂縫和滑坡現象，設計要求控制加壩速率，加高填筑共分為六期施工，每期填筑高度大約為總高差的1/6即3.0m為宜。第一期第一層填筑土料含水量控制在10%左右，鋪土厚度40～50cm，以便吸濕淤泥面水分，并避免重型機械碾壓;每期填筑完成后，埋設固定沉降觀測樁，每天觀測1次，10～15天后，當每天沉降量小于1cm時，可以進行下一期的壩體填筑。

1.2.4?施工中注意的問題。

（1）嚴格控制壩體填筑土料的含水量、滲透系數、壓實度和加壩速率，保證加壩質量;排水溝填料經加工、分篩、檢驗合格后，分別堆放在干凈的場地上，并采取適當措施，防止泥水或土塊等雜物混入;堆料不宜過高，以免顆粒分離;轉運時，注意砂石料、卵礫石料分開運輸;鋪筑時，填料應自底向上鋪筑;塊石壓重區使用的石料必須質的堅硬，要求分層進行，靠近反濾層處用較小石料，外坡表面用較大石料，堆放應穩定密實。

（2）該工程已通過有關部門驗收，目前運行正常。

2. 堆載預壓法

2.1?工程概況。

雅石溝水庫位于涇河一級支流安家川河上游雅石溝上，流域面積44.0 Km2，最大壩高43.1m，總庫容832.6萬m3，淤積深度38.5m，屬小（一）型水庫。

2.2?加固原理。

堆載預壓法是先在擬建基礎上施加或分級施加與其相當的荷載，對地基土進行預壓處理，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長土體的抗剪強度，提高地基承載力和穩定性，在使用期間不致產生有害的沉降和沉降差，使淤泥地基最終達到設計承載力要求。

2.3?加載設計。

2.3.1?荷載計算：預壓荷載根據設計要求確定，采用等載預壓，即預壓荷載采用基底壓力，壓實度按0.96～0.98控制，則碾壓后的濕密度為2.01g/cm3， 該水庫淤泥面以上加壩高度為12.1m，經計算建基面的基底壓力243.2KPa。

2.3.2?加載速率控制：qi=Δpi/ΔTi

式中：qi——第i級荷載加載速率，初步設計時可取4～8 KPa/d;

Δpi——第i級荷載加載增量（KPa）;

ΔTi——第i級荷載歷時（d）。

2.3.3?加載分級：估計容許施加的荷載pi，一般可按斯開普敦極限承載力半經驗公式確定，對飽和軟黏土可近似按下式計算：

pi≈5.52τfi/K

式中：τfi——為天然地基抗剪強度（KPa）;

K——為安全系數，建議取K =1.3-1.5，這里取K =1.3。

如果第一級荷載p1尚未達到預壓荷載，可重復計算第二、三……，只有當天然地基土的強度滿足預壓荷載下地基的穩定性要求時，可一次性加載。

2.4?堆載預壓法效果分析。

設計加載速率按10KPa/d進行控制，加載歷時10d，荷載增量按100KPa控制，加壩速率為0.49m/d，10天的加壩高度為4.9m;30天后開始第二級加載，加載速率按10KPa/d控制，加載歷時8d，加荷荷載為180KPa，8天的加壩高度為3.92m;60天后開始第三級加載，加荷荷載為220KPa，加載歷時4d，4天的加壩高度為1.96m。90天后開始第四級加載，加荷荷載為243.2KPa， 3天的加壩高度為1.32m。總加壩高度為12.1m，歷時93d。

由于采用此法處理軟基在雅石溝水庫除險加固取得了較好的效果，該工程已竣工驗收并投入使用，壩體未出現裂縫。

3. 砂井排水法

3.1?工程概況。

石峽口水庫地處清水河一級支流-西河流域出口處，流域面積為1910Km2，最大壩高75.9m，總庫容2.49億m3，為中型水庫。壩體在淤泥面加高6.0m。

3.2?主要技術措施。

（1）經過分析計算，在加壩淤泥面上布設孔徑為0.3m、孔距5.0m砂井，內填粒徑為3～5cm碎石，孔底距離原壩坡0.5m，不穿透原壩坡，孔深布置在2～12m之間。在沙井頂部鋪筑0.5m厚碎石墊層，使砂井與碎石墊層連同，在碎石墊層上進行加壩，覆重后，砂井可起到加速淤泥固結排水的作用，水通過砂井及砂井頂部的碎石墊層排向庫內。

（2）壩體設計控制指標：由于加壩后土壩為高壩，壓實度控制在98%以上，土壤含水率控制在最優含水率13.8%的～2%～+3%之間。

3.3?砂井排水法效果分析。

土壩加高完成后，經過一年的試運行，壩體沒有出現裂縫和滑坡跡象，通過了寧夏自治區水利廳竣工驗收， 目前運行良好。

4. 寬級配礫石土料在水庫除險加固中的應用

4.1?工程概況。

賀家灣水庫作為寧夏中南部城鄉引水工程的調蓄水庫，承擔著固原市區、固-西引水、原州區東部引水等數十萬人口的供水任務。工程建于2000年，設計最大壩高31.25m，總庫容320萬m3，屬小（一）型水庫。

4.2?寬級配礫石土料設計理念。

（1）賀家灣水庫除險加固工程2015年3月開工建設，由于水庫地處土層較薄的土石山區及土料含水率較高的陰濕地區，加之筑壩期間陰天多雨，土料含達到30%以上，工程無法施工，工期延后，效益不能正常發揮。經多次分析論證，提出了采用寬級配礫石土（人工摻合礫石土）筑壩的方法。

（2）寬級配礫石土由粗料（大于5mm，小于100mm，）和細料（小于5mm，小于0.074mm含量大于15%）組成，筑壩干密度、滲透系數與礫石土的組成級配、力學指標、含水率有密切的關系。當礫石土中粗料（大于5mm）含量小于40%時，礫石土以細料（小于5mm）為主，礫石充填其中，機械碾壓后礫石土具有良好的抗剪性、不透水性和較小的壓縮性，滿足筑壩各項技術指標要求;當礫石土中粗料（大于5mm）含量大于50%時，礫石起骨架作用，細粒充填其中，筑壩干密度、滲透系數明顯增大。

4.3?礫石土填筑。

4.3.1?土料的質量是控制壩體填筑質量的第一關，根據實際測量成果，考慮到礫石土分類的不均勻、土質變化大的情況下，要求施工單位現場進行土料制備摻合，經驗收合格后，進行碾壓取樣檢測。

4.3.2?為了給壩體填筑工作提供科學、合理、經濟的碾壓參數，土料上壩前嚴格進行礫石土現場碾壓試驗，其目的是檢測礫石土碾壓后是否能夠滿足設計要求的各項參數指標，以便選定合適的壓實機具、壓實方法、壓實遍數、鋪土厚度、礫石含量、含水率的最佳范圍參數，提出質量控制技術指標和檢測方法。試驗確定的主要技術參數如下：

（1）礫石土料最優含水率控制在13.5%左右，上下-2%-+2%之間浮動。

（2）礫石土料鋪土厚度控制在30cm左右。

（3）碾壓機具：20t壓路機平壓8遍，錯距按25cm控制。

（4）18t振動羊角碾振動2遍，并起到層面刨毛作用。

（5）振動羊角碾開啟一檔，速度約2.0Km/h。

4.4?質量控制方法。

當礫石土料中粗料含量小于40%時，取其細料（小于5mm）進行擊實試驗，確定細料的最大干密度和最優含水率，用下列公式計算相應于粗料含量的最大干密度和最優含水率，乘以壓實度，得到控制填筑干密度。

5. 結語

固原市賀家灣水庫程于2015年3月開工建設，2016年8月壩體填筑完成竣工，10月底并通過驗收。目前工程運行良好，水庫蓄水正常。

參考文獻

[1]?白永年、吳士寧. 土石壩加固[M].北京：水利水電出版社.1991年.

[2]?張啟岳.土石壩加固技術[M].北京：中國水利水電出版社.1999年.

[3]?《碾壓式土石壩設計規范》. 中國水利水電出版社.2001年.