高字庫(kù)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)探析

唐鳳英

(四川省遂寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，四川 遂寧 629000)

船山區(qū)的水庫(kù)工程大多數(shù)是在20世紀(jì)60-70年代建造的，由于受當(dāng)時(shí)主客觀條件限制，不少工程為“三邊”工程，靠大搞群眾運(yùn)動(dòng)建造的，未按基本建設(shè)程序辦事，加之經(jīng)過(guò)20-30a的運(yùn)行，老化失修嚴(yán)重。因此，目前工程防洪標(biāo)準(zhǔn)降低、工程質(zhì)量變差、滲漏嚴(yán)重、安全隱患多等問(wèn)題甚為普遍[1-3]。

1 概 況

高字庫(kù)水庫(kù)位于遂寧市船山區(qū)新橋鎮(zhèn)高字庫(kù)村，水庫(kù)于1974年動(dòng)工興建，次年渠系配套，灌區(qū)受益。工程主要由大壩、溢洪道、放水設(shè)施組成。高字庫(kù)水庫(kù)為小(2)型水庫(kù)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇。高字庫(kù)水庫(kù)正常蓄水位為311.24m，相應(yīng)庫(kù)容4萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位為313.284m；校核洪水位為314.222m，相應(yīng)庫(kù)容為15.23萬(wàn)m3。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂平均高程315m,壩軸線長(zhǎng)66.8m，最大壩高9.7m,壩頂寬6.6-9.05m,大壩上游壩坡坡比1∶1.18-1∶1.72，下游壩坡1∶1.55-1∶1.81。

2 工程存在問(wèn)題分析

2.1 大壩問(wèn)題

1)大壩為均質(zhì)土壩，大壩壩頂及上下游壩坡均不規(guī)整，且下游壩坡無(wú)任何襯砌，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在壩面種植莊稼，且長(zhǎng)期經(jīng)受波浪淘刷，壩面雜草叢生，破壞嚴(yán)重[1]。

2)壩體填土料經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)得知水庫(kù)壩體在ZK3處滲漏系數(shù)K=3.5×10-4cm/s，為中等透水層，其他鉆孔注水試驗(yàn)滲漏系數(shù)K=4.6×10-5cm/s-8.4×10-5cm/s，為弱透水層；根據(jù)土工試驗(yàn)可知，壩體土樣TY4、TY5滲漏系數(shù)K為4.53×10-4cm/s-8.92×10-4cm/s，為中等透水層，其余土樣滲漏系數(shù)K為2.41×10-5cm/s-7.62×10-5cm/s，為弱透水層；綜上所述，大壩左壩段和中壩段沒(méi)有滲漏問(wèn)題，壩體右壩段存在滲漏問(wèn)題，滲漏范圍大致為樁號(hào)K0+044.3-K0+066.8,高程305.4m-315.0m，滲漏面積約201.4m2。為此結(jié)合滲流計(jì)算和實(shí)際觀測(cè)，并參照施工質(zhì)量，根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，該壩滲流安全性級(jí)別為：C級(jí)。

3)大壩上游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)在工況二、三、四均不滿(mǎn)足規(guī)范要求；下游在工況三不滿(mǎn)足規(guī)范要求。計(jì)算表明大壩上下游壩坡結(jié)構(gòu)不安全。依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258-2017)，高字庫(kù)水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為C級(jí)。

4)機(jī)耕橋存在安全隱患。

5)排水溝堵塞嚴(yán)重。

6)大壩附近發(fā)現(xiàn)白蟻活動(dòng)。

2.2 溢洪道問(wèn)題

溢洪道位于大壩右岸，為開(kāi)敞式溢洪道，堰型為薄壁堰，現(xiàn)狀堰頂高程為312.4m(原溢洪道進(jìn)口高311.24m)。進(jìn)口凈寬8m，邊墻高1m,寬0.3m。溢洪道0+000.00-0+032.06邊墻采用條石砌筑，底板采用混凝土澆筑。邊墻存在嚴(yán)重滲漏。溢洪道0+032.06-0+122.05邊墻及底板均采用混凝土澆筑。溢洪道0+122.05后為天然開(kāi)挖渠道，后接河道。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，溢洪道無(wú)結(jié)構(gòu)損壞，無(wú)結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題。放水設(shè)施為放水涵管，由于管理不善，現(xiàn)已無(wú)法正常使用。依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258-2017)，高字庫(kù)水庫(kù)溢洪道結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為C級(jí)。本工程樞紐自從建成運(yùn)行以來(lái)，僅有對(duì)大壩的日常檢查，未建立觀測(cè)項(xiàng)目及觀測(cè)資料，使大壩的運(yùn)行管理非常不便，無(wú)法保證大壩的安全運(yùn)行[2]。

3 工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

總體方案是維持樞紐結(jié)構(gòu)不變，對(duì)大壩表面進(jìn)入防護(hù)，同時(shí)對(duì)放水設(shè)及其它附屬設(shè)施進(jìn)行整治。

3.1 大壩整治方案

1)上游壩坡整治設(shè)計(jì)：

對(duì)大壩上游坡進(jìn)行削坡，削至死水位，統(tǒng)一坡比為1∶2.0。上游護(hù)坡在坡腳處設(shè)齒墻，齒墻底部與死水位310.80m持平，尺寸0.6×0.8m(高×寬)，坡面規(guī)整壩面后，采用C20混凝土框格分格，豎梁間距5m，框格尺寸0.3×0.3m(高×寬)，在框格內(nèi)采用C20混凝土預(yù)制塊砌筑，砌筑砂漿標(biāo)號(hào)為M7.5水泥砂漿。預(yù)制塊為正六邊形，邊長(zhǎng)為30cm，厚8cm，為便于排水，預(yù)制塊安砌時(shí)五邊漿砌一邊干砌。漿砌C20混凝土預(yù)制六棱板護(hù)面下采用復(fù)合土工膜防滲(兩布一膜)，復(fù)合土工膜下層設(shè)10cm厚細(xì)砂墊層。

2)壩頂結(jié)構(gòu)整治設(shè)計(jì)：

壩頂寬度統(tǒng)一歸整為5.0m，壩軸線下移2.45m，采用C30混凝土澆筑，澆筑后壩頂高程315.0m，C30混凝土路面厚0.2m，下設(shè)砂礫石墊層，厚0.2m。在道路兩邊設(shè)路緣石，路緣石尺寸30×50cm。上游側(cè)設(shè)1.2m高“L”型防浪墻，采用C20混凝土澆筑，厚0.2m，頂部高程為316.2m。為便于排水，設(shè)計(jì)路面向下游傾斜2%；按照公路設(shè)計(jì)規(guī)范，下游設(shè)置波形護(hù)欄。

3)下游壩坡整治設(shè)計(jì)：

對(duì)大壩下游坡進(jìn)行規(guī)整，統(tǒng)一坡比為1∶2。在規(guī)整后，采用C20混凝土框格草皮護(hù)坡，框格平面凈空尺寸為5m×5m，斷面尺寸為0.3m×0.3m(寬×高)。在邊坡邊緣設(shè)排水溝，尺寸0.4×0.4m(寬×高)，厚0.1m。

壩體加培：本次對(duì)大壩下游清基、挖除后，再對(duì)壩坡進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)化泥巖石渣填筑培厚(泥巖石渣開(kāi)采后必須經(jīng)過(guò)晾曬，讓其進(jìn)行充分風(fēng)華，達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化要求)。壩坡填筑時(shí)先將新老壩身結(jié)合面刨毛。對(duì)壩身松土須先壓實(shí)，新填料按設(shè)計(jì)厚度控制鋪料厚度，分層夯實(shí)，以確保壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。相鄰施工段的作業(yè)面宜均衡上升，若段與段之間出現(xiàn)高差時(shí)，應(yīng)以斜坡相接[3]。壩身全斷面填筑完畢后，應(yīng)做整坡壓實(shí)及削坡處理，并對(duì)平臺(tái)及坡面坑洼進(jìn)行補(bǔ)填整平。對(duì)填料的壓實(shí)方法及遍數(shù)，應(yīng)根據(jù)碾壓機(jī)具的不同分別進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，測(cè)定有關(guān)參數(shù)，要求強(qiáng)風(fēng)化泥巖的壓實(shí)度≥0.96。

4)防滲整治方案：

上游壩坡防滲體結(jié)構(gòu)由復(fù)合土工膜、保護(hù)層及護(hù)坡組成，為確保反濾、排水系統(tǒng)始終保持正常工作，對(duì)表面防護(hù)和復(fù)合土工膜的固定采取如下措施。為防復(fù)合土工膜被刺坡，復(fù)合土工膜下面先鋪10cm厚的砂礫石墊層，平整后再鋪復(fù)合土工膜，在復(fù)合土工膜上再鋪10cm厚的C20預(yù)制塊護(hù)坡。在坡頂將復(fù)合土工膜埋入混凝土內(nèi)；在坡腳處，為了防沖，將復(fù)合土工膜延長(zhǎng)回折，做成壓枕，埋入混凝土齒槽內(nèi)；坡腳壓枕達(dá)沖刷線下，在上游馬道將復(fù)合土工布嵌入馬道上下游壓頂混凝土內(nèi)。

根據(jù)地質(zhì)資料揭示：大壩由于壩體填筑質(zhì)量較差，壩體存在滲漏現(xiàn)象，因此壩體需要進(jìn)行防滲灌漿處理。根據(jù)類(lèi)似工程的處理經(jīng)驗(yàn)，采取充填灌漿，效果較好。灌漿孔沿壩軸線單排布置，孔距2.0m，分兩序孔灌注，共計(jì)灌漿孔14個(gè)，從大壩樁號(hào)K0+041-K0+066.8，灌漿軸線長(zhǎng)25.8m。灌漿總長(zhǎng)度120m，灌漿孔底部高程為304m。

3.2 溢洪道整治方案

1)進(jìn)口段：

因溢洪道位于右壩肩，根據(jù)現(xiàn)狀地形，拆除非法加高薄壁堰，削坡為1∶6的反坡，增加過(guò)流能力，硬化進(jìn)水段底板，采用C20混凝土澆筑。

2)控制段：

控制段樁號(hào)為0+03.00-0+010.7，長(zhǎng)7.7m。凈寬8m，采用重力式，邊墻頂寬0.5m，背水面1∶0.4，用C20混凝土進(jìn)行澆筑。用泥巖石渣碾壓夯實(shí)，再鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理，然后澆筑30cm厚底板。整治后堰型為寬頂堰，堰頂高程312.00m。

3)泄槽段：

漸變段樁號(hào)0+010.7-0+29.7，總長(zhǎng)19m。采用原底坡為1∶1.057。采用重力式邊墻，泄槽底板凈寬均為由8m漸變至5.5m，邊墻高為由5.1m漸變至1.5m；每10m設(shè)置一處沉降縫，C20混凝土澆筑底板邊墻均厚度0.3m。樁號(hào)0+013.7-0+017.7m，拆除重建機(jī)耕橋，橋跨度12m，采用C30鋼筋混凝土面板，厚0.2m。兩側(cè)設(shè)置防護(hù)欄桿。

4)陡槽段：

陡槽段樁號(hào)為0+029.7-0+036.64，受現(xiàn)狀地形限制，底板設(shè)計(jì)坡比為1∶0.286，泄槽采用重力式擋墻，采用C20混凝土澆筑，斷面尺寸5.5×1.5m(底×高)。

5)消能段：

陡槽段末端增設(shè)消能段，樁號(hào)為0+036.64-0+45.64，消力池池深0.6m，池長(zhǎng)9m，底板厚0.5m，邊墻底板采用C20混凝土襯砌，避免抗沖，采用加厚處理。

6)明渠泄槽段：

樁號(hào)為0+045.64-0+122.05為明渠泄槽段，邊墻均采用重力式C20混凝土擋墻，擋墻頂寬0.3m，底板凈寬5.5m，凈高1.5m。后接河渠。

3.3 放水臥管整治方案

本次整治拆除原臥管，原址重建放水豎井，采用C20鋼筋混凝土澆筑，壁厚0.8m。內(nèi)直徑1.5m，凈高4.8m。進(jìn)水孔高程為310.8m，進(jìn)水孔設(shè)攔污鋼筋網(wǎng)。

放水管與原涵管銜接，用混凝土澆筑帶對(duì)接觸面進(jìn)行止水。由豎井內(nèi)閘閥控制放水。

3.4 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)大壩增設(shè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括水位觀測(cè)標(biāo)尺、位移沉降觀測(cè)點(diǎn)、防洪預(yù)警系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)布設(shè)沉陷、水平位移基點(diǎn)8個(gè)，觀測(cè)基點(diǎn)2個(gè)，校核基點(diǎn)2個(gè)。

3.5 管理房設(shè)計(jì)

高字庫(kù)水庫(kù)運(yùn)行至今無(wú)管理房，本次新建50m2磚混結(jié)構(gòu)。

4 工程效益分析

高字庫(kù)水庫(kù)出險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，不僅能消除危及樞紐工程安全的隱患，而且能使水庫(kù)在灌溉、供水等方面達(dá)到原設(shè)計(jì)效益。保障了水庫(kù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，并將促進(jìn)下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有較好的社會(huì)效益。本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為9.43%，大于基準(zhǔn)收益率8%；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值38.23萬(wàn)元，遠(yuǎn)>0；益本比為1.34，>1，表明該項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是合理的，各項(xiàng)指標(biāo)是優(yōu)越的。敏感性分析表明，本項(xiàng)目具有較強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

5 結(jié) 論

病險(xiǎn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作要堅(jiān)持因地制宜的原則,最大限度地發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì),使得除險(xiǎn)加固的方案在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理。文章通過(guò)分析船山區(qū)高子庫(kù)水庫(kù)存在的病害，提出了合理的加固方案，為其它病險(xiǎn)水庫(kù)提供參考。