高字庫水庫除險加固工程設計探析

唐鳳英

(四川省遂寧經濟技術開發區，四川 遂寧 629000)

船山區的水庫工程大多數是在20世紀60-70年代建造的，由于受當時主客觀條件限制，不少工程為“三邊”工程，靠大搞群眾運動建造的，未按基本建設程序辦事，加之經過20-30a的運行，老化失修嚴重。因此，目前工程防洪標準降低、工程質量變差、滲漏嚴重、安全隱患多等問題甚為普遍[1-3]。

1 概 況

高字庫水庫位于遂寧市船山區新橋鎮高字庫村，水庫于1974年動工興建，次年渠系配套，灌區受益。工程主要由大壩、溢洪道、放水設施組成。高字庫水庫為小(2)型水庫，設計洪水標準為20a一遇，校核洪水標準為200a一遇。高字庫水庫正常蓄水位為311.24m，相應庫容4萬m3；設計洪水位為313.284m；校核洪水位為314.222m，相應庫容為15.23萬m3。大壩為均質土壩，壩頂平均高程315m,壩軸線長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 工程存在問題分析

2.1 大壩問題

1)大壩為均質土壩，大壩壩頂及上下游壩坡均不規整，且下游壩坡無任何襯砌，由于當地農民在壩面種植莊稼，且長期經受波浪淘刷，壩面雜草叢生，破壞嚴重[1]。

2)壩體填土料經現場注水試驗得知水庫壩體在ZK3處滲漏系數K=3.5×10-4cm/s，為中等透水層，其他鉆孔注水試驗滲漏系數K=4.6×10-5cm/s-8.4×10-5cm/s，為弱透水層；根據土工試驗可知，壩體土樣TY4、TY5滲漏系數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有滲漏問題，壩體右壩段存在滲漏問題，滲漏范圍大致為樁號K0+044.3-K0+066.8,高程305.4m-315.0m，滲漏面積約201.4m2。為此結合滲流計算和實際觀測，并參照施工質量，根據《水庫大壩安全評價導則》，該壩滲流安全性級別為：C級。

3)大壩上游壩坡抗滑穩定最小安全系數在工況二、三、四均不滿足規范要求；下游在工況三不滿足規范要求。計算表明大壩上下游壩坡結構不安全。依據《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2017)，高字庫水庫大壩結構安全性評價為C級。

4)機耕橋存在安全隱患。

5)排水溝堵塞嚴重。

6)大壩附近發現白蟻活動。

2.2 溢洪道問題

溢洪道位于大壩右岸，為開敞式溢洪道，堰型為薄壁堰，現狀堰頂高程為312.4m(原溢洪道進口高311.24m)。進口凈寬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后為天然開挖渠道，后接河道。

經現場勘察，溢洪道無結構損壞，無結構安全問題。放水設施為放水涵管，由于管理不善，現已無法正常使用。依據《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2017)，高字庫水庫溢洪道結構安全性評價為C級。本工程樞紐自從建成運行以來，僅有對大壩的日常檢查，未建立觀測項目及觀測資料，使大壩的運行管理非常不便，無法保證大壩的安全運行[2]。

3 工程除險加固設計

總體方案是維持樞紐結構不變，對大壩表面進入防護，同時對放水設及其它附屬設施進行整治。

3.1 大壩整治方案

1)上游壩坡整治設計：

對大壩上游坡進行削坡，削至死水位，統一坡比為1∶2.0。上游護坡在坡腳處設齒墻，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)，在框格內采用C20混凝土預制塊砌筑，砌筑砂漿標號為M7.5水泥砂漿。預制塊為正六邊形，邊長為30cm，厚8cm，為便于排水，預制塊安砌時五邊漿砌一邊干砌。漿砌C20混凝土預制六棱板護面下采用復合土工膜防滲(兩布一膜)，復合土工膜下層設10cm厚細砂墊層。

2)壩頂結構整治設計：

壩頂寬度統一歸整為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，下設砂礫石墊層，厚0.2m。在道路兩邊設路緣石，路緣石尺寸30×50cm。上游側設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，設計路面向下游傾斜2%；按照公路設計規范，下游設置波形護欄。

3)下游壩坡整治設計：

對大壩下游坡進行規整，統一坡比為1∶2。在規整后，采用C20混凝土框格草皮護坡，框格平面凈空尺寸為5m×5m，斷面尺寸為0.3m×0.3m(寬×高)。在邊坡邊緣設排水溝，尺寸0.4×0.4m(寬×高)，厚0.1m。

壩體加培：本次對大壩下游清基、挖除后，再對壩坡進行強風化泥巖石渣填筑培厚(泥巖石渣開采后必須經過晾曬，讓其進行充分風華，達到強風化要求)。壩坡填筑時先將新老壩身結合面刨毛。對壩身松土須先壓實，新填料按設計厚度控制鋪料厚度，分層夯實，以確保壓實度達到設計要求。相鄰施工段的作業面宜均衡上升，若段與段之間出現高差時，應以斜坡相接[3]。壩身全斷面填筑完畢后，應做整坡壓實及削坡處理，并對平臺及坡面坑洼進行補填整平。對填料的壓實方法及遍數，應根據碾壓機具的不同分別進行現場碾壓試驗，測定有關參數，要求強風化泥巖的壓實度≥0.96。

4)防滲整治方案：

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

根據地質資料揭示：大壩由于壩體填筑質量較差，壩體存在滲漏現象，因此壩體需要進行防滲灌漿處理。根據類似工程的處理經驗，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，共計灌漿孔14個，從大壩樁號K0+041-K0+066.8，灌漿軸線長25.8m。灌漿總長度120m，灌漿孔底部高程為304m。

3.2 溢洪道整治方案

1)進口段：

因溢洪道位于右壩肩，根據現狀地形，拆除非法加高薄壁堰，削坡為1∶6的反坡，增加過流能力，硬化進水段底板，采用C20混凝土澆筑。

2)控制段：

控制段樁號為0+03.00-0+010.7，長7.7m。凈寬8m，采用重力式，邊墻頂寬0.5m，背水面1∶0.4，用C20混凝土進行澆筑。用泥巖石渣碾壓夯實，再鋪設復合土工膜進行防滲處理，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0+010.7-0+29.7，總長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設置一處沉降縫，C20混凝土澆筑底板邊墻均厚度0.3m。樁號0+013.7-0+017.7m，拆除重建機耕橋，橋跨度12m，采用C30鋼筋混凝土面板，厚0.2m。兩側設置防護欄桿。

4)陡槽段：

陡槽段樁號為0+029.7-0+036.64，受現狀地形限制，底板設計坡比為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：

陡槽段末端增設消能段，樁號為0+036.64-0+45.64，消力池池深0.6m，池長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。內直徑1.5m，凈高4.8m。進水孔高程為310.8m，進水孔設攔污鋼筋網。

放水管與原涵管銜接，用混凝土澆筑帶對接觸面進行止水。由豎井內閘閥控制放水。

3.4 大壩安全監測系統設計

對大壩增設安全監測系統，包括水位觀測標尺、位移沉降觀測點、防洪預警系統。本次設計布設沉陷、水平位移基點8個，觀測基點2個，校核基點2個。

3.5 管理房設計

高字庫水庫運行至今無管理房，本次新建50m2磚混結構。

4 工程效益分析

高字庫水庫出險加固工程實施后，不僅能消除危及樞紐工程安全的隱患，而且能使水庫在灌溉、供水等方面達到原設計效益。保障了水庫下游人民生命財產安全，并將促進下游灌區農業經濟的可持續發展，具有較好的社會效益。本項目經濟內部收益率為9.43%，大于基準收益率8%；經濟凈現值38.23萬元，遠>0；益本比為1.34，>1，表明該項目在經濟上是合理的，各項指標是優越的。敏感性分析表明，本項目具有較強的抗風險能力。

5 結 論

病險水庫的除險加固工作要堅持因地制宜的原則,最大限度地發揮技術優勢,使得除險加固的方案在技術上可行、經濟上合理。文章通過分析船山區高子庫水庫存在的病害，提出了合理的加固方案，為其它病險水庫提供參考。