破舊水庫除險加固設計方案研究

余 俊

（江西天淼建設工程有限公司，江西 南昌 331700）

0 引言

眾多病險水庫[1]普遍存在設計洪水偏低，泄洪能力不足、地基處理不到位，壩體或壩基沉降、滲漏，壩體填筑質量不達標等問題。應根據水庫壩體的自身特點，針對性地開展全面檢測評估，嚴格控制風險，采取相應措施優化除險加固設計方案徹底解決險情。本文結合破舊水庫除險加固工程，針對水庫主要構筑物病險問題分析論證除險方案。

1 工程概況

1.1 水庫現狀

破舊水庫位于進賢縣東南部，屬軍山湖水系，壩址以上集雨面積1.37 km2，主河道長1.85 km，河道比降6.48‰。水庫負責灌溉面積800 畝，防護區人口1000 人，是一座以灌溉為主，兼防洪和養殖功能的小（二）型水庫。

1.2 主要問題

（1）大壩為均質壩，上下游壩坡、壩面雜草叢生，壩面不平整；壩體有少量沉降、裂縫等情況，上游預制塊護坡破損、掏空、沖毀嚴重，下游左側壩腳滲水，無反濾層及岸坡排水溝。

（2）溢洪道位于大壩左側與山體接壤。進口控制段為寬頂堰，堰頂高程為36.45 m，寬3.00 m。溢洪道現狀無進口段，下游沖刷嚴重，兩岸邊坡雜草叢生。

（3）涵管堵塞，混凝土現蜂窩麻面，且無截水環，采用砂漿勾縫處理接頭，施工質量不達標嚴重影響大壩安全。進口放水斜臥管管身脫節、砼老化，漏水嚴重。

2 除險加固設計方案

2.1 壩體加固設計

破舊水庫大壩存在清基不徹底，壩體施工填筑質量差等問題，導致壩基及兩壩肩接觸滲漏，已危及大壩的滲透穩定和抗滑穩定安全，因此完善大壩的防滲體系是大壩除險加固處理的主要任務之一。

2.1.1 壩體防滲設計

擬定沖抓套井回填粘土心墻和新設防滲粘土斜墻方案進行比選。

（1）粘土斜墻培厚方案

大壩上游面清除表土、整平雜物，加設防滲粘土斜墻，回填粘土，分層夯實，底部設置粘土截水槽，挖至礫粘土下0.5 m，回填粘土。

粘土斜墻設計高程不低于非常運行工況下的靜水位。回填粘性土料要求具有較好的塑性和滲透穩定性，其中粘粒含量在35%～50%之間，滲透系數不得大于1×10-5cm/s，含水量控制在20%～30%，最好接近塑限；粘土設計干密度≥1.5 g/cm3，控制在土體天然干密度的1.02～1.12 倍。按規范要求，斜墻頂部應高出設計洪水位0.6 m 且不小于校核洪水位，設計洪水位為37.60 m，校核洪水位為38.14 m，斜墻頂高程應不低于38.14 m。

（2）沖抓套井回填粘土心墻方案

在壩軸線上造孔到不透水層0.5 m 以下，回填粘土夯實，套孔施工，在整個壩軸線上形成連續的防滲墻。防滲墻頂高程確定為38.14 m，底部伸入壩基不透水層以下0.5 m，墻底最低高程為32.06 m，最大墻深約6.08 m。經計算，套孔沖抓粘土心墻共抓孔171.00 m，形成套孔心墻面積790.02 m2，沖抓套孔填筑粘土量880.31 m3。

（3）方案比選

從施工條件看，斜墻方案施工簡單，防滲施工質量明顯，但粘土開挖和填筑量較大，受天氣條件影響較敏感，雨季施工困難較多。沖抓回填粘土心墻方案施工技術成熟，粘土需要量不是很大，但施工要求較高，當孔深超過20 m 時，鉆孔難度較大，且質量不易控制。

從工程造價看，斜墻方案和沖抓心墻方案造價比較接近。

本著“因地制宜，就地取材，技術可靠，經濟合理”的原則，設計推薦采用粘土斜墻的方案對大壩進行防滲處理。

對防滲方案進行防滲效果、施工條件、工程造價等技術、經濟性能比較，具體比較內容見表1。

表1 防滲方案比選

2.1.2 大壩下游反濾加固設計

新建下游壩腳貼坡反濾排水體，通過滲流計算，壩后出逸點最高達到33.85 m。根據規范要求，排水體應高出逸出點1.5 m，即達到33.35 m，采用塊石、碎石和砂分層填筑。其中，砂石層和碎石層為0.2 m，干砌石厚0.4 m。

2.1.3 上下游護坡及壩頂加固設計

壩體上下游設置護坡以防止壩身淘蝕和雨水沖刷。上游通常采用混凝土預制塊或干砌石護坡，下游采用草皮護坡。擬通過綜合比選確定上游護坡類型。

（1）干砌塊石護坡

砌石護坡厚度按式（1）計算：

式中：D 為石塊的換算球形直徑，m；ρk為塊石密度，t/m3，取1.8；Kt為隨坡率變化的系數，ρw為水的密度，t/m3；m 為坡度，m=2.50；t 為坡厚度，m；hp為累積頻率為5%的設計波浪高度，hp＝0.18 m；

計算得D=0.08 m、t=0.11 m，結合干砌塊石構造要求和施工要點，取t=0.3 m，護坡下采用0.10 m 厚砂礫石墊層。

（2）混凝土預制塊護坡

正六邊形混凝土預制塊護坡，強度為C15，邊長0.3 m。預制混凝土護坡板厚按式（2）計算：

式中：η 為系數，裝配式取η=1.1；ρc為板的密度；b 為沿護坡板向長度；ρw為水的密度；hp為累積頻率為2.0%的波高，hp＝0.117 m；m 為護坡坡率；Lm為平均波長

經計算，正六邊形混凝土預制塊護坡板厚t=0.02 m，按照施工要求及工程經驗，取混凝土預制塊護坡板厚0.10 m，板下設置0.10 m 厚砂礫石混合墊層。

（3）方案比較

以1 m2面積護坡對兩方案工程量及造價進行比較，結果見表2。

表2 兩方案工程量及造價比較表

由表2 中可知，混凝土預制塊比干砌塊石投資多13.17 元/m3。但是，鑒于方案Ⅱ比方案Ⅰ施工干擾因素少，質量易控制，外形美觀，選取混凝土預制塊為大壩上游護坡方案。

2.2 灌溉建筑物除險加固設計

灌溉涵管為預制混凝土圓管，主要負責為下游農田輸水灌溉，擬采取舊管拆除原址重建的加固方案。

為方便與壩下涵管連接，擬定灌溉涵管進口段為矩形斷面，內空尺寸為60 cm×80 cm，壁厚25 cm，底部設10 cm 厚C15 砼墊層，采用現澆鋼筋砼結構，并設截水環，截水環頂厚取0.3 m，環高取0.5 m。

斜臥管沿左側山體邊坡布置，坡度為1∶2.50，頂高程為38.756 m，級差0.36 m，臺階寬1.0 m，放水孔徑φ300；頂部接踏步至38.75 m。

2.3 溢洪道除險加固設計

溢洪道除險加固的主要任務是溢洪道新建進口段和消力池及控制段底板。

經復核，溢洪道控制段為開敞式寬頂堰堰溢流，堰頂高程為36.45 m，泄流寬度為3.00 m，長43.00 m，經調洪演算壩頂高程滿足防洪要求。溢流堰后接陡槽，長38.00 m，底坡i=0.06；溢洪道邊墻為C20 混凝土，進口段底板強度C25，消力池長×寬×高=5.0 m×3.0 m×1.1 m，底板采用鋼筋砼襯砌，邊墻采用現澆砼襯砌。

3 結語

提升病險水庫加固標準應著眼于新思路、新起點，盡可能按照評估結論在確保方案可行、經濟可靠的前提下有針對性地提出新技術、新方法、新工藝。通過對破舊水庫全面分析總結，提出壩體、灌溉建筑物、泄洪建筑物的加固設計方案，并對相應方案的進行比選和優化。研究結果可對本地區其他類似水庫除險加固工程具有借鑒作用。