小型病險水庫除險加固方案比選

李 根

（遼寧省水利事務服務中心）

1 引言

中國各省小型水庫星羅棋布，全國約85 000座，且肩負防洪調節、供水保障、興利發電、水產養殖等任務。由于建設時勘測經驗不足，設計施工水平不高，很多工程建設水平不能滿足國家的標準規定。加之建后運行管理水平參差不齊，每年旱澇轉換、風雨吹淋等自然因素，大多數小型水庫在長年運行后，面臨年久失修、設備老化、滲漏嚴重、標準偏低等共性問題。因此，研究小型水庫除險加固設計對于小型水庫工程設計、施工及建后管理工作均具有一定意義。

2 工程概況及存在的問題

2.1 工程概況

水庫位于江西省新余市渝水區，所在流域屬贛江流域袁河支流。工程于1959 年4 月建成，水庫總庫容5.65×106m3，設計灌溉面積0.08萬hm2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的重點?。?）型水庫。

2.2 工程存在的問題

2.2.1 大壩滲漏嚴重

壩體填筑土料主要為粘性土，屬低-中壓縮性。由于施工質量不高等原因，設計前測定大壩填筑土綜合滲透系數1.88×10-4cm/s，具中等透水性，不滿足規范要求，壩體存在滲漏隱患。此外，左右壩肩、壩基存在滲漏問題。原涵管封堵不嚴，涵管右側5 m 有一集中漏水點。以上滲漏問題嚴重影響大壩安全及水庫綜合效益的發揮。

2.2.2 溢洪道功能喪失

溢洪道位于大壩左岸距大壩約280 m的山坳處，為人工開挖而成的開敞式明渠，且無消能設施及出水渠，屬未完建工程，洪水不能安全下泄。若不及時采取除險加固措施，一旦遇到超標準洪水，很可能導致不可估量的災難。

2.2.3 大壩壩坡破損嚴重

上游壩面護坡塊石粒徑偏小，砌筑零亂，無墊層，表面松動，部分地方已破損；下游壩面極不規整，且有上壩公路橫穿；排水棱體砌筑零亂，塊石風化、破損，未設反濾層，塊石間縫隙多被泥土充填。

2.2.4 大壩配套設施年久失修

隧洞閘門和啟閉機拉桿銹蝕，大壩安全監測設施、通訊管理設施簡陋，進庫防汛公路標準低、路況差，以上問題長年限制著水庫防洪效益及經濟效益的發揮。

3 除險加固設計方案

3.1 大壩防滲加固設計

地勘報告資料顯示，大壩填料較好，滲透系數綜合值為1.88×10-4cm/s，壩基下伏一層砂礫石層滲透系數綜合值為5×10-3cm/s，專家一致認為，壩體不做防滲處理，在大壩上游壩腳做粘土截水槽，截斷壩基砂礫層。重建大壩下游排水體，對大壩浸潤線出逸點進行保護，另在上游壩腳處開挖截水槽。

3.2 輸水隧洞加固設計

隧洞圍巖為II類圍巖，圍巖強度較高，現狀襯砌結構滿足要求。根據專家意見，在隧洞內敷明鋼管，內徑1 m，壁厚0.01 m，采用焊接的連接方式，在洞內和進出口設C25混凝土鎮墩和支墩。新鋪設鋼管出口接原發電鋼管，進口接新建落水井。本次加固對原斜拉式啟閉設施進行重建。

3.3 大壩壩坡加固設計

大壩壩坡加固設計包括上游護坡、下游護坡、排水體、排水溝等分別設計，限于篇幅，本研究主要針對上游護坡方案比選。

上游護坡加固設計選取二種護坡方案進行比較，方案一為干砌塊石護坡：護坡厚度40 cm，下設10 cm 厚砂卵石墊層；方案二為C15 混凝土預制塊護坡：C15 混凝土預制塊為正六邊形，厚0.10 m，邊長30 cm，下設10 cm厚砂卵石墊層。按照技術可行、投資合理的原則，分別從技術角度、工程造價、施工難易程度、施工進度、建材來源等方面進行綜合分析比較，兩種方案的比選情況見表1。

根據表1的方案比選結果，最終確定采用方案二即C15混凝土預制塊護坡對大壩進行重新護坡。進而計算預制塊護坡厚度，C15混凝土預制塊護坡厚度為0.10 m滿足要求。

表1 護坡方案比較表（相同工程量的項目略去）

3.4 溢洪道加固設計

設計在原址加固溢洪道，并對進水渠、控制段、泄槽段、消能段、出水渠襯砌設計。新建寬頂堰堰寬仍維持原設計25 m不變，堰頂高程142.62 m，長10 m，經復核現狀壩頂高程滿足規范要求；陡槽底板寬25～12 m，底坡為i=0.02，進水渠底寬25～45 m，底坡為i=-0.01。限于篇幅，以下主要針對泄槽邊墻和消力池結構設計進行說明。

3.4.1 泄槽邊墻結構設計

邊墻結構設計選取C20 混凝土重力式和仰斜式擋土墻進行方案比較。

方案一：C20 混凝土邊墻方案，頂寬0.30 m，內坡鉛直，外坡為1∶0.40。墻內設φ50PVC 排水管，孔距為2 m，排水管進口用250 g/m2土工布（350 mm×350 mm）封口，土工布后設反濾料。

方案二：C20 仰斜式擋土墻，頂寬0.30 m，內坡1∶1，外坡1∶1.50，其余結構形式同方案一。

采用相同部位，單位長度邊墻進行比較，結果見表2。

表2 泄槽邊墻方案比較表

單位長度造價方案二較方案一可節省103.34元，從經濟選取方案二為泄槽邊墻方案。經計算邊墻在最不利工況下抗滑穩定安全系數Kc=1.31>［K］=1.00，且地基應力σmax=72.70 kPa<［σ］=350 kPa，0<σmin=14.80 Pa<［σ］=350 kPa滿足規范要求。

3.4.2 消力池結構設計

消力池底板采用C20 混凝土結構，消力池池深0.50 m，寬12 m，長7 m，底板高程為138.90 m，厚0.60 m，底板縱橫向每2 m設置φ100 排水孔，孔下設250 g/m2土工布，下設碎石和粗砂墊層，進口段按1：3的坡度與泄槽底板銜接。邊墻采用C20混凝土結構，頂寬0.40 m，內坡鉛直，外坡為1：0.40，墻內布置排水孔，結構型式與泄槽邊墻相同。

3.5 其他工程

修建并拓寬進庫防汛公路、新建上壩公路；辦公、通迅設備配套，新建管理房；配備交通車輛、生產管理船只、水雨情測報系統及觀測設施，庫區水土保持設計等。

4 結語

受到地理位置、地質構造、水文等不同因素影響，不同的小型病險水庫除險加固工程的設計方案不盡相同，應當結合水庫特性和工程實際，綜合分析技術角度和造價角度進行統籌考慮，優化設計方案，控制施工中關鍵部位的施工質量，以提高小型水庫大壩壽命及工程效益，以更少的經濟投入換取更大的社會效益。