石嶺河水庫大壩防滲加固工程設計

李中澤 李 霞 賈躍東 周 曄

（桐柏縣水利局）

0 引言

根據石嶺河水庫安全鑒定結論，結合現狀大壩穩定、滲流分析成果，確定石嶺河水庫大壩除險加固工程內容包括：上游壩坡整修、新建粘土斜墻，混凝土護坡；壩頂擋墻拆除，新建防浪墻、路沿石及壩頂道路；下游壩坡整修，草皮護坡，新建坡面排水系統、排水體工程、上壩踏步及壩后北干渠管道工程；壩基高聚物防滲墻工程等。

1 石嶺河水庫大壩現狀

石嶺河水庫位于西峽縣田關鄉西北約1.00 km 的湍河支流黃水河上，屬長江流域白河水系。水庫于1957 年11 月興建，1960 年主體工程基本完成，為?。?）型水庫，1968 年冬至1970 年水庫擴建為?。?）型水庫。石嶺河水庫大壩現狀：①上、下游坡面凹凸不平，上游小粒徑塊石護坡，塊石風化、脫落。下游無坡面排水系統，上壩臺階破損；下游無坡面排水系統，上壩臺階破損。②大壩河槽段壩體與壩基接觸部位處理差，存在接觸滲漏問題。左壩肩存在接觸滲漏、右壩肩存在繞滲問題。下游壩腳常年集水、沼澤化，無排水體。③溢洪道進口底板無護砌，左岸自然岸坡坍塌淤積，右岸擋墻裂縫嚴重，基礎淘空；泄槽及消力池混凝土碳化，有多條縱橫貫通裂縫，存在位移現象，末端有一沖坑，左岸擋墻高度不足，右岸擋墻混凝土碳化剝蝕。出口無泄洪溝。北干渠穿溢洪道處漏水入溢洪道。④輸水洞啟閉房破損嚴重，洞身大部分未襯砌，工作閘設于下游壩坡洞身處，閘室傾斜；出口有兩灌溉及一退水設施啟閉機梁斷裂，混凝土碳化，退水渠兩岸邊墻基礎淘刷。⑤閘門及啟閉設施結構不完善，損毀嚴重，無法使用。⑥水庫管理和監測設施不完善等。石嶺河水庫病險嚴重，為三類壩，急需進行除險加固。

2 除險加固設計原則及任務規模

2.1 石嶺河水庫除險加固設計原則

石嶺河水庫運行以來已經發揮了較大的社會、經濟、環境等方面效益，因此，除險加固方案考慮以下原則：①除險加固的重點是解決水庫的病險問題，確保水庫的安全運行。②設計及工程施工盡可能不影響水庫正常效益的發揮，不應給庫區帶來新的移民安置問題，也不應再次造成安全隱患。③加固措施應做到技術先進、經濟合理、安全可靠、有利于工程管理并為以后提高水資源的利用程度，提高水庫灌區的保證率和下游河道防洪標準創造有利條件。

2.2 石嶺河水庫除險加固工程任務和規模

①大壩維修加固工程：包括大壩壩頂工程；壩體、壩基防滲加固處理；迎水坡護砌、背水坡整修；新建上壩踏步；完善坡面排水系統及壩后北干渠管道工程等。②溢洪道維修加固工程：包括進水渠、一級泄槽段、一級消力池及一級護坦、二級泄槽、二級消力池及二級護坦等。③輸水洞工程：包括對輸水洞進口閘室、出口灌溉閘和退水閘、陡槽、壩后啟閉室等拆除重建，更換閘門、啟閉機等設備。④管理工程：包括管理房屋及相關設施、防汛道路、壩體觀測設施等。⑤環境綠化及水土保持工程。

3 大壩防滲加固工程設計

3.1 粘土斜墻

粘土斜墻頂部高程115.30 m，墻頂寬2.00 m，外邊坡1.00:2.50，要求粘土壓實度≥0.96，滲透系數≤10-5cm/s。

3.2 高聚物防滲墻

3.2.1 處理范圍處理范圍：樁號0+018.60～0+220.70；處理深度為下至壩基線，上至粘土斜墻內1.00 m。

3.2.2 技術參數

技術參數：①注漿孔孔距1.20 m，孔徑6.00 cm；引導孔孔徑4.00 cm，成墻厚度2.00 cm；②封孔布袋選用低密度的土工布袋，布袋直徑大于搭接孔1.00 cm為宜；③布袋內高聚物密度宜選用0.08～0.10 g/cm3；④墻體密度控制在1.50～2.00 g/cm3為宜。

3.3.3 施工工序

石嶺河水庫除險加固工程施工工序：①按設計要求進行高聚物防滲墻施工放線，開挖后的廢料進行及時清理，以便于成孔施工。②采用三探頭型成孔鉆具施工注漿孔模，使用靜力壓入設備將其壓入土中，形成超薄型注漿孔模，要求壓入設備精確調平，確?？啄４怪?。③采用二序施工，將成孔鉆具的一個側翼探頭對準前次生成的孔模的側邊孔，把前次生成的孔模的一個側邊孔作為本次成孔的引導孔，以形成連續的注漿孔模。④為避免漿液串孔，保證提升注漿時的漿液膨脹力，在兩個孔模之間的連接孔中，采取布袋注漿的方法封孔，布袋注漿密度取0.08～0.10 g/cm3。⑤在超薄型孔模中置入注漿管，按照一定配比，應用集成化精密注射系統向孔模內注射雙組份高聚物材料。

4 上游壩坡工程

石嶺河水庫除險加固工程上游壩坡新建粘土斜墻，坡比1:2.50，坡面采用現澆C20 混凝土護坡。上游壩坡混凝土板護坡厚度采用《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）的公式計算：

式（1）中：η—系數，對整體板式大面積面板取1.00；hp—累計頻率為1.00%的波高，m；Lm—平均波長，取設計情況Lm=10.31 m；b—沿壩坡向板長，2.00 m；ρc—板的密度，2.30 t/m3；ρw—水的密度，1.00 t/m3；m—迎水坡坡比，2.50。

經計算：t=0.08 m。為便于施工和壩坡安全，護坡選用12.00 cm 現澆混凝土板，尺寸2.00 m×2.00 m。

5 壩頂工程

壩頂路面材料采用厚18.00 cm 厚泥結碎石，路面傾向下游側3.00%的緩坡，路沿石在遇橫向排水溝處設20.00 cm×20.00 cm 缺口，與橫向排水溝連接。壩頂總寬4.00 m，壩頂高程115.30 m。

6 下游壩坡工程

現狀下游坡面凹凸不平，雜草灌木叢生。除險加固將壩體表面的草皮、樹根、含有植物的表土、卵石、垃圾及其它廢料清除，清理厚度0.50 m，然后按設計邊坡整修，對于培厚部位，回填風化代料，相對密度≥0.72，采用草皮護坡。設計在高程104.60 m 及干渠下游側高程98.80 m 處各設置戧臺一道，高程115.30～104.60 m 坡比1∶2.30，高程104.60 m 至干渠坡比1∶3，高程98.80 m 以下坡比1∶2.50。

7 背水坡排水溝工程

現狀大壩背水坡無縱橫排水溝和岸坡排水溝。

石嶺河水庫除險加固工程共新建排水溝10 條，總長521.00 m，其中：橫向排水溝7 條，長160.00 m；縱向排水溝1條，長194.00 m；岸坡排水溝2 條，長167.00 m。

8 排水體工程

新建貼坡排水體位于大壩樁號0+070.00～0+195.00，頂部高程96.50 m。排水體干砌石厚40.00 cm，下部碎石墊層厚20.00 cm，粗砂墊層厚20.00 cm，坡比1:2.50。

9 壩后北干渠管道工程

現狀北干渠為矩形斷面，底寬1.50 m，高1.20 m，設計流量0.50 m3/s。北干渠年久失修，局部漏水，對壩坡穩定不利。因此，本次設計將北干渠由明渠改建為管道，全長154.00 m，采用C20 預制鋼筋混凝土圓管，內徑80.00 cm，壁厚10.00 cm，單節長2.00 m，采用承插口連接，管道連接處底部及兩側采用C20 混凝土填塞，在管道轉彎處設至鎮墩。

10 除險加固后大壩滲流及穩定計算

大壩按上述措施進行除險加固后，壩體滲流、結構穩定將發生變化，需重新進行分析計算，以確保工程安全。計算斷面選用樁號0+140.00 斷面，計算成果見表1、表2。

表1 除險加固后大壩滲流計算成果表

表2 除險加固后河槽段0+140.00斷面穩定分析計算成果表

由計算結果可以看出，除險加固后，壩體單寬滲流量及出逸點高度顯著降低，上、下游壩坡抗滑穩定安全系數均大于規范允許值，經除險加固后的大壩是穩定的。

11 結語

石嶺河水庫除險加固防滲工程完成后，不僅消除了水庫險情，加固了大壩，而且使水庫在防洪、灌溉、供水、養魚等方面的綜合效益得到充分發揮。該除險加固工程完成后，加固了大壩壩體，完善了溢洪道的泄流條件，改善了水庫的周邊環境，使防洪、灌溉、養魚等效益大大提高，同時也保障了水庫下游沿岸抵御洪水能力，使下游免受洪澇災害，保證了人民群眾生命財產的安全，促進了國民經濟的持續穩定發展。