某小(2)型水庫除險加固存在的問題及處理措施

陳 鑒

(修水縣水利局，江西 修水 332400)

1 工程概況

某小(2)型水庫壩址以上徑流面積0.43 km2，總庫容11.13萬m3，現狀樞紐建筑物由大壩、溢洪道及輸水涵洞組成，是一座以灌溉為主，兼有防洪功能的小(2)型水庫，水庫下游防洪保護人口150人及耕地面積160畝。水庫一旦潰壩，壩址處產生最大洪峰為297 m3/s的洪水，淹進至下游1.1 km處的村莊時，洪峰流量為157 m3/s，這將直接影響下游沿河村莊和農田，造成巨大的經濟損失。水庫建成于1991年5月，受建庫時期技術條件和經濟條件限制，水庫建成后一直存在滲漏問題，經過近20 a的運行，大壩、溢洪道、輸水涵洞結構發生不同程度的破壞，水庫帶病運行。本次除險加固中經現場檢查、地質勘查以及資料搜集整理評定大壩、溢洪道以及輸水涵洞的工程質量不合格，需要進行除險加固設計，以保障下游村莊和農田安全。

2 水庫存在的問題及處理建議

本次除險加固前，分別對大壩、溢洪道和輸水涵洞進行現場檢查、質量檢測以及相關地質試驗分析[1]，并將各樞紐建筑物存在的問題歸納總結如下。

(1)大壩：①大壩上下游壩坡無護坡，下游壩坡坡面極不規整，雜草叢生，壩腳無排水棱體；②通過地質鉆孔對壩土進行了11次注水試驗，所得壩土滲透系數為2.99×10-3cm/s～3.63×10-4cm/s，壩土滲透系數偏大，均不能滿足規范對均質土壩滲透系數小于1.0×10-4cm/s的要求。根據現場踏勘，水庫高水位時左岸壩肩接觸帶中部有一處呈股狀集中滲漏現象，下游壩坡中下部出現大面積散浸潮濕滲漏現象，壩基接觸帶存在滲漏，總滲漏量1.2 L/s，潮濕面積120 m2。

(2)溢洪道：位于大壩右壩肩，為開敞式無閘控制寬頂堰溢洪道，堰頂高程1473.40 m，堰寬1.5 m，溢洪道總長44.40 m。整條溢洪道均未襯砌，斷面極不規整，底板凹凸不平，雜草叢生，泄洪時尾水漫山流淌，直接沖刷大壩壩腳及下游農田，不能滿足泄洪要求。

(3)輸水涵洞：①位于大壩右側壩體內，全長39 m，洞身為1.0 m×1.5 m漿砌石拱涵，現砌石結構完好，但涵洞洞身存在滲漏，洞身滲漏量約0.2 L/s；②涵洞進口設有Φ150 mm的鐵球閘，閘門銹蝕變形嚴重，閘門啟閉設備為位于大壩壩頂上的人力木支架及啟閉鋼繩，鋼繩常年浸泡在水中銹蝕嚴重，常被拉斷，每年要更換1～2次。壩面上的木支架老化嚴重，極易損壞，閘門在高水頭下難以啟閉，應急能力差；③閘門磨損嚴重，關閉不嚴導致止水不嚴，漏水量達0.1 L/s。

樞紐現狀平面布置圖見圖1。

圖1 樞紐現狀平面布置圖

根據現狀樞紐建筑實際情況，建議應采取除險加固措施如下：①對大壩壩體進行充填灌漿，壩基進行帷幕灌漿，解決大壩滲漏問題；②對大壩上下游壩坡及壩頂進行整形，設置護坡，新建排水棱體，配套完善的排水設施；③封堵老溢洪道，于大壩右岸新建溢洪道，保證泄洪排水暢通，使洪水歸入壩下河道，解決洪水漫山流淌問題；④根據輸水涵洞病害情況，建議對輸水涵洞閘室進行改造，對洞身進行回填灌漿。

3 壩體工程質量檢測與評價

3.1 壩體物理性試驗

在壩體上布置探坑6個，在壩體各探坑中不同部位取原狀土樣6組，擾動樣2組(TK2*、TK6*為擾動土樣)，進行常規物理力學指標檢測、試驗，試驗成果匯總分別見表1和表2。

水庫大壩為均質土壩，筑壩土料主要取自壩址附近斜坡的第四系全新統紫紅色、灰紅色含礫碎石粉質粘土、砂質粘土，壩體土料存在土料質量不均及壩土碾壓不密實的情況，根據取樣試驗成果，壩土天然容重為1.93 g/cm3～2.04 g/cm3，平均為1.99 g/cm3，干容重1.65 g/cm3～1.71 g/cm3，平均為1.68 g/cm3，天然孔隙比0.596～0.660，壓縮系數0.113～0.664，屬中等壓縮性土，壩土室內試驗定名為含砂質低液限粘土～低液限粘土，土料粘粒含量31.7%～43.3%，平均37.87%，土料粘粒含量較高，滿足規范15%～40%的粘粒含量要求，各組土樣試驗指標間離散性不大，表明壩土成分變化不大，質量基本穩定。

表1 壩土物理性質試驗成果匯總表

表2 壩土物理力學性質試驗成果匯總表

3.2 壩體滲透分析

根據現場情況，在大壩上布設5個勘探鉆孔，做原位水文地質試驗，共完成鉆孔進尺121.6 m，注水試驗11段，壓水試驗15段，在勘探淺井中采取原狀土樣6組，取擾動土樣2組，做室內試驗。鉆探水文地質試驗及室內試驗成果見表3。

鉆孔中壩土進行了11次注水試驗，所得壩土滲透系數為2.99×10-3cm/s～3.63×10-4cm/s，壩土滲透系數偏大，均不能滿足規范對均質土壩滲透系數小于1.0×10-4cm/s的要求。對比原狀土樣與擾動土樣的擊實試驗成果，壩土的壓實系數為89.0%～92.0%，平均為90.5%，整體和局部均達不到規范要求的96%～98%的壓實系數要求，表明壩土碾壓不密實，局部壩體結構松散。從鉆孔注水試驗成果看，壩體滲透系數大于規范要求，根據水庫運行情況，下游壩坡中下部出現散浸潮濕滲漏現象；壩基接觸帶存在滲漏現象，水庫滲漏導致水庫不能發揮應有的效益。

經現場勘查及走訪了解，水庫自建成運行至今，水庫蓄水至高水位期間，左岸壩肩接觸帶中部有一處呈股狀集中滲漏現象，下游壩坡中下部出現大面積的散浸、潮濕滲漏現象，此外壩體接觸帶(左岸)以及壩基淺部基礎均存在嚴重滲漏(整個下游壩腳接觸帶均存在滲漏情況，滲漏方式多為散浸滲漏，多處滲漏匯集至壩腳下游河床，總滲漏量1.2 L/s)。因此，大壩壩體建議采用充填灌漿處理；壩肩、壩基采用帷幕灌漿處理。

表3 鉆孔壓注水試驗成果表

4 工程總體布置

4.1 樞紐除險加固設計

除險加固后水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水涵洞組成，大壩在現狀基礎上進行整形處理，并對原壩體進行壩體充填灌漿結合壩基帷幕灌漿防滲處理。于大壩右壩肩新建溢洪道，封堵老溢洪道，輸水涵洞在原位上新建進口啟閉塔，洞身進行回填灌漿處理。除險加固平面布置圖見圖2。

圖2 除險加固樞紐平面布置圖

(1)大壩：對原壩體進行壩體充填灌漿結合壩基帷幕灌漿防滲處理，除險加固后壩頂寬為4 m，壩軸線長80 m，壩頂采用泥結石路面鋪筑。上下游側各設C20砼路肩，除險加固后壩頂高程為1475.50 m。整形上游壩面后鋪筑C20砼預制塊護坡至壩頂，對大壩下游壩面整形后種植草皮護坡。岸坡、戧臺分別布置0.3 m×0.3 m C20砼排水溝，棱體頂布置0.4 m×0.5 m C20砼排水溝，壩腳設貼坡排水棱體，棱體腳設0.6 m×0.7 m C20砼集水溝。大壩布設表面位移觀測點及滲流觀測設施，其中，布置位移測點4個，工作校核基點4個，2 m水尺2根，三角量水堰1個。

(2)新建溢洪道：新建溢洪道布置于大壩右壩肩，為開敞式無閘寬頂堰溢洪道。設計洪水位1474.13 m，下泄流量Q=1.88 m3/s；校核水位1474.40 m，下泄流量Q=3.02 m3/s。溢洪道全長70 m，由進口引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、尾水段組成。

(3)輸水涵洞：對原輸水涵洞進行改造。處理措施為：拆除原進口斜拉轉蓋閘及閘室段，新建進口段、閘室段及上部啟閉塔架，安裝0.8 m×0.8 m鑄鐵閘門一道，并相應配備手動LG-15 t螺桿式啟閉機一臺，新建工作橋。并對原涵洞進行回填灌漿，新建出口明渠段，并安裝0.4 m×0.4 m及1.0 m×1.0 m的平板鋼閘門各一道。改造后的涵洞總長45.5 m，由進口段、攔砂井段、閘室段及無壓洞身段組成。

4.2 灌漿防滲處理設計

根據地勘壩址滲漏資料，壩土采用充填灌漿處理，基巖采用帷幕灌漿處理[2]，帷幕灌漿處理范圍：壩基及左岸壩肩采用帷幕灌漿防滲處理，右壩肩山體雄厚，為斜向結構巖質邊坡，無低鄰谷滲漏情況，根據鉆孔情況，右岸壩體、壩肩滲透系數及透水率不大，現場勘察右岸壩體、壩肩無明顯滲漏現象，建議右岸不作灌漿處理。左壩肩山體較右岸單薄，根據現場勘察情況，左岸山體接觸帶及淺部巖體存在嚴重滲漏，建議左壩肩向山內延伸12.0 m，建議帷幕灌漿深度為8.0 m，即中等透水層底界(q=10 Lu)，帷幕線總長度為70.0 m。建議采用單排孔，灌漿孔距均為2.0 m，共36個孔，起灌高程為正常蓄水位～帷幕灌漿底界。

5 結論及建議

水庫除險加固是一項關系國計民生的基礎性、公益性工程建設，該水庫的安全直接關系到下游人民群眾的生命和財產安全。該水庫大壩、溢洪道、輸水涵洞存在嚴重安全隱患，水庫的工程效益遠遠沒有發揮出來，迫切需要對其進行除險加固。本文通過現場檢查、工程地質勘查及試驗，對該水庫存在的問題進行分析評價，并提出相應的工程措施，可為該工程建設提供詳實、可靠的數據依據和堅實的理論基礎。