鄧坑水庫大壩的除險加固方案比選設計綜述

晏嬌婷，鄭 浩

(1.修水縣港口鎮人民政府，江西 九江 332438；2.修水縣渣津鎮人民政府，江西 九江 332418)

1 工程概況

鄧坑水庫位于修水縣港口鎮紅蘇村，距港口鎮6km，于1970年竣工投入使用，該工程坐落于鄱陽湖水系修河港口水鄧坑河上游，地理坐標E114°17′32″，N29°15′08″，水庫正常蓄水位為298.38m，設計洪水位(P=5%)300.27m，校核洪水位(P=0.5%)301.06m，總庫容24.73×104m3，壩址以上控制流域面積3.88km2。實際灌溉面積26.67hm2，保護人口0.15萬人，保護耕地66.67hm2，是一座小二型水庫。鄧坑水庫自投入使用以來，存在較多安全隱患，鄧坑水庫主要負責當地的灌溉，此外還兼有防洪以及水產養殖等功能。自20世紀70年代投入使用一來，為當地的經濟起到了不可忽視的作用。因當時的技術條件限制，以及運行時間過長，工程的隱患問題越來越明顯，也無法發揮應有的使用效益，甚至已經對居住在下游的百姓帶來了安全危險，目前，工程存在的主要問題有：①大壩壩體填筑質量不均勻，壓實度不夠；②大壩下游坡無排水體系，壩腳反濾堵塞失效；③大壩壩頂凹凸不平，壩體單薄，不滿足規范要求；④大壩的左、右壩肩巖石裂隙發育，透水性中等，兩壩肩存在滲漏隱患，大壩外坡有漏水現象。

基于以上的問題，必須盡快開展大壩加固，增強大壩的安全性，提高其使用性能。

2 老舊水庫大壩的除險加固方案的比選設計

2.1 壩坡除險加固方案的比選

結合獲得的安全評價結果，大壩滲漏不符合施工要求，需對大壩進行工程加固防滲處理，對下游壩趾反濾棱鏡進行拆除改造，降低浸潤線，并且，調整上下游壩坡。壩頂寬度調整為5m，上游壩坡調整為1∶2.75；下游坡度調整為1∶2.25，上游壩與下游壩坡中部位置設置臺階，寬度為2m，高度為15cm。臺階寬度按壩坡設置，臺階采用C15混凝土現澆。下游邊坡用草皮保護。

為了避免壩體被風、浪、雨沖刷，上游邊坡應該設有護岸，護岸可以采取預制混凝土砌塊護岸、漿砌石護岸和干砌石護岸[2]。結合工程現場情況，比較干砌塊石護坡和混凝土預制塊護坡，從中選出最佳施工方案。

1)干砌塊石護坡(方案Ⅰ)：

在干砌塊石護坡施工方案設計中，其厚度參數按照碾壓式土石壩設計要求進行計算，公式為：

(1)

(2)

式中：D為石塊的換算球形直徑；m；Kt為隨坡率變化的系數，查表取值1.3；ρk為的是塊石密度，t/m3；取ρk=1.8；ρw為水的密度，t/m3；ρw=1.0；M表示的是坡度，m=2.75；Hp為累積頻率為5%的設計波浪高度，hp=0.525m；T表示的是護坡厚度，m。

根據上述公式可以得知，D=0.168m，t=0.24m，依照干砌塊石護坡要求及標準，干砌塊石護坡厚度設定為t=0.3m，干砌塊石護坡選用厚度0.10m的砂礫石墊層。

2)混凝土預制塊護坡(方案Ⅱ)：

施工方案采用正六邊形混凝土預制塊護坡，混凝土強度設定為C20，邊長為0.3m，按照施工要求，預制混凝土護坡板厚為：

(3)

式中：η為系數，裝配式取η=1.1；B為沿護坡板向長度，b=0.52m(分縫間距)；ρc為板的密度，取ρc=2.4t/m3；ρw為水的密度，取ρw=1.0t/m3；hp為積頻率為1%的波高，hp=0.527m；Lm為平均波長；Lm=6.7m；M表示護坡坡率，m=2.75。

通過計算得知，正六邊形混凝土預制塊護坡板厚度為0.08m，參考其他工程案例和施工要求，混凝土預制塊護坡板厚度設置為0.10m，板下采用的厚度為0.10m的砂卵石混合墊層。

3)方案比較：

以1m2面積為標準，對兩種方案工程量和造價對比分析，結果列于表1。

表1 兩組備選方案對比表

根據對比結果可以得知，混凝土預制塊護坡造價大于干砌塊石護坡，而干砌塊石護坡方案使用的材料雖然在本地可以采購，但是數量比較小，無法滿足工程施工要求，工程期限不能保證。所以，出于對工程加固要求的思考，選擇混凝土預制塊護坡方案。

2.2 壩坡除險加固方案的設計

本工程決定采用混凝土預制塊護坡方案，對原壩坡風化塊石進行全面拆除，并對邊坡進行整修，使其滿足設計要求的坡率，將上游風化塊石推至上游坡腳，在護坡與壩趾連接位置設梯形抗滑齒槽，護坡坡腳齒墻高1.0m，寬1.0m，采用現澆C20結構，其強度滿足要求后，在整個壩面鋪筑厚0.10m的砂卵石混合墊層，并緊壓密實。選用混凝土預制塊護坡，兩側防護至兩岸壩肩及岸坡[3]。

根據規范，將壩頂寬度調整為5m。為確保大壩防洪交通便利，壩頂鋪設混凝土路面，且在路面上游側設置2%橫坡排水。同時，為滿足防波要求，在壩頂內設厚度為0.85m的防波墻。其次，為防止雨水外溢沖刷壩坡，在下游壩坡布設縱橫向排水溝。在馬道及下游坡腳處布設縱向排水溝，斷面尺寸為0.3m×0.3m，同時，在下游邊坡與大壩兩岸相交處設排水溝斷面尺寸為0.4m×0.4m，采用C20混凝土結構，相互連通縱向排水溝。

3 加固后大壩滲流及壩坡穩定驗算

3.1 加固后滲流穩定計算

1)計算工況及各斷面參數：

計算工況：上游水位分別為正常水位298.38m、設計洪水位300.27m及校核洪水位301.06m。

大壩采用黏土防滲斜墻，斜墻的滲透系數取4.55×10-7， 其余土層的計算參數見表2。

表2 鄧坑水庫大壩土料滲透系數取值表

3.2 滲流計算結果

滲流計算結果見表3。

表3 大壩加固后滲流計算結果表

由表3可知，經大壩加固后，下游壩腳地面出逸坡降及滲流量均大為降低，浸潤線大幅降低，且心墻滲透坡降都小于允許值，對下游壩坡抗滑穩定及大壩的滲流穩定均有利，出口設置了反濾設施，滲透破壞可能性基本消除。

3.3 加固后壩坡穩定計算

經計算，壩坡穩定計算如表4所示。

表4 大壩加固后邊坡穩定計算結果表

由表4可知，大壩加固后的上、下游壩坡抗滑穩定安全系數均符合規范要求，故此，加固后的斷面壩坡穩定符合要求。

4 結 語

總之，鄧坑水庫經上述方案比選，采用混凝土預制塊護坡加固及采用沖抓套井回填黏土心墻進行壩體防滲處理實施后，工程工期在9個月內順利完工，大壩加固后滲流及壩坡穩定計算得以驗證，自投入使用后，不僅有效改善了以往大壩質量缺陷和滲漏問題，同時有效保障農田灌溉和水庫蓄水的大壩質量要求，使水庫在灌溉、防洪等方面發揮著重要作用。