水庫除險加固防滲處理研究
——以塘坑塢水庫為例

董紅哲

（祁門縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村水利局，安徽 祁門 245600）

引言

由于多種歷史原因，加之水庫工程早期的設(shè)計和施工缺乏經(jīng)驗，導(dǎo)致水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，工程質(zhì)量較差。同時，由于水庫多年沒有建立良好的運行和管理機制，導(dǎo)致病險水庫大量出現(xiàn)?，F(xiàn)階段，這方面的問題不僅影響到了水庫的經(jīng)濟收益和預(yù)期效能，還在一定程度上威脅了水庫所在地人民的生命和財產(chǎn)安全[1]。

1 塘坑塢水庫概況

本研究中的水庫為塘坑塢水庫，此水庫位于祁門縣，水庫距離慈張線約4 km，流域面積約為0.33 km2。綜合水庫所在地的環(huán)境因素可知，該水庫位于深山區(qū)域，地區(qū)的植被整體覆蓋情況較好。

水庫所在地區(qū)的氣候條件相對良好，整體為亞熱帶季風(fēng)氣候，季節(jié)變化較為顯著，四季較為溫暖，通過綜合調(diào)查可知，該地區(qū)的年均溫度約為15.8 ℃，年均降雨量可以達到1 800 mm 以上，但降雨分配存在均衡度較差的問題，即每年的5 月到8 月降雨量較大，可以達到全年降雨量的70%甚至更多[2]。如果沒有采取有效的措施進行降雨控制，便極易出現(xiàn)水庫洪澇災(zāi)害。同時，該地區(qū)的秋季和冬季整體降雨量較少，如果不采取有效的措施，又會導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)旱災(zāi)的風(fēng)險[3]。根據(jù)有關(guān)人員對水庫的地質(zhì)勘查，發(fā)現(xiàn)水庫所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)層大多為板巖和千枚巖，綜合水庫所在地的環(huán)境條件和地質(zhì)條件可知，此水庫的安全性和運維穩(wěn)定性將直接影響到其下游的村民[4]。為滿足工程的順利施工需求，在施工前獲取工程項目的概況信息，見表1。

表1 塘坑塢水庫概況信息

2 水庫除險加固防滲處理

2.1 水庫擋水建筑物除險加固

在對塘坑塢水庫的擋水建筑物進行除險加固前，先確定該水庫的各項參數(shù)信息：壩頂高程140.05 m；溢洪道堰頂高程138.10 m；20 年一遇洪水位138.54 m；200 年一遇洪水位138.79 m；總庫容10.23 m3；大壩最大壩高14.05 m。結(jié)合上述數(shù)據(jù)，確定水庫擋水建筑物的滲流穩(wěn)定系數(shù)[5]。由于塘坑塢水庫大壩外殼的滲透系數(shù)為38×10-5cm/s，大壩2.0 心墻部分的滲透系數(shù)為48×10-6cm/s，根據(jù)二者比值可得出，其滲透系數(shù)比為7.9，明顯小于規(guī)定要求的100 倍數(shù)值，因此塘坑塢水庫大壩中間部分的土層不可作為整體防滲體心墻[6]。圖1 為塘坑塢水庫穩(wěn)定計算簡圖。

圖1 塘坑塢水庫穩(wěn)定計算簡圖

結(jié)合圖1 內(nèi)容，再結(jié)合透水地基上的均質(zhì)壩計算得出，下游無水有排水棱體。根據(jù)前文論述，確定塘坑塢水庫大壩標(biāo)準(zhǔn)計算斷面單寬滲流量的計算公式為

式中：q 代表塘坑塢水庫斷面單寬滲流量；K 代表水庫壩體滲流系數(shù)；KT代表水庫壩基的滲流系數(shù)；H1代表水庫壩前水深，取值為14.30 m；H2代表水庫壩后水深，取值為0；T 代表滲水地基厚度；L 代表水庫壩體滲徑長度。

在確定塘坑塢水庫大壩標(biāo)準(zhǔn)計算斷面單寬滲流量后，對其采取相應(yīng)的除險加固措施。根據(jù)塘坑塢水庫大壩的地形和地質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采用對壩體上游壩面進行堵漏處理的方式對水庫擋水建筑物進行除險加固[7]。初步考慮采用PE 復(fù)合土工膜方案。根據(jù)工程實際需要，以0.5 mm的500 g/m2二布一膜的復(fù)合PE 土工膜作為主要材料，采用土工膜防滲處理時，在其上表面設(shè)置防護層和上墊層，厚度為400 mm，在其下面設(shè)置下墊層，厚度為100 mm。圖2 為水庫加固后的坡面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 水庫加固后坡面結(jié)構(gòu)

2.2 泄水建筑物除險加固

再針對泄水建筑物進行除險加固設(shè)計，為提升水庫高溢流面抗沖耐磨能力和表面平整度，確保結(jié)構(gòu)安全，新建溢流堰體和泄槽底板結(jié)構(gòu)，并將上游導(dǎo)流墻頂部拆除，將建筑加高到設(shè)計高程[8]。在進行上述操作時，需要確定泄水建筑物的泄洪能力，計算公式為

式中：Q 代表水庫溢洪道水位流量；m 代表流量系數(shù)，取值為0.502；e 代表側(cè)收縮系數(shù)；B 代表總凈寬；g 代表流體運動時的重力加速度；H0代表計入流速水頭的堰上總水頭。圖3 為溢洪道縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 水庫溢洪道縱斷面結(jié)構(gòu)

通過上述計算，不同水庫位及溢洪水深的下泄流量應(yīng)當(dāng)滿足表2 中的條件。

表2 泄水溢洪道水位與下泄流量對照表

2.3 灌溉輸水建筑物除險加固

對塘坑塢水庫的灌溉輸水建筑物進行除險加固設(shè)計，已知該水庫放水底涵位于大壩左岸，底涵規(guī)格為250 mm 的砼圓管結(jié)構(gòu)，底涵進口高程為128.10 m，出口位置的高程為127.70 m。圖4 為水庫底涵位置坡面示意圖。

圖4 水庫底涵位置坡面

斜拉閘門用于實現(xiàn)對放水的控制，將操作平臺設(shè)置在左岸岸坡上，閘門的尺寸為500 mm×500 mm。已知該水庫灌溉輸水建筑物存在斜拉閘門損壞問題，并且在閉門時存在拉桿彎曲的情況，這會導(dǎo)致閘門無法正常使用。除此之外，斜拉桿砼支墩砼碳化問題十分嚴(yán)重，存在鋼筋外露的現(xiàn)象，安全隱患問題嚴(yán)重，需要對其進行除險加固處理。根據(jù)除險加固的原則，對該灌溉輸水建筑物進行砼底涵改建，將原有放水水箱和斜拉桿支墩進行拆除并重新建立，更換斜拉閘門，以此實現(xiàn)除險加固作用。

3 實驗

根據(jù)前文所述塘坑塢水庫實際情況，結(jié)合本文設(shè)計的加固防滲處理方案，對此水庫進行加固施工。

分別使用本文設(shè)計的方法和傳統(tǒng)方法對塘坑塢水庫進行加固防滲施工，對比兩種方法在實際應(yīng)用中的綜合性能，結(jié)果見表3。

表3 本文設(shè)計的方法與傳統(tǒng)方法

完成對施工方法的基礎(chǔ)應(yīng)用價值的分析后，對比兩種方法的應(yīng)用效能，即對比兩種方法在塘坑塢水庫中應(yīng)用后的防滲效果。

對比過程中，選擇正常工況、設(shè)計工況和校核工況作為參照，對不同工況下，兩種加固防滲施工方案的應(yīng)用效果進行分析，見表4。

表4 兩種加固防滲施工方案的應(yīng)用效果

4 結(jié)論

水庫大壩是由多個部門協(xié)同構(gòu)成的水利工程項目，不同類型的水庫大壩，其風(fēng)險狀況也不盡相同。因此，造成水庫出現(xiàn)滲漏的原因也是多方面的。為落實此項工作，本文以塘坑塢水庫為例，開展了此次研究，得到以下兩方面的結(jié)論。

（1）根據(jù)表3 的對比分析結(jié)果，本文設(shè)計的方法在實際應(yīng)用中可以較好地控制工程施工造價，并且工程量相對較少。盡管傳統(tǒng)方法具有施工進度相對較快和施工用機械設(shè)備操作簡單等優(yōu)勢，但綜合兩種方法的應(yīng)用效果，本文設(shè)計的方法顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

（2）由表4 可知，本文設(shè)計的方法施工后的滲漏量小于傳統(tǒng)方法施工后的滲漏量，證明本文設(shè)計的方法的防滲加固效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法的防滲加固效果。