菱溪水庫大壩除險加固方案探析

林惠群

(惠安縣惠女菱溪陳田庫區事務所，福建 泉州 362100)

1 工程概況

惠安縣菱溪水庫位于泉州市泉港區涂嶺鎮驛坂村菱溪中游，工程規模為中型水庫，等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級；壩址以上流域面積51.2km2(包括上游興建的陳田水庫，控制流域面積29.2km2)，總庫容3080萬m3，其中：興利庫容1681萬m3，死庫容215萬m3。

菱溪水庫于1956年1月8日動工，樞紐工程于同年6月6日竣工，并關閘蓄水投入使用。建庫60多年來，隨著經濟社會的發展，水庫功能也在不斷地調整和變化。從建庫伊始比較單純的防洪、灌溉，到上世紀改革開放之初的防洪、灌溉、發電和水產養殖，再到現在的防洪、工業、生活供水和灌溉等。水庫目前除了承擔著惠安縣、泉港區766.67hm2的農田灌溉任務外，重點是保障惠安縣、泉港區和福建聯合石化的工業、生活用水等需求。

水庫建設時設計洪水標準為500a一遇，校核洪水標準為10000a一遇。2000年12月，福建省水利廳水利管理中心依據《防洪標準》GB50201-94規范，對菱溪水庫洪水標準進行復核，復核結果為：校核洪水標準為1000-2000a一遇,設計洪水標準為50-100a一遇。由于水庫位于梯級水庫的下游(上游為陳田水庫，中型，Ⅲ等，3級)，涉及人口4.5萬人，耕地2000hm2、圍墾區3000多公頃以及重要的交通樞紐，包括：漳泉肖鐵路、沈海高速公路、324國道、福廈高速鐵路等的安全。因此，2012年水庫安全鑒定時，洪水標準取“防洪標準”相應等級的上限，即設計洪水標準為100a一遇，校核洪水標準為2000a一遇。

水庫樞紐工程由壩后廠房、大壩、溢洪道、輸水涵洞等組成。大壩為黏土心墻多種土質壩，壩高37.4m(原高34.9m)，壩頂長180m、寬6m。防浪墻為漿砌條石體，高1.5m，上下游背水坡、迎水坡均為塊石干砌護坡。大壩歷年累計沉陷為645.5mm。

輸水涵洞建在左岸巖盤上，為無壓鋼筋混凝土圓管，長127.4m，內徑2m。興建壩后電站時用鋼板套砌長84m，內徑1.9m，設計輸水能力為10.5m3/s。放水塔為無壓混凝土八角型水塔，高21m，內徑2m，壁厚0.4-0.5m。進水口為鑄鐵平板閘門，分上、下二層，7個放水孔，啟閉設備為5t手搖螺桿啟閉機。

溢洪道在大壩北面約500m處，進口為開敞式寬頂堰，基礎系開炸的天然巖石，全長520m，平頂段挖深20m、寬64m。保壩加固后，兩岸加砌擋土墻，高6m，總長160m。砂壤土與黏土心墻之間設置砂礫石排水層。

2 大壩主要存在問題

惠安縣菱溪水庫大壩經安全鑒定，并于2013年1月報經水利部大壩安全管理中心核查(壩函【2013】338號)，認定為三類壩。

菱溪水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵洞等部分組成。水庫自投入運行近60a以來雖未發生垮壩等重大事故，但由于建設時期的歷史原因以及當時的設計技術水平和經濟條件，工程施工質量存在著先天性的不足，加上運行多年，水庫壩體、基礎及左右岸坡在滲流方面出現不同程度的滲漏問題[1]。

根據2012年12月泉州市水利局的《大壩安全鑒定報告書》：

1)大壩壩體、壩基滲透系數偏大，存在防滲薄弱點；大壩迎水坡、背水坡干砌塊石局部松動、變形；壩頂為土質路面，沒有防護；過壩渠道位于大體積的堆石體上，易產生滲漏，影響大壩滲流性狀態。

2)放水塔結構抗震不安全；放水涵洞套管段頂部未回填密實，末套管段接縫漏水，涵洞四周與壩體接觸帶出現滲透異常，影響大壩安全。

3)溢洪道底板未襯砌，易長雜草影響泄洪；溢洪道末端的沖刷有不斷加劇和延伸的趨勢，沖刷的風化石會淤堵在下游河道，影響下游村莊的防洪安全。

4)放水塔螺桿啟閉機老化嚴重，螺桿銹蝕變形；鑄鐵閘門銹蝕嚴重，開關不靈活。觀測設施落后，沒有水文、洪水調度預報系統；壩區管理站防汛綜合樓老化嚴重，屋面板有多處裂縫且面層脫落；溢洪道值班房破損，屋頂變形坍塌[2]。

5)大壩至溢洪道的防汛道路等級太低，路面坑洼不平，路況較差，防汛交通不方便。

經安全鑒定評定菱溪水庫大壩為三類壩，需進行除險加固工作。

3 除險加固方案

大壩：擋水建筑物為黏土心墻多種土質壩，壩長170m，壩高37.4m(建庫時為34.4m，1977年保安加固，壩體培厚加高3m)，壩頂寬6m，防浪墻高1.2m，大壩級別為3級；壩基為花崗巖，采用漿砌條石齒墻防滲；大壩迎水坡采用干砌塊石護坡，從上至下坡比為1∶2、1∶3.4、1∶4，在51.9m和44.64m高程處各設有一道平臺，寬度分別為1.5m和2m；大壩背水坡采用干砌塊石護坡，從上至下坡比為1∶1.9、1∶2.0、1∶1.5、1∶2.0，在47.4m高程處設有一道寬度為2m的平臺，在42.8m高程處設有過壩渠道，為梯形斷面，底寬為2.3m，邊坡坡比為1∶1，過流面為混凝土襯砌，最大過水流量為8m3/s；背水坡壩趾處設有級配塊石排水棱體和量水堰。

3.1 大壩防滲處理工程布置

根據大壩壩體、壩基存在的滲漏問題，需對大壩壩體、壩基進行防滲處理.壩體采用高壓旋噴樁防滲墻，壩基及壩肩進行帷幕灌漿形成大壩垂直防滲墻。壩體高壓旋噴樁防滲墻采用兩排布置(樁號G0-022.42- G0+176.62)，其中第一排沿壩軸線上游5.0m布置，第二排沿第一排軸線上游0.45m，第一排樁頂高程60.42，第二排樁頂高程50.0-60.42m；旋噴樁樁徑為0.6m，孔距為0.5m，排距0.45m，兩排樁端均伸入弱風化花崗巖上限；壩基及壩肩進行帷幕灌漿，沿壩軸線布置，兩岸各向壩肩延伸，左岸延伸27.1m，樁號B0+023.00至樁號G0-004.10(B0-004.10)，右岸延伸25.27m，樁號B0+170.00至樁號G0+195.27(B0+195.27)。帷幕灌漿為單排布置，灌漿孔距為1.5m，深入基巖相對隔水層界限(q≤10Lu)5.0m，灌漿壓力0.5MPa-1.0MPa。

3.2 壩身結構改造工程布置

1)壩頂改造：壩頂路面設計為彩色瀝青路面，上游側拆除重建防浪墻，下游側C20素混凝土排水溝鎖邊，排水溝內邊緣側設置青石欄桿。

2)上游護坡：上游坡面高程44.64m以上的干砌塊石拆除重建，新護砌護坡面層為25cm厚修邊干砌條石，之下鋪設15cm厚碎石墊層，底層鋪設15cm厚中粗砂墊層[3]。

3)下游護坡：將背水坡現有的干砌塊石護坡拆除重建，新護砌護坡面層為25cm厚修邊干砌條石，之下鋪設10cm后碎石墊層，底層鋪設10cm厚中粗砂墊層。在背水坡47.40m馬道以上坡面位置設置“菱溪水庫”四個大字，由1m×1m花崗巖板材拼裝成長、寬均為6m的字樣。

4)下壩臺階：拆除現狀下壩臺階，在壩體與兩岸交接處、迎水坡樁號B0+065.00、B0+107.70及背水坡樁號B0+040.00、B0+130.00處各設一道下壩臺階，采用機砌花崗巖砌筑。

5)背水坡排水溝：在背水坡壩體與兩岸交接處臺階外側各設一道排水溝。

6)大壩輸水涵洞封堵：采用C25泵送混凝土(低熱微膨脹水泥)對原輸水涵洞進行封堵并對涵洞迎水坡部分管壁周圍進行充填灌漿處理，同時為了進一步加強截水效果，在涵洞穿壩頂段，結合大壩高壓旋噴防滲，在涵洞兩側各布置一排旋噴樁防滲墻。

7)其他：在迎水坡高程56.00m處設一道汛限水位標志，采用寬50cm，長116.0m，厚5cm的紅色青石板；更換原水位柱尺，沿壩坡每隔1m設置一根青石柱(長×寬×高=0.15m×0.15m×1.0m)，共計23根，表面采用搪瓷反光水位尺。

4 結 論

1)靠近下游側的測點水位與庫水位相關性稍差，位勢72%以上，心墻內靠近上游坡的測點水位與庫水位相關密切，相應的位勢值均在85%以上，心墻內所有測壓管水位與庫水位相關性均較好。

2)砂卵石層排水效果良好,排水層內各測點水位值比較穩定，變幅小。

3)主壩心墻、代替料、砂礫石、壩基及壩肩部位均布設滲流監測設施，監測設施布置合理，資料完整，對大壩安全運行與管理起到重要作用。

因此，菱溪水庫心墻上部抗滲穩定性較心墻設計值降低，在水位高的情況下運行，安全系數較小，為保證大壩安全運行，建議加強對大壩進行安全監測并及時處理分析，對大壩心墻上部采取垂直防滲措施,對該大壩及時防滲加固是十分必要的[4-6]。

通過對菱溪水庫大壩的分析研究，可知大壩的工作狀況，不但可以為工菱溪水庫大壩監測提供依據程的和科學管理；也為將來菱溪水庫大壩的升級提供參考；進而為土石混合壩的滲流分析提供參考與借鑒。由于土石壩工程情形復雜和機具、材料等具體條件的多變性，以及土石壩加固方法很多且都有其適 用范圍、局限性和優點，因此，對每一具體工程病害都應進行仔細分析，從工程病害情況、加固要求、 工程費用以及材料、機具來源等方面進行綜合考慮，避免盲目傾向[7]。

土石壩是一種普遍的壩型，我國早期興建的土石壩由于設計、施工、管理等種種原因，經過多年運行，滲漏問題嚴重，亟待解決。在我國水利工程不斷發展的今天，有效的控制和防治土石壩滲透變形，土石壩防滲變形的防治工作已經迫在眉睫。一定要選擇土石壩自身防滲變形的合適方式方法，以延長土石壩的壽命。