小型病險水庫安全鑒定及加固改造實踐
——以水磨坑水庫為例

李宇文

（深圳市廣匯源環境水務有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著“海綿城市”一詞的熱度不斷上升[1]，低碳理念在城市開發建設中的不斷深入，生態環境的保護工作也在不斷推進[2]。水庫作為一個城市“海綿體”，不僅可以充分吸納蓄積雨水，還可以有效控制雨水徑流，其生態系統實現了對城市的自然凈化。目前來說，大部分水庫的主要功能與城市的發展之間存在較大差距，必須及時對水庫進行病險排查和生態加固處理[3]，從而為城市的發展提供助力，增強區域的防洪能力，擴大公共產品的有效投資，促進人與自然之間的和諧共生。

深圳大鵬新區成立于2011 年，三面環海，與香港新界遙望，是粵港澳大灣區的重要節點，海域面積占比較大，約占深圳市的1/4，海岸線長133.22 km，約占全市的1/2，新區共有水庫28 座。目前大部分水庫的功能是防洪和供水[4]，針對部分水庫出現的安全隱患問題，必須及時進行安全加固處理，以保障水庫的基本功能，充分完成防洪蓄水和供水，避免發生潰壩等情況，對新區造成重大的損失。針對“海綿城市”的大力建設，對水庫進行安全加固[5]，可以不斷挖掘水庫自身的生態效益，為下游生態補水，維持河道活力，促進區域水系健康發展。

1 工程概況

水磨坑水庫位于深圳市大鵬新區大鵬辦事處鵬城社區以東約1.2 km。水磨坑水庫壩址以上干流長為2.592 km，河流比降J=0.087 2，集雨面積為2.515 km2，原設計正常蓄水位為54.38 m，校核洪水位為57.43 m，總庫容為155.32 萬m3；水磨坑水庫工程是一座以防洪、供水為主的小（Ⅰ）型水利樞紐工程。該水庫工程現狀由大壩一座、溢洪道、輸水涵管以及管養房等組成，現主要向大鵬辦事處鵬城水廠供水。見圖1。

圖1 水磨坑水庫地理位置圖

水磨坑水庫建成后，大壩曾多次進行除險或安全加固，在1999—2002 年對大壩進行了兩次灌漿處理，處理后大壩的滲漏情況得到了一些緩解。在2008—2012 年，再一次進行除險加固，除險加固實施后，水庫安全運行得到了有效改善，迎水坡采用C25 混凝土護坡后有效減少淘刷破壞，防止壩坡變形；背水坡完善排水設施，有利于提高壩坡穩定。但針對大壩左壩段滲漏問題，壩體采用水泥土攪拌樁防滲墻防滲未達到預期效果，壩體滲漏依然嚴重；右壩段壩腳新設的排水溝底高程設置過高，量水堰功能喪失，無法準確測量大壩滲流量。見圖2。

圖2 大壩滲流現狀

原設計正常蓄水位為54.38 m，校核洪水位為57.43 m，總庫容為155.32 萬m3，本次建設針對水庫存在的安全隱患進行安全加固，并增加部分管理設施，不改變水庫的功能和供水規模。主要建設內容包括：主壩安全加固、溢洪道安全加固、改造及新建輸水建筑物、安全監測及自動化系統等。

2 壩體加固工程

2.1 壩體安全鑒定

水磨坑水庫大壩壩體的填土力學性質不均勻，密實度處于松散～中密狀態。室內土工試驗和現場注水試驗表明，大部分壩體屬弱透水，但部分壩頂上部（0～5）m屬弱透水中等透水，大壩填土滲透系數平均值為1.04×10-4cm/s，屬中等透水接近弱透水。大壩馬道下面跟壩基接觸帶存在一層厚約3.50 m 的填石層，存在極強透水現象。

水庫的滲流是由于壩體與壩基接觸帶發生滲流并且壩腳排水溝底高程設置過高，導致滲水從溝下面土層滲出，量水堰失效。因此急需對壩體進行防滲加固。

2.2 防滲加固方案

根據大壩滲漏原因分析，結合壩址區地形地質特點并充分分析以往防滲設計資料，本次防滲處理對水磨坑水庫進行聯合防滲處理，形成連續的防滲體系。

混凝土防滲墻整體性好，成墻方式多樣，耐久性強[6]。施工寬度最小需11 m，但成本相對較低，因此本次防滲加固措施采用低彈模混凝土防滲墻。

根據地勘資料分析，水磨坑水庫壩體混凝土防滲墻布置于大壩全段，全長316.9 m，防滲墻右端與溢洪道控制段混凝土邊墻連接，作為溢洪道邊墻防滲刺墻，防滲墻軸線距壩軸線上游側3 m，防滲墻頂高程為57 m（略高于校核洪水位），防滲墻厚度為0.80 m，底部伸入強風化下3 m，以便與壩基防滲帷幕更好的搭接。

防滲墻施工前須先對大壩進行加寬培厚，同時壩頂開挖至56.5 m 高程，保證混凝土防滲墻施工平臺的要求。見圖3。

圖3 大壩防滲平面布置圖

2.3 壩基帷幕灌漿

緊貼混凝土防滲墻布置單排帷幕灌漿孔，孔距為2 m。壩基帷幕灌漿深度從壩基強風化巖上限開始，深入5 Lu 線以下5 m（帷幕灌漿各孔具體深度應根據現場壓水試驗來確定）。為防止大壩右岸繞壩滲漏，帷幕灌漿向右岸山體延伸，延伸長度為34.40 m（包括溢洪道9.40 m 和山體25 m），水磨坑水庫段帷幕灌漿長度為351.30 m。

壩基防滲帷幕灌漿需在大壩混凝土防滲墻施工完成后、防滲墻頭墻混凝土澆筑前，利用其施工平臺往下鉆孔、灌漿，但壩體段不灌漿，灌漿結束后壩體段空孔回填水泥砂漿封孔。為使壩體防滲墻與壩基防滲帷幕連成封閉的防滲整體，壩體防滲墻與壩基帷幕灌漿間設置帷幕灌漿搭接段，搭接長度為3 m，以確保防滲墻在壩基接觸位置防滲的封閉。

灌漿孔按一排布置，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序孔施工，孔距為2 m；孔深在剖面上呈階梯狀，由左、右壩頭向壩中軸方向逐漸加深，最大孔深44 m，底層灌漿壓力取≥0.50 MPa，施工順序是鉆孔—→沖洗—→壓水試驗—→灌漿—→質檢。

3 溢洪道加固工程

3.1 溢洪道安全鑒定

溢洪道位于水磨坑水庫大壩右壩肩右側山邊，為開敞式溢洪道。溢洪道由進口段、陡坡段、消能防沖設施及出水渠組成，溢洪道全長190.70 m。

結合計算成果，以及現場檢查情況，現狀溢洪道進口控制段及泄槽段混凝土表面剝蝕嚴重，已露出石子，抗沖能力難以達到設計要求。溢洪道邊墻為漿砌石擋墻，漿砌石擋墻勾縫砂漿已老化，抗沖能力難以達到設計要求。需進行整治重建。

3.2 溢洪道整治

3.2.1 雜草清理

溢洪道進口控制段及泄槽段雜草清理是對整個泄槽范圍的雜草清除，包括泄槽底板和兩側擋墻的迎水面，清理時需斬草除根。

3.2.2 底板表面混凝土修復

整個溢洪道底板采用風鉆鑿除表面混凝土厚度約50 mm，清掃混凝土渣后，在溢洪道表面用風鉆打孔布設間距1.0 m×1.0 m 砂漿錨筋，M15 砂漿，錨筋為Φ20鋼筋，錨入長度為1.50 m，露出0.15 m 作為架立筋。砂漿錨筋施工后，用高壓水槍進行沖洗、晾干。布設鋼筋網，鋼筋與架立錨筋綁扎，然后澆筑0.20 m 厚C30 混凝土。重新澆筑混凝土每15 m 分一條橫縫，橫縫采用銅片止水，瀝青灌縫。

為降低鋼筋混凝土底板基礎的揚壓力，在重新澆筑的混凝土底板上布置系統排水孔，排水孔采用風鉆打孔，孔徑Φ50 mm，孔深入基巖1 m，孔深2 m，采取2 m×2 m 矩形布置。

3.3 溢洪道側墻加固

溢洪道邊墻為漿砌石擋墻，漿砌石擋墻勾縫砂漿已老化。進口控制段兩側墻高3.60 m，陡坡段兩側墻高（3.30～1.70）m，消力池段及下游出水渠兩側墻高1.70 m，溢洪道左側墻長約163 m，右側墻長約178 m，溢洪道側墻迎水面總面積約768 m2。處理措施：原勾縫用風鉆鑿除，鑿縫深度為50 mm，沖洗干凈、晾干后，用M15水泥砂漿勾凸縫。見圖4。

圖4 溢洪道加固橫剖面圖

施工時采用手風鉆鑿除溢洪道表面混凝土和側墻勾縫，人工收攏鑿除的渣，拖拉機運至溢洪道左側堆渣場。高壓水槍沖洗后，溢洪道鋪設鋼筋，混凝土運輸采用3 m3攪拌車運輸至右岸壩頭。

4 輸水建筑物加固工程

4.1 輸水涵洞安全鑒定

壩下輸水涵管位于大壩右壩段，內徑400 mm 鋼管外包混凝土結構，啟閉設備為手電兩用卷揚式啟閉機。涵管長104 m，進口高程為35 m，出口高程為32.31 m，排入水磨坑河。

經過安全鑒定，啟閉機動力不足，需手動協助開啟，閘門等金屬結構腐蝕情況輕微，轉動門蓋封閉效果不嚴；出口鋼管岔口焊縫處有滲漏，出口蝶閥損壞，封閉不嚴，漏水嚴重?，F狀輸水涵管未發現功能性缺陷，能正常輸、供水；但發現輸水涵管內壁出現嚴重銹蝕，局部管段出現嚴重漏水現象。輸水涵管深埋在壩下，涵管病害對大壩威脅極大。

針對輸水涵管存在的問題，計劃新建一條輸水隧洞代替原有輸水涵洞，同時對原右壩的輸水涵洞進行封堵處理，從而根本性解決輸水建筑物的安全隱患。

4.2 輸水隧洞方案

根據水磨坑水庫現狀的地形條件和現有樞紐建筑物布置情況，選用水庫右岸洞線方案。洞線沿水庫右岸溢洪道右側山體，進水口布置于溢洪道進口右岸上游60 m 位置，出口布置于溢洪道消力池右側采石坑，輸水線路總長232.10 m。根據勘察情況，該洞線穿越的地層大部分為弱風化花崗巖，成洞條件好，不存在滲漏問題。

根據新挖輸水隧洞洞線地形地質條件，新挖隧洞進水口可布置成豎井式進水口形式[7]，取水方式與加固前相同，工程及后續管理較為簡單，且投資較為節省。

4.3 輸水涵洞施工

本隧洞上方為高壓線及高壓線塔，隧洞及閘門井在大壩管理保護范圍內。隧洞及閘門井不能爆破施工，因此采用“中心鉆孔取芯+整個工作面鉆孔使用加熱膨脹劈巖+周邊鉆孔劈巖機人工劈巖修整”的靜力爆破開挖。閘門井開挖高度為19.40 m，閘門井開挖進尺每天約0.50 m，閘門井開挖至洞底后向兩頭開挖。

輸水隧洞完工具備過水條件后，對原壩下涵管進行全涵管段封堵。涵管位于大壩中右部，直徑為0.40 m鋼管（銹蝕嚴重），長度約125 m。輸水涵管進口底高程為35 m。涵管封堵后，特別針對輸水涵洞上方的壩頂以及混凝土防滲墻穿透舊涵管部分的裂隙進行灌漿，避免滲漏。

5 安全監測系統

原水磨坑大壩共布設了11 個變形觀測點，其中右壩布設7 個觀測點，左壩布設4 個觀測點，馬草龍大壩未布設。由于水磨坑大壩培厚，原有的測壓管、變形觀測點均不能使用，需重建。

水磨坑水庫在原工程建設時即在大壩壩頂、下游壩坡位置布置有變形觀測點、測壓管和壩后滲漏觀測的量水堰。原大壩共布設了18 個測壓管，其中右壩布設2 個橫斷面共6 根測壓管，左壩布設2 個橫斷面共6 根測壓管，馬草龍大壩布設3 個橫斷面共9 根測壓管。

5.1 變形監測

結合本工程具體情況，觀測項目主要分：壩面水平位移和垂直位移。壩體下游方向的水平位移采用視準線觀測，分別在壩頂58.30 m 高程、壩頂下游馬道側各設置1 條視準線，共設2 條視準線。壩頂測點采用觀測墩。各條視準線工作基點設在各自延長線的兩側山坡上，由平面控制網校測。壩軸線方向的水平位移采用全站儀用量距法觀測。

5.2 滲流監測

壩體滲流是該工程面臨的主要問題，在水磨坑大壩垂直壩軸線共布置5 個觀測斷面進行滲流監測。

為監測基礎的滲透壓力情況并檢驗混凝土防滲墻和帷幕灌漿效果，在混凝土防滲墻前布置1 個、混凝土防滲墻后布置2～3 個測壓管。在混凝土防滲墻中布設4 個觀測斷面，通過內部觀測設備對防滲墻進行應力應變和滲透壓力觀測。

5.3 水質自動監測系統

本次工程配置了一套水質自動監測系統，該系統集智能化和自動化為一體，通過自動在線監測儀器收集水質信息，通過現代信息網絡技術傳輸水質信息，滿足了水庫對于水質安全的檢測需要。

該水質自動監測系統安裝便捷，占用空間小，傳輸數據快，與以往的監測系統相比[8]，具有人工智能自動監測功能，使用更為簡單，對收集到的水質信息能夠更加智能地進行分析和匯報，采用更加科學和現代化的手段去進行水環境監測對水環境管理部門做出針對性的決策具有重要意義。

6 結 語

大鵬新區發展目前處于大開發大建設的關鍵時期，近幾年將有大批產業建成投產，產業園區的建設離不開防洪安全，最基本的防洪安全要求需要得到保證。區域經濟建設的高速發展，水磨坑水庫下游防護對象也隨之發生變化，且日益重要。水庫下游1 km 處為大鵬社區，工礦企業及人口較為密集，防洪壓力大。水磨坑水庫安全加固是大鵬新區供水安全和防洪安全基礎設施建設的重要組成內容，是以規范化建設促進正規化管理的重要措施，符合國家關于切實治理病險水庫、確保安全度汛的要求。

本工程改造實施后，水磨坑水庫防洪標準可達到設計洪水標準100 年一遇，校核洪水標準1 000 年一遇，保證了當地人民生命財產安全，滿足了區域現狀及城市規劃的防洪安全要求。工程建成后應加強水庫管理[9]，保護庫區生態，防止水土流失，定期進行水質檢測分析，定期對水工建筑物進行檢修，以確保水質和大壩安全。