涼州區南營水庫大壩結構穩定分析及加固處理措施探討

蘇來文

（武威市涼州區金塔河水利管理處，甘肅武威 733000）

1 基本情況

南營水庫位于甘肅省武威市金塔河干流出山口處，北距武威市區約18 km。水庫正常蓄水位1 938 m，總庫容2 000萬m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發電等綜合效益的中型水庫。水庫樞紐工程主要由主壩、副壩、輸水洞、泄洪洞、排沙泄洪洞、老輸水洞（涵管）及壩后電站等組成。經過多年運行，水庫副壩上游坡出現塌坑，且副壩防滲墻延伸長度不足，存在滲漏現象。

2 壩體現狀復核

2.1 主壩復核

2.1.1 壩頂高程復核。南營水庫壩頂超高計算表（表1）。南營水庫目前壩頂高程1 943 m，壩頂設置1 m高防浪墻，墻頂高程1 944 m。壩頂高程滿足規范要求。

表1 壩頂超高計算表（單位：m）

2.1.2 壩體結構復核。南營水庫主壩最大壩高46 m，壩頂高程1 943 m。壩頂長314.3 m，壩頂寬7 m。壩頂設防浪墻，墻頂高程1 944 m，壩頂為碎石路面。主壩上游坡采用三級坡，自上而下坡比分別為1∶2.75、1∶3.5、1∶3.75，分別在高程1 923 m、1 911.8 m設置馬道。其中，第一級坡1 935.3 m高程以上采用厚25 cm鋼筋混凝土面板護坡，1 935.3 m高程處設有200 cm寬C20砼基座，基座以下壩坡采用干砌卵石護坡。下游坡分三級，自上而下坡比分別為1∶2.25、1∶2.5、1∶2.75，采用干砌卵石護坡，壩腳1 896 m高程以下設有排水棱體。主壩防滲體在高程1 932.5 m以下為壤土心墻加混凝土防滲墻，混凝土防滲墻距壩軸線上游25.1 m，墻頂高程1 932.5 m，墻體厚度100 cm，底部穿透壩基砂卵礫石層，深入基巖約0.5 m，斷層帶等不良基礎深入5 m左右。高程1 932.5 m以上為壤土斜墻，除險加固設計采用的混凝土面板加壤土斜墻的方案，現面板已失去防滲作用，上游混凝土板僅可視為護坡。

2.1.3 滲透穩定復核。本次滲透穩定復核成果（表2）。經復核，主壩滲透穩定性滿足規范要求。

表2 大壩關鍵部位滲透比降計算成果表

2.1.4 結構穩定復核。本次用主壩最大斷面0+469.80進行了結構穩定復核計算（表3）。根據實測資料，目前南營水庫壩前淤積高程為1 922 m。針對壩體淤積情況對壩體進行了結構穩定復核計算（表4）。

表3 大壩壩坡靜力抗滑穩定計算成果表

表4 大壩上游壩坡靜力抗滑穩定計算成果表

分析計算結果表明，主壩在正常運用條件及非常運用條件下的上、下游壩坡靜力抗滑穩定安全系數均大于規范要求值，大壩上、下游壩坡靜力抗滑穩定性滿足規范要求。主壩復核結果，主壩壩頂高程符合現行規范要求，主壩壩體結構符合現行規范要求。主壩現狀防滲體結構在高程1 932.5 m以上可視為壤土斜墻，主壩面板已失去防滲作用，僅可作為上游護坡使用。主壩滲透穩定符合現行規范要求，主壩結構穩定符合現行規范要求。

2.2 副壩復核

南營水庫副壩長度388 m，壩頂高程1 943 m，防浪墻頂高程1 944 m，與主壩分界線為老輸水洞。副壩上游坡基本為壤土斜墻防滲，干砌石護面，坡比1∶2.75，厚度40 cm。副壩下游坡為壤土山體，山體高度除部分低于1 943 m外，其余部位均高于壩頂高程。基于現存資料，對副壩上游壩坡進行壩坡穩定計算，根據《碾壓式土石壩設計規范》SL274-2001規定，大壩計算采用簡化畢肖普法，滑裂面形狀采用圓弧滑裂面。計算結果如表5。

表5 壩體穩定計算成果表

計算結果表明，副壩上游坡滿足穩定要求。副壩基礎為右岸三級階地前緣陡坡經開挖的砂卵石斜坡，上部土層為黃土狀亞砂土，室內試驗天然狀態下滲透系數2×10-4cm/s。亞砂土下部為砂卵石，基巖為灰綠色、灰黑色粉砂巖、砂質頁巖、頁巖互層夾薄煤層。根據鉆孔壓水試驗，完整的基巖基本不透水，即使斷層破碎，影響帶內滲透性也不大，單位吸水率0.0027～0.0493 L/min·m，可視為相對不透水層。副壩基巖頂面起伏，為階地古河槽形態，基巖高程1 916～1 927 m，沿副壩軸線至基巖出露處總長約430 m。

經過勘測，副壩段壤土層下游沙礫石層，厚度15 m左右，高程1 918～1 933 m左右，是副壩滲漏的主要原因。當水庫正常蓄水位在1 938 m時，推薦的防滲線在無防滲設施的前提下，估算全斷面的滲漏量為15 863 m3/天，滲漏損失嚴重，必須采取防滲漏工程措施。

水庫副壩滲漏是影響水庫安全運行的主要問題。形成副壩滲漏的主要原因：①原副壩壤土斜墻防滲體系設計厚度不夠，壤土斜墻設計厚度只有2 m左右，水力坡降不滿足規范要求。②壤土斜墻后無過濾層，導致壤土斜墻細顆粒被帶走，進一步降低了壤土斜墻的防滲性能，導致壩面出現塌坑。③壤土斜墻基礎未做到基巖，存在滲漏通道。④古河床厚層砂礫石的存在，加劇了副壩的滲漏量。副壩復核結論：副壩上游壩坡滿足穩定要求，副壩防滲體結構設計不合理，滲透穩定不滿足規范要求，正常高水位時，估算滲漏量為15 863 m3/天。

3 工程除險加固措施

3.1 主壩除險加固措施

3.1.1 砼基座與面板錯縫處理。依據主壩結構復核結果，現狀混凝土面板僅起到上游護坡的作用，故按護坡結構處理。具體為：在面板距基座下游50 cm位置，每1.2 m打砂漿注漿孔，孔深25 cm，孔徑45 mm，用不大于0.1 MPa注漿壓力將M10砂漿注入面板下部空腔，使之底部密實。將基座外表面、面板按照1：5的坡比進行鑿除，深度5～8 cm。清洗鑿除面，用C50環氧樹脂砂漿對鑿除部位進行修補。

3.1.2 左岸防浪墻裂縫處理。主壩左岸靠近壩肩部位，由于靠近左壩肩，施工時機械設備無法靠近，造成該部位上游防滲斜墻土層碾壓不密實，隨著上游防滲斜墻沉降造成防浪墻底產生不均勻沉降，最終形成防浪墻張性裂縫。目前壩體沉降已趨于穩定，裂縫不再發展。除險加固時，拆除該20 m防浪墻，在壩頂用M7.5砂漿找平后，重新砌筑防浪墻。

3.2 副壩防滲措施

依據南營水庫右岸副壩段的地質條件，經過多方案分析比較，為徹底解決副壩防滲問題，推薦采用砼連續防滲墻方案。副壩0+000～0+163段基巖高程介于1 924～1 915 m，該段已有防滲墻，防滲墻入巖100 cm，防滲墻頂高程1 937.5 m，在高程1 936.5 m以上采用壤土心墻防滲，副壩0+000～0+163段防滲體系完整。副壩0+163～0+296段地面高程介于1 943～1 950 m，基巖高程介于1 915～1 918 m，防滲墻伸入基巖0.5～1 m，防滲墻頂高程介于1 943～1 945 m，該段成墻面積3 940 m2。副壩0+296～0+395段地面高程介于1 950～1 952 m，基巖高程介于1 918～1 913 m，防滲墻伸入基巖0.5～1 m，防滲墻頂高程1 945 m，該段成墻面積3 060 m2。合計防滲墻體面積7 000 m2。

防滲墻0+200后，地面高程均高于1 945 m。為了方便砼防滲墻的施工，需要對0+200～0+395段進行平整或開挖處理。因砼防滲墻施工需要8 m寬平臺，為此確定開挖原則：平臺高程1 945 m，粉積沙壤土開挖邊坡系數1：1.25，開挖棄料拉運至水庫管理房后的溝道。

4 結語

對南營水庫大壩進行除險加固，可以有效解決南營水庫存在的主要問題：減少副壩滲漏損失，提高水資源的利用率。水庫進行除險加固后，消除了工程隱患，滿足了設計要求，其蓄水位達到設計正常高水位。由于水庫蓄水容積及調蓄能力的增加，水庫具備了防洪攔洪及調蓄的作用，可抵御百年一遇之洪水，為水庫下游的工農業生產提供了可靠保證，確保了下游人民的生命財產及生產安全，經濟社會效益顯著。